ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐẦU MÁY D12E

Ngoài ra, đặc tính kéo dạng Hyberbol còn có tác dụng duy trì một cách tự động chế độ làm việc của đầu máy thông qua sự thay đổi của sức cản dẫn đến thay đổi tốc độ và sức kéo.. Lực kéo k

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẦU MÁY

1.1 Phân loại đầu máy:

Đầu máy là một loại thiết bị động lực có khả năng tự di chuyển trên đường sắt dùng để kéo các toa xe hoặc đoàn tàu

Căn cứ vào nguồn động lực đầu máy có thể phân ra làm 5 loại đầu máy chính:

• Đầu máy hơi nước

• Đầu máy diezel

• Đầu máy tuốc bin khí

• Đầu máy điện

• Các loại đầu máy (hay phương tiện) cao tốc chạy trên đệm không khí hoặc đệm từ trường

1.1.1 Đầu máy hơi nước:

Động lực của đầu máy hơi nước sinh ra chủ yếu từ sự biến đổi hóa năng của nhiên liệu (chủ yếu là than đá) thành nhiệt năng của khí cháy, nhiệt năng của khí cháy biến thành nhiệt năng của hơi nước, từ nhiệt năng của hơi nước biến thành cơ năng dưới dạng sức kéo vành bánh làm cho đầu máy chạy

Đầu máy hơi nước gồm 3 bộ phận chính: nồi hơi, máy hơi và bộ phận chạy

1.1.2 Đầu máy diezel:

Khác với đầu máy hơi nước có nguồn động lực là máy hơi nước, một loại động

cơ đốt ngoài, trên đầu máy diezel sử dụng loại động cơ đốt trong dùng nhiên liệu lỏng diezel (do đó gọi là động cơ diezel) có hiệu suất cao làm nguồn động lực

Kết cấu và nguyên lý hoạt động của đầu máy diezen sẽ được trình bày kỹ ở các chương sau

1.1.3 Đầu máy tuốc bin khí:

Nguồn động lực của đầu máy này là động cơ tuốc bin khí trong đó nhiệt năng của nhiên liệu được biến đổi thành cơ năng nhờ các bánh bơm và tuốc bin

Trên đầu máy loại này thường sử dụng 2 loại tuốc bin khí: tuốc bin khí một trục hoặc tuốc bin khí hai trục Loại tuốc bin khí một trục chỉ có một tuốc bin, tuốc bin này vừa dẫn động máy nén vừa cho công suất kéo Loại hai trục gồm hai tuốc bin, một trục

có nhiệm vụ dẫn động máy nén và một trục khác cho công suất kéo

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

1.1.4 Đầu máy điện:

Đầu máy điện sử dụng năng lượng điện sản xuất ra từ các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện hoặc nhà máy điện nguyên tử thông qua lưới điện chạy dọc theo các tuyến đường sắt Trên đầu máy điện, động cơ điện kéo sau khi nhận nguồn năng lượng từ lưới điện sẽ biến thành cơ năng để quay bánh xe

Tuỳ theo loại dòng điện có thể chia đầu máy điện thành 4 loại như sau:

• Đầu máy điện 1 chiều (3000V hoặc 1500V)

• Đầu máy điện xoay chiều 3 pha, tần số công nghiệp

• Đầu máy điện xoay chiều 1 pha, tần số công nghiệp

• Đầu máy điện xoay chiều 3 pha, tần số thấp (162/3 Hz)

1.1.5 Đầu máy (hoặc phương tiện) chạy trên đệm không khí:

Tốc độ tối đa của các loại đầu máy hoặc phương tiện chạy trên ray chỉ đạt khoảng 200- 240km/h Việc tăng tốc độ của các đoàn tàu vượt quá trị số nói trên sẽ bị hạn chế bởi các điều kiện như: độ bền của đường ray, vấn đề thông qua đường cong, điều kiện tiếp xúc giữa bánh xe và đường ray v.v… Những năm gần đây, trên thế giới người ta đã dùng các phương tiện không sử dụng giá chuyển hướng và bánh xe được thay thế bởi đệm không khí hoặc đệm từ trường

Đệm không khí thực chất là một lớp không khí nén nằm giữa gầm đầu máy (hoặc toa xe) và mặt đường (bê tông) có nhiệm vụ nâng đoàn tàu lên khỏi mặt đất

1.1.6 Đầu máy (hoặc phương tiện) chạy trên đệm từ trường:

Mặc dù khá đa dạng nhưng các phương tiện chạy trên đệm từ trường có nguyên

lý chung nhất là sử dụng động cơ điện tuyến tính

Động cơ điện tuyến tính thường bao gồm 2 loại: động cơ tuyến tính dị bộ và đồng bộ

a.Động cơ tuyến tính dị bộ:

Loại động cơ này có thể hình dung như một loại động cơ điện không đồng bộ

ngắn mạch thông thường trong đó stato và roto được cắt dọc theo đường sinh và được khai triển theo chu vi đường tròn Nói cách khác, động cơ tuyến tính có thể coi như một động cơ 3 pha thông thường có đường kính vô cùng lớn (R=∞) Trong động cơ loại này sẽ xuất hiện không phải một từ trường quay mà là một từ trường chạy, còn thay vì mômen quay sẽ xuất hiện lực kéo của đoàn tàu

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Trong trường hợp này stato được bố trí ở bộ phận chạy của đoàn tàu còn roto chính là thanh dẫn điện thay cho đường ray Các thanh dẫn điện được chế tạo dưới dạng tấm có tiết diện hình chữ nhật, lắp đặt cố định theo tim đường

Do sự tương tác của từ thông stato và dòng điện cảm ứng xuất hiện trong thanh ray, bộ phận chạy sẽ chuyển động liên tục dọc theo tuyến đường Cuộn dây stato có thể bố trí về 2 phía đối xứng với tim đường hoặc bố trí về một phía

của bộ phận chạy được gọi là đệm từ trường.

-Lực kéo được sinh ra do tác động tương hỗ của từ trường các tấm siêu dẫn đặt trên bộ phận chạy với các cuộn dây 3 pha đặt dọc theo nền đường được cấp điện từ trạm biến áp kéo Các cuộn dây 3 pha có bước cùng với bước của các tấm nam châm siêu dẫn đặt trên bộ phận chạy của đoàn tàu

1.2.Khái niệm chung về đầu máy diezel:

Đầu máy diezel là loại đầu máy có thiết bị động lực là động cơ diezel Động cơ diezen là loại động cơ đốt trong kiểu pittông chạy bằng nguyên liệu diezel

1.2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ diezel:

a.Sơ đồ cấu tạo:

Đầu máy diezel có nhiều kiểu loại khác nhau Trong phần này ta trình bày sơ đồ cấu tạo của một loại đầu máy, đó là đầu máy diezel truyền động điện

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Các loại đầu máy nói chung và đầu máy diezel nói riêng đều được cấu tạo từ 3

bộ phận cơ bản nhất đó là: thiết bị động lực, hệ thống truyền động và bộ phận chạy Trên đầu máy diezel, thiết bị động lực là động cơ diezel 1, hệ thống truyền động gồm máy phát điện chính 3, cáp động lực 4 và động cơ điện kéo 5; bộ phận chạy bao gồm các cặp bánh xe 6 lắp trong khung giá chuyển hướng 7 Ngoài các bộ phận rất cơ bản trên, đầu máy diezen còn có nhiều trang thiết bị phụ khác nữa như hệ thống làm mát,

hệ thống khí nén, hệ thống điều khiển v.v…

11

12 3

2

4

5 6 7

8

9 10

1

Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo đầu máy diezel truyền động điện

Đồ ân tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hă

b Nguyín lý hoạt động của đầu mây diezel truyền động điện:

Động cơ diezel lă bộ phận biến đổi hoâ năng của nhiín liệu thănh cơ năng lăm quay trục khuỷu Trục khuỷu của động cơ diezel được liín kết với roto của mây phât điện chính, do đó trục khuỷu của động cơ quay lăm quay trục rôto của mây phât điện chính Mây phât điện chính sinh ra dòng điện vă cung cấp điện cho động cơ điện kĩo thông qua dđy dẫn Động cơ lăm việc, trục roto của nó quay vă thông qua cặp bânh răng lăm cho trục bânh xe quay theo Như vậy câc cặp bânh xe sẽ lăn trín đường ray

vă lăm cho đầu mây chuyển động

Bộ phận chạy của đầu mây bao gồm khung giâ chuyển hướng, câc cặp bânh xe cùng hộp dầu đầu trục vă hệ thống treo lò xo Tâc dụng chủ yếu của giâ chuyển hướng

lă giúp cho đầu mây thông qua đường cong được dễ dăng

1.2.2 Cấu tạo tổng thể của đầu mây diezel:

Cấu tạo tổng thể của một loại đầu mây diezel: động cơ diezel liín kết với mây phât điện chính bởi một khớp đăn hồi vă tạo thănh một thiết bị động lực thống nhất: nhóm động cơ- mây phât

Nhóm động cơ- mây phât lă bộ phận có trọng lượng lớn nhất trín đầu mây, được đặt lín giâ xe của đầu mây ở phần giữa của nó Câc cặp bânh xe của đầu mây được liín kết thănh hai giâ chuyển hướng 3 trục có liín kết tương tự nhau

Tất cả câc trục bânh xe đều lă trục chủ động Trín trục của mỗi cặp bânh xe treo một động cơ điện kĩo, thông qua một cặp bânh răng, động cơ điện kĩo dẫn động cho trục bânh xe lăm cặp bânh xe quay

Cơ năng

Năng lượng điện

Cơ năng Nhiên liệu

Hình 1.2: Sơ đồ biến đổi năng lượng trín đầu mây diezel truyền động điện

Không khí nạp cho động cơ được hút từ ngoài trời và được đẩy vào các xi lanh nhờ máy nén tuốc bin khí và máy tăng áp làm việc kế tiếp nhau Khí thải của động cơ được dẫn qua cánh tuốc bin của máy tăng áp, qua ống tiêu âm, qua các ống xả đặt trên nắp thùng xe và ngoài trời.

Máy phát điện chính trong quá trình làm việc toả ra một lượng nhiệt khá lớn do

đó được làm mát nhờ một quạt làm mát chuyên dùng

Các động cơ điện kéo được làm mát nhờ các quạt làm mát Các quạt này được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thông qua các hộp giảm tốc Mỗi quạt làm mát đảm nhiệm việc đưa không khí vào 3 động cơ điện kéo của một gía chuyển hướng

1.2.3 Phân loại và ký hiệu đầu máy diezel:

a Phân loại đầu máy diezel:

Đầu máy diezel có thể được phân loại theo một số cách khác nhau:

- Dựa vào công dụng có thể phân ra:

• Đầu máy kéo tàu hàng : Đầu máy kéo tàu hàng yêu cầu phải có công suất lớn nhưng tốc độ không cần cao lắm Vì vậy, đầu máy kéo tàu hàng thường có trọng lượng bám lớn, có nhiều trục chủ động và có tốc độ cấu tạo trung bình

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

• Đầu máy kéo tàu khách : Yêu cầu có tốc độ cao nhưng không cần công suất quá lớn.Vì rằng công suất của đầu máy là tích số giữa sức kéo vàng bánh với vận tốc của nó cho nên xét một cách tổng quát thì công suất của đầu máy tàu khách và tàu hàng thường là tương đương nhau

• Đầu máy dồn làm nhiệm vụ dồn dịch ở ga và lập tàu, do đó nó đòi hỏi công suất không lớn, tốc độ không cao Tuy nhiên, đầu máy dồn cần có tính năng cơ động cao, đảo chiều nhanh và trọng lượng bám đủ lớn

- Dựa vào khổ đường ray có thể phân ra: đầu máy đường khổ rộng, đường tiêu chuẩn và đường khổ hẹp

• Đường khổ rộng chạy trên đường sắt khổ rộng như: 1600mm (Australia, Brazil), 1668mm (Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha)

• Đầu máy khổ tiêu chuẩn: 1435mm sử dụng hầu hết ở các nước Châu Âu

• Đầu máy khổ hẹp: 600mm Loại này có hầu hết ở các nước có đường sắt khổ rộng và tiêu chuẩn, chủ yếu ở các tuyến phụ, các tuyến địa phương như khổ: 750mm (Ba Lan, Rumani), 1000mm (Argentina, Brazil, Chile), 1067mm (Australia, Châu Phi, Nhật Bản)

Ở nước ta hiện nay, hầu hết các loại đầu máy diezen đang sử dụng đều là loại đầu máy khổ hẹp 1000mm

- Dựa vào kết cấu của bộ phận chạy có thể phân ra: đầu máy kiểu giá xe và đầu máy kiểu giá chuyển hướng

• Trong đầu máy kiểu giá xe, các cặp bánh xe liên kết trực tiếp với bệ xe (giá xe), do đó khả năng thông qua đường cong của nó bị hạn chế Đầu máy kiểu giá

xe thường có công suất nhỏ và cự ly trục không lớn

• Trong đầu máy kiểu giá chuyển hướng, các cặp bánh xe không liên kết trực tiếp với giá xe mà liên kết với một “giá xe con” gọi là giá chuyển hướng Các giá chuyển hướng liên kết với bệ xe thông qua cơ cấu chuyển hướng và các bàn trượt chịu lực Đầu máy kiểu giá chuyển hướng có khả năng thông qua đường cong một cách dễ dàng Hiện nay hầu hết các loại đầu máy diezen đều là đầu máy kiểu giá chuyển hướng

- Dựa vào kiểu loại truyền động truyền thống có thể phân ra: đầu máy truyền động cơ giới, đầu máy truyền động thuỷ lực và đầu máy truyền động điện Các đầu

Ở mỗi nước khác nhau đều có những nguyên tắc ký hiệu đầu máy khác nhau.

Ở Việt Nam người ta sử dụng tập hợp một số chữ cái và chữ số để ký hiệu cho đầu máy diezen theo nguyên tắc sau:

D- biểu thị đầu máy diezen

H- biểu thị truyền động của đầu máy là truyền động thuỷ lực

E- biểu thị truyền động của đầu máy là truyền động điện

Các chữ số xen kẽ giữa 2 chữ D và H hoặc E biểu thị công suất của đầu máy tính bằng 100 mã lực

Ví dụ: Đầu máy diezen có công suất 1200 mã lực, truyền động điện được ký hiệu là D12E

Ví dụ: đầu máy D12E có công thức trục là 2o-2o Vậy đầu máy này có 2 giá chuyển hướng và mỗi giá có 2 trục bánh xe, các trục bánh xe dẫn động một cách độc lập

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ KÉO

2.1 Khái niệm chung về sức kéo đoàn tàu:

2.1.1 Các lực tác dụng lên đoàn tàu :

Đoàn tàu là một hệ vật rắn có liên kết đàn hồi và liên kết cứng Hệ vật rắn này

là đầu máy và toa xe, được móc nối với nhau vận chuyển trên đường sắt

Tất cả các lực tác dụng lên hệ vật được chia thành 2 loại: nội lực và ngoại lực Ngoại lực sẽ bao gồm các lực như: lực hút từ Trái đất, phản lực từ đường ray và các tác động của môi trường; nội lực gồm: sự tác động qua lại giữa các toa xe móc nối với nhau

Nội lực ở một hệ chất điểm bất kỳ là những lực song song, bằng nhau về trị số, cùng phương tác dụng và ngược hướng nhau Do đó, ở một hệ chất điểm sự cân bằng của các nội lực và mômen hợp lực của chúng đối với một trục bất kỳ luôn luôn bằng không Từ đó, ta rút ra kết luận là: trọng tâm của hệ vật không thay đổi vị trí trong không gian dưới tác dụng của chỉ các nội lực, nó chỉ thay đổi dưới tác dụng của các ngoại lực Đối với đoàn tàu sự vận động của nó cũng chỉ được thực hiện dưới tác dụng của ngoại lực Trong thực tế có nhiều lực khác nhau về phương và trị số tác dụng lên đoàn tàu nhưng ta chỉ khảo sát những ngoại lực tác dụng lên đoàn tàu theo phương vận động của nó Ta phân các lực tác dụng lên đoàn tàu thành 3 nhóm:

+ Các lực được truyền từ đầu máy là lực kéo F

+ Các lực cản chuyển động của đoàn tàu là sức cản W (lực này có tính chất tự nhiên).+ Lực hãm Wh (lực cản nhân tạo)

Các nhóm lực trên không phải lúc nào cũng tác dụng lên đoàn tàu một cách đồng thời mà chỉ tác dụng theo các trường hợp sau:

* Sức kéo F và sức cản tự nhiên W

* Lực hãm Wh và sức cản tự nhiên W

* Chỉ có sức cản tự nhiên WLực cân bằng của các lực tác dụng lên đoàn tàu theo hướng vận động của nó xác định đặc tính của vận động Ta sẽ đi khảo sát cơ sở vật lý của việc tạo ra các lực kể trên

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

2.1.2 Quá trình hình thành sức kéo đoàn tàu:

Trong các điều kiện khai thác của đầu máy, ứng với mỗi tốc độ vận động đều

có một sức kéo Fk tương ứng Vì thế, để đánh giá chất lượng khai thác của đầu máy ta

sử dụng đường đặc tính Fk = f(V) – đây là đặc tính kéo của đầu máy

Trị số lớn nhất của sức kéo đòi hỏi đầu máy phải tạo ra là khi khởi động, khi gia tốc cũng như khi chuyển động trên đường dốc Nếu Fk không thay đổi ở tất cả các tốc

độ thì đường đặc tính sẽ là đoạn AB (hình 2.1a) song song với trục tốc độ (V) Đồ thị tương ứng của công suất đầu máy Nk = f(V) biểu diễn bởi đường OC (hình 2.1b), vì:

Nk =

270

.75.60.60

1000F k V = F k V

trong đó: Fk là sức kéo của đầu máy (KG)

V là tốc độ của đầu máy (Km/h)

Ta biết rằng, công suất đầy đủ chỉ được dùng ở tốc độ lớn nhất Vmax (đường OC

ở hình 2.1b), còn ở các tốc độ khác nhỏ hơn tốc độ Vmax thì công suất của đầu máy không được sử dụng hoàn toàn Mặt khác, sự thay đổi của lực Fk ở tất cả các tốc độ chuyển động của đoàn tàu không phù hợp với sự thay đổi của Profin của tuyến đường sắt bao gồm lên dốc, xuống dốc và đường bằng Khi chuyển động lên dốc đòi hỏi đầu máy phải tạo một sức kéo lớn hơn khi xuống dốc Nói một cách tổng quát, khi chuyển động với vận tốc nhỏ cần phải có sức kéo lớn và khi chuyển động với vận tốc lớn thì chỉ cần sức kéo nhỏ

Như vậy, Fk = f(V) biến đổi theo qui luật Hyberbol đều phù hợp với yêu cầu đó

và được gọi là đặc tính kéo lý tưởng (đường A’B’ ở hình 2.1a), tương ứng vói nó công

Hình 2.1

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

suất không đổi (đường DE) Nhờ đặc tính biến đổi của Fk = f(V) mà công suất của đầu máy được sử dụng hoàn toàn trong một phạm vi rộng rãi của tốc độ Nk không đổi Điều đó đặc biệt quan trọng với đầu máy nhiệt vì máy phát năng lượng trên đầu máy

sử dụng hoàn toàn công suất ở các chế độ làm việc của đầu máy

Ngoài ra, đặc tính kéo dạng Hyberbol còn có tác dụng duy trì một cách tự động chế độ làm việc của đầu máy thông qua sự thay đổi của sức cản dẫn đến thay đổi tốc

độ và sức kéo

Ta biết rằng công suất của động cơ diezel tỉ lệ thuận với tốc độ vòng quay của trục khuỷu Khi làm việc ở chế độ ổn định, công suất của động cơ sẽ đạt chế độ cực đại tương ứng với số vòng quay lớn nhất Muốn cho đầu máy chuyển động được thì phải liên kết trục khuỷu của động cơ với cặp bánh xe bằng một phương thức nào đó Phương thức đó gọi là phương thức truyền công suất từ động cơ diezel xuống cặp bánh

xe, và thiết bị sử dụng cho việc liên kết gọi là bộ phận truyền động của đầu máy

a Sự phát sinh của lực kéo đầu máy:

Để bánh xe đầu máy có thể quay được trên đường ray cần tồn tại ma sát giữa bánh xe và đường ray, hay nói cách khác phải tồn tại một độ bám nhất định Ta biết công suất hữu ích của động cơ diezel được biến đổi thành mômen rồi biến thành lực kéo Lực kéo của đầu máy là một ngoại lực, có điểm đặt tại điểm tiếp xúc giữa vành bánh xe và đường ray, có hướng cùng hướng chuyển động của đầu máy Lực kéo ký hiệu là Fk (hình 2.2)

Qua sơ đồ ta thấy Fk hình thành do mômen Mq:

Mq = Fk.RTrong đó: Mq là mômen quay của bánh xe

R là bán kính bánh xe Mômen quay Mq tương ứng với công suất Nk đặt trên vành bánh xe, do đó gọi là công suất vành bánh: Nk = Ne – Nf – Nth

Trong đó: Ne là công suất hữu ích của động cơ diezel (lấy từ đầu ra của trục khuỷu)

Nf là công suất của đầu máy dùng cho các trang thiết bị phụ (quạt làm mát, máy khí nén, máy phát điện phụ…)

Nth là công suất tổn hao khi truyền từ trục khuỷu xuống cặp bánh xe

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Đối với một đầu máy cụ thể thì Nf và Nth xem như không đổi, khi đó Nk sẽ đạt giá trị lớn nhất ứng với Ne có giá trị lớn nhất Công suất Nk được coi là công suất thực

tế của đầu máy dùng để kéo đoàn tàu, nó được phân bố đều cho các bánh xe chủ động

và được biến thành mômen Mq làm quay bánh xe (Nk = const khi Ne = const)

Xét một đầu máy kéo đoàn tàu đang chuyển động trên đường thẳng với tốc độ không đổi (hình 2.2) Lực làm cho đầu máy chuyển động chính là lực Fk Khi đó công của đầu máy là:

A = Fk.S = Fk V.ttrong đó: V là vận tốc của đoàn tàu

t là thời gian chuyển động

và công suất vận hành của vành bánh sẽ là:

Nk = A/t = Fk.V, trong đó Fk là sức kéo vành bánhNhư đã nói ở trên khi Ne đạt giá trị định mức thì Nk = const

Để đảm bảo cho Fk.V = const thì Fk và V phải tỉ lệ nghịch nhau

Nếu biểu thị mối quan hệ giữa Fk và V trên hệ toạ độ đường cong Fk = f(V) thì

sẽ có dạng Hyperbol và được gọi là đường đặc tính sức kéo của đầu máy Đường đặc tính sức kéo của đầu máy Fk.V = const, được gọi là đường đặc tính ngoài và là đường đặc tính sức kéo lý tưởng của đầu máy

Hình 2.2: Sự hình thành sức kéo đầu máy

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Tuy nhiên đặc tính sức kéo Fk(V) có các hạn chế sau:

+ Lực kéo của đầu máy không được vượt quá trị số lực bám giữa bánh xe và đường ray, nghĩa là: Fkmax ≤ 1000.Pb.Ψk

trong đó: Pb là trọng lượng bám của đầu máy (T)

Ψk là hệ số bám tính toán, đối với đầu máy diezen thì:

Ψk = 0,25 +

V

20100

Đối với mỗi đầu máy bao giờ cũng qui định một tốc độ cấu tạo lớn nhất Vmax, tốc độ này phụ thuộc vào độ bền của bộ phận chạy và các điều kiện an toàn chạy tàu Đường hạn chế tốc độ này được biểu diễn bằng đường cong BC

Như vậy, phạm vi làm việc của đầu máy bị hạn chế bởi độ bám bánh xe vào đường ray (đường cong AA’), bởi công suất của động cơ diezen (đường cong A’C) và tốc độ cấu tạo của đầu máy (đường cong CC’) Nói cách khác đường cong AA’, CC’

là đường đặc tính sức kéo lý tưởng của đầu máy

Hình 2.3: Đường đặc tính sức kéo (đặc tính ngoài sức kéo lý tưởng của đầu máy)

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

b Truyền dẫn công suất trực tiếp từ trục khuỷu động cơ diezen tới bánh xe:

Như ta đã biết, đường đặc tính mômen của động cơ diezel có hệ số thích ứng K không lớn nên không phù hợp với chế độ làm việc luôn thay đổi của phụ tải động cơ

Do vậy, vấn đề đặt ra là phải liên kết động cơ diezel và cặp bánh xe như thế nào để khi động cơ làm việc với những đặc tính vốn có của nó thì đầu máy có được đường đặc tính sức kéo mong muốn

Ta đang xét một đầu máy diezeltruyền động trực tiếp (hình 2.4) có nghĩa là trục khuỷu động cơ được nối cứng với cặp bánh xe thông qua một cơ cấu nào đó có tỉ số truyền không đổi và bằng 1

Ta biết động cơ diezen có công suất hữu ích (ở đầu ra trục khuỷu) là Ne và tương ứng với nó là mômen quay Mq Vì cơ cấu dẫn động có tỉ số truyền bằng 1 nên hiệu suất dẫn động cũng có thể coi bằng 1, nên mômen quay Mq trên trục khuỷu được truyền toàn bộ xuống cặp bánh xe, lúc đó lực kéo Fk sẽ có giá trị: Fk = Mq/R (R là bán kính bánh xe)

Qua đó, ta thấy Fk hoàn toàn tỉ lệ thuận với Mq tức là khi mômen quay của động

cơ không đổi thì đường đặc tính kéo Fk sẽ có dạng đúng như dạng Mq = Ψ(n) Đường đặc tính kéo thực tế của đầu máy được thể hiện trên hình 2.5 sau đây:

Hình 2.4: Sơ đồ đầu máy diezel truyền động trực tiếp

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Ta thấy đầu máy diezel có truyền động trực tiếp thì lực kéo hầu như không đổi trong phạm vi tốc độ Vmin ÷Vmax của đầu máy Các điểm a và b trên đường đặc tính sức kéo tương đương với tốc độ Vmin và Vmax của đoàn tàu cũng chính là tương đương với tốc độ vòng quay nmin và nmax của động cơ diezel Trong phạm vi tốc độ 0 đến Vmin đầu máy không phát huy được sức kéo

Như vậy nếu nối trực tiếp trục khuỷu của động cơ với cặp bánh xe thì:

Để khởi động được động cơ ở trạng thái có tải cần phải có một thiết bị khởi động đặc biệt hoặc một động cơ phụ khác có công suất đủ lớn để dịch chuyển toàn bộ đoàn tàu với vận tốc tương ứng với số vòng quay nhỏ nhất của trục khuỷu Sau khi khởi động và tăng tốc cho đoàn tàu như vậy, tiến hành ngắt thiết bị khởi động nói trên lúc đó đầu máy mới có thể tự kéo đoàn tàu trên đường Một cơ cấu như vậy không thể thực hiện vì quá cồng kềnh, tốn kém và phi thực tế, còn với cơ cấu khởi động thông thường thì khi khởi động ở trạng thái có tải là không thể thực hiện được

Nếu công suất của động cơ được chọn theo điều kiện chạy tàu với Vmin trên những đoạn đường có mặt cắt dọc khó khăn nhất thì ở những đoạn đường có mặt cắt dọc dễ dàng hơn đầu máy cũng chuyển động với vận tốc Vmin Còn nếu công suất của động cơ được lựa chọn để kéo tàu với vận tốc Vmax ở những đoạn đường dễ dàng thì ở những đoạn đường khó khăn đầu máy sẽ chạy chậm hơn và công suất của động cơ sẽ được sử dụng hết Đường đặc tính sức kéo của loại đầu máy này hoàn toàn không phù hợp với đường đặc tính kéo lý tưởng

Hình 2.5: Đường đặc tính ngoài của đầu máy diezel truyền động trực tiếp

a Đặc tính ngoài của động cơ diezel b Đặc tính ngoài của đầu máy

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Ngoài ra, ta cần lưu ý phạm vi tốc độ vòng của trục khuỷu động cơ là tương đối nhỏ, tỉ số nmax/ nmin nằm trong khoảng 2÷2,5 lần Điều đó có nghĩa là khi nối trực tiếp trục khuỷu của động cơ với cặp bánh xe thì phạm vi tốc độ của đầu máy cũng chỉ bằng 2÷2,5 lần Nếu lấy tốc độ tối thiểu của đầu máy để ở đó có thể khởi động được động cơ

Vmin = 15km/h thì tốc độ tối đa của đầu máy sẽ là Vmax = (2÷2,5).Vmin = (30÷37,5) km/h

Những đầu máy hiện nay có tốc độ (100÷120) km/h và tỉ số Vmax/Vmin bằng (5÷6) lần và nó hoàn toàn không thích ứng với phương thức dẫn động như trên

2.2 Hệ thống truyền động điện trong thiết bị kéo:

2.2.1 Truyền động điện ở đầu máy diezel :

Ta biết rằng, bộ truyền động được hình thành xuất phát từ nhu cầu truyền lực và thay đổi tốc độ chạy trong quá trình khai thác nhằm biến đặc tính công suất của động

cơ diezel thành đặc tính sức kéo của đầu máy sao cho tiến dần tới mức lý tưởng, được biểu thị bởi Fk.V = const hay quan hệ Fk = f(V) có dạng Hyperbol đều Xuất phát từ yêu cầu đó bộ truyền động có 3 chức năng sau:

• Tham gia vào quá trình truyền dẫn mômen quay từ trục động cơ đến nhóm bánh xe chủ của đầu máy

• Thực hiện các cấp chuyển đổi tốc độ theo chiều tăng hoặc giảm phụ thuộc vào các điều kiện làm việc cụ thể của đầu máy

• Thay đổi hướng chạy của đoàn tàu (đảo chiều chạy) khi cần thiết

Bộ truyền có thể có tỉ số truyền cố định hoặc thay đổi, tỉ số truyền cố định chỉ tồn tại ở một bộ phận của hệ thống truyền động chẳng hạn ở các cặp bánh răng trong truyền động thuỷ lực…

Nếu xét theo sức kéo của đầu máy thì sức kéo lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám ứng với chế độ khởi động đoàn tàu và lấy đà khi chạy trên đường dốc; giá trị sức kéo giảm dần theo chiều tăng của tốc độ chạy ứng với mỗi vị trí tay máy Nói tóm lại sức kéo lớn thì tốc độ thấp và sức kéo nhỏ khi tốc độ cao

Quá trình điều chỉnh sức kéo và tốc độ diễn ra 1 cách tự động nhờ tín hiệu nhận được từ bộ cảm ứng tốc độ và các thiết bị đo lường đưa đến hệ thống điều khiển thực hiện chức năng này Việc phân loại truyền động trên đầu máy diezel có thể tổng hợp theo sơ đồ hình sau:

Đồ ỏn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Ở đầu mỏy diezel cú cỏc kiểu truyền động:

• Truyền động cơ khớ: Cụng cơ học trờn trục động cơ diezel được truyền đến nhúm bỏnh xe dẫn động của đầu mỏy nhờ cỏc trục dẫn động liờn kết với cỏc cặp bỏnh răng ăn khớp và cỏc ly hợp thực hiện việc thay đổi tỉ số truyền động nhờ cỏc cặp bỏnh răng, nú quyết định tốc độ chạy của đầu mỏy

• Truyền động thuỷ lực: Ngoài cỏc trục và cỏc cặp bỏnh răng ăn khớp cũn

cú cỏc biờn tốc thuỷ lực và cụn thuỷ lực, thực hiện chức năng biến đổi năng lượng và chuyển đổi cỏc tỉ số truyền

• Truyền động khớ nộn: Động cơ diezel dẫn động mỏy nộn khớ, tạo ra khớ nộn cú ỏp suất cao cấp cho cỏc động cơ chấp hành, thực hiện chuyển động quay ở cỏc bỏnh xe dẫn động

Ở bộ truyền động điện, năng lượng của động cơ diezel biến thành năng lượng điện ở mỏy phỏt chớnh cấp cho cỏc động cơ điện kộo và thụng qua hộp giảm tốc làm quay cỏc bỏnh xe chủ động Việc thay đổi mụmen quay và tốc độ chạy của đầu mỏy được thực hiện nhờ bộ điều chỉnh đa chế độ phối hợp giữa điều chỉnh cấp nhiờn liệu cho động cơ diezel và thay đổi dũng điện cấp cho động cơ điện kộo

a Nguồn kộo đối với đầu mỏy truyền động điện:

Việc sử dụng động cơ điện một chiều kớch từ nối tiếp rất phổ biến trong truyền động của tàu kộo do đõy là loại cú đặc tớnh mềm Mặt khỏc, sự liờn kết giữa động cơ diezel với trục bỏnh xe đầu mỏy thụng qua bộ truyền động điện nờn mụmen và sức kộo

cú thể biến đổi vụ hạn trong bất kỳ dải tốc độ nào (sức kộo tăng thỡ vận tốc giảm và ngược lại), do đú cụng suất của động cơ diezen cũng như mỏy phỏt điện luụn cõn bằng

và phỏt huy triệt để

truyền động đầu máy diesel

TĐ thuỷ tĩnh TĐ thuỷ động TĐ điện MC TĐ điện XC TĐ điện HH

Hỡnh 2.6: Sơ đồ phõn loại kiểu truyền động ở đầu mỏy

diezen

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ truyền động điện như sau:

Khi động cơ diezel 1 làm việc, trục khuỷu của nó quay và thông qua khớp nối 2 làm quay roto của máy phát điện 3 Máy phát sản sinh ra dòng điện cung cấp cho các động cơ điện kéo 4 thông qua hệ thống dây dẫn (cáp động lực) Khi động cơ điện kéo làm việc, trục roto của nó quay làm dẫn động cặp bánh răng 5, 6 gắn trên trục bánh xe

và cuối cùng làm cho bánh xe 7 lăn trên đường ray

Quá trình chuyển đổi năng lượng của dạng truyền động này là “cơ năng- điện năng- cơ năng”

Căn cứ vào tính chất của dòng điện người ta chia ra:

• Dạng truyền động điện 1 chiều :

Là dạng truyền động mà cả máy phát F và động cơ Đ trong hệ thống đều là máy điện 1 chiều Động cơ diezel Z kéo máy phát điện F tạo thành 1 tổ hợp máy phát điện diezel để phát ra dòng điện 1 chiều I cung cấp cho động cơ điện kéo Đ thông qua cặp bánh răng BR, làm quay trục bánh xe BX Khi BX quay, tác dụng với đuờng ray tạo ra sức kéo làm đoàn tàu chuyển động

Quá trình chuyển đổi năng luợng cảu dạng truyền động điện này là : “ cơ năng - điện năng – cơ năng”

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động điện

1 Động cơ diezel; 2 Khớp nối; 3 Máy phát điện chính;

4 Động cơ điện kéo; 5,6 Cặp bánh răng; 7 Cặp bánh xe

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

• Dạng truyền động điện hỗn hợp :

Là dạng truyền động có máy phát điện kéo là loại xoay chiều nhưng động cơ điện kéo là loại 1 chiều, giữa máy phát và động cơ có lắp bộ nắn dòng

Trình tự truyền dẫn công suất : động cơ diezel Z kéo máy phát xoay chiều đồng

bộ FĐB, FĐB phát ra dòng điện iAC thành dòng điện 1 chiều IDC cung cấp cho các động cơ điện kéo 1 chiều Đ Khi Đ quay sẽ sinh ra momen làm quay các bánh xe đầu máy

Hình 2.8 : Sơ đồ truyền động của dạng truyền động điện 1 chiều

Z : Động cơ diezel F : Máy phát điện 1 chiều Đ : Động cơ điện 1 chiều.

BR, BX : bánh răng chủ động lắp trên đầu Đ và bánh răng bị động lắp

trên trục bánh xe ( hộp giảm tốc trục bánh xe )

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Quá trình biến đổi năng lượng của dạng truyền động điện này : “ cơ năng - điện năng xoay chiều - điện năng 1 chiều - cơ năng”

Hình 2.9 : Sơ đồ dạng truyền động điện hỗn hợp.

F ĐB : Máy phát điện xoay chiều đồng bộ , I KT : Dòng kích từ.

i AC và I DC : Dòng xoay chiều và dòng 1 chiều.

Đồ ân tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hă

• Dạng truyền động điện xoay chiều :

Lă dạng truyền động có mây phât điện vă động cơ trong hệ thống đều lă mây điện xoay chiều, đồng thời giũa mây phât điện vă động cơ có lắp bộ biến đổi tần số BT

Trình tự truyền dẫn công suất : công suất từ động cơ diezel Z dẫn tới trục quay của mây phât điện xoay chiều dồng bộ FĐB, FĐB phât ra nguồn điện xoay chiều i1AC với tần số f1 Thông qua 1 mây biến tần ( thiết bị biến đổi tần số ) dòng điện chạy sẽ đổi thănh i2AC có tần số f2 để cung cấp cho câc động cơ điện xoay chiều Ji, câc động cơ Ji lăm quay câc bânh xe của đầu mây ( thông qua cặp bânh răng BR )

Quâ trình chuyển đổi năng lượng của dạng truyền động điện năy lă : “ cơ năng - điện – cơ năng”

Trong 3 dạng truyền động nói trín thì dạng truyền động thứ nhất có thể coi lă dạng truyền động cổ điện, được sử dụng rất phổ biến vă tích lũy được nhiều kinh nghiệm trong thiết kế, chế tạo, sử dụng vă sữa chữa, có đặc tính phù hợp với đặc tính sức kĩo Tuy nhiín dạng năy co nhiều nhược điểm như kết cấu phức tạp, độ tin cậy không cao ( do có hệ thống chổi than, vănh góp ), trọng luợn vă kích thuớc lớn Dạng truyền động thứ 3 khắc phục được câc nhược điểm của dạng truyền động trước, nhưng việc điều chỉnh dòng điện với tần số, công suất lớn phức tạp vă có nhiều khó khăn cần được tiếp tục nghiín cứu vă giải quyết Đđy lă dạng truyền động có khả năng phât triển trong tương lai gần Dạng truyền động thứ 2 kết hợp đựoc ưu điểm của 2 loại kia

ở mức độ nhất định, vì vậy được dùng ở câc đầu mây công suất lớn khoảng 2000CV

Hình 2.10 : Sơ đồ dạng truyền động điện xoay chiều.

BT : Máy biến tần Ji : Động cơ điện xoay chiều dị bộ

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Ở nước ta, đầu máy diezel truyền động điện D9E ( Mỹ) được sử dụng từ trước ngày giải phóng miền Nam tới nay, đầu máy D12E ( Cộng Hòa Séc ) , đầu máy D13E (Ấn Độ ) gần đây có dạng truyền động điện 1 chiều – 1 chiều (dạng truyền động thứ nhất) Đầu máy D14E (Trung Quốc ), D18E ( Bỉ ), D19E ( Trung Quốc ) là dạng truyền động hỗn hợp (dạng truyền động thứ 2) Gần đây chúng ta đã nhập loại đầu máy D20E của hãng Siemens (Đức ) là loại đầu máy có dạng truyền động điện xoay chiều ( dạng thứ 3)

b.Ưu và nhược điểm của hệ thống điện :

• Ưu điểm :

• Có đặc tính sức kéo Fk (Vk) gần với dạng hyperbol nên có thể coi là đặc tính sức kéo của đầu máy diezel TĐĐ gần với đặc tính kéo lý tưởng nhất Bởi vì 1 mặt đầu máy diezel TĐĐ thường sử dụng động cơ điện kéo là động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp, là loại động cơ có đặc tính cơ mềm Mặt khác, sự liên kết giữa động cơ diezel với trục bánh xe đầu máy thông qua bộ TĐĐ nên momen và sức kéo có thể biến đổi vô hạn trong bất kỳ dải tốc dộ nào ( sức kéo Fk tăng →Vk giảm và ngược lại), do đó công suất của động cơ diezel cũng như máy phát điện luôn luôn cân bằng và phát huy triệt để

Hơn nữa, hệ thống TĐĐ rất nhạy cảm với sự biến thiên về công suất và tốc độ quay của động cơ diezel, nên khả năng tự điều chỉnh công suất trong trường hợp non tải và quá tải tốt hơn hệ thống thuỷ lực, vì vậy nó càng có điều kiện phát huy công suất

và tận dụng hết tiềm lực của đầu máy

Ta có thể nhận biết thông qua so sánh 3 đưòng đặc tính sức kéo của 3 dạng truyền động cơ khí, truyền động thuỷ lực, truyền động điện qua hình sau:

Hình 2.11 : Dạng đặc tính sức kéo của các loại đầu máy diezel a.Truyền động cơ khí b.Truyền động thuỷ lực c.Truyền động điện

• Có năng lực quá tải lớn, hơn nữa lại có khả năng tự động bảo vệ quá tải

và tự động không chế phụ tải, nên đầu máy diezel TĐĐ càng có khả năng phát huy hết công suất để chạy nhanh, sức kéo lớn ( nhất là khi leo dốc hoặc kéo tàu nặng ), có khả năng khơir động và gia tốc nhanh

Ngoài ra, do kết cấu bộ TĐĐ ít dùng hệ thống truyền động cơ giới ( bánh răng, hộp giảm tốc ) nên sức cản cơ giới nhỏ, dẫn tới sức cản của đầu máy “Wo” cũng nhỏ hơn đầu máy TĐTL

• So với đầu máy TĐTL thì đầu máy TĐĐ có suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn (10÷14)% Thông thường chi phí về nhiên liệu chiếm tới 60% chi phí khai thác

đầu máy nên điều này có ý nghĩa rất lớn về kinh tế

• Có khả năng thực hiện tự động hoá và đơn giản hoá cả quá trình điều khiển, thao tác trên đầu máy như khởi động không tải, đảo chiều, khởi động đoàn tàu, điều chỉnh tốc độ đoàn tàu, dừng hãm và xử lý sự cố Hơn nữa, do hệ thống truyền dẫn công suất và điều khiển là hệ thống điện nên thuân lợi cho việc vận hành ghép các đầu máy đẻ tăng công suất kéo, việc hãm bằng điện trở, việc khởi động theo nguyên tắc vận hành thuận nghịch của máy điện và việc điều khiển từ xa của cả đoàn tàu

• Có điều kiện tăng tính lắp lẫn, tính thông dụng hoặc vạn năng cho đầu máy Trong điều kiện vận hành song song cả đầu máy điện và đầu máy diezel TĐĐ thì tàon bộ trang thiết bị điện như thân xe, buồng lái, giá chuyển hướng và bộ phận chạy của đầu máy diezel TĐĐ có thể lắp lẫn với đầu máy điện

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Mặt khác, đầu máy diezel TĐĐ còn có khả năng mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi phương thức nối ghép và giảm yếu từ trường các động cơ điện kéo sẽ khiến cho đầu máy vừa có thể sử dụng kéo tà khách, vừa có thể sử dụng kéo tàu hàng (vì tàu khách cần tốc độ cao, sức kéo nhỏ thì đầu máy vận hành ở trạng thái các động cơ điện kéo nối song song và giảm yếu từ trường, ngược lại với tàu hàng cần sức kéo lớn và tốc độ trung bình thì các động cơ điện kéo vận hành ở các trạng thái các động cơ điện kéo ghép nối tiếp và đầy từ) Bởi vậy sử dụng đầu máy diezel TĐĐ không những có thể khắc phục được 1 số khó khăn trong công tác vận hành bảo dưỡng như : thiếu sức kéo, thiếu phụ tùng thay thế mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc giảm bớt loại hình đầu máy, tạo cơ sở cho việc điện khí hoá ngành đường sắt trong cả nước

• Có khả năng nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành, kéo dài thời gian sử dụng và giảm bớt chi phí vận hành, khai thác Vì đầu máy diezel TĐĐ có thể

sử dụng động cơ diezel tốc độ thấp hơn và với các đầu máy cỡ lớn, sô lượng các động

cơ diezel cũng ít hơn so với các đầu máy diezel TĐTL ( khi có công suất lớn) Do đó

số lần hư hỏng và kinh phí sữa chữa cũng ít hơn

Riêng về bộ phận truyền động, đầu máy diezel TĐĐ có kết cấu phức tạp hơn ( vì gồm máy phát điện và động cơ điện kéo ), nhưng số bộ kiện hoặc chi tiết lại ít hơn

và thời gian sử dụng lâu dài hơn TĐTL vì cấu tạo của bộ TĐTL có nhiều chi tiết hoặc kết cấu rất phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao Do vậy độ tin cầy của bộ TĐĐ cũng có khả năng cao hơn

Mặt khác, TĐĐ đã được phát triển và sử dụng phổ biến, đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế chế tạo cũng như vận hành, sữa chữa, hơn nữa cơ sở vật chất

kỹ thuật phục vụ cho việc bảo dưỡng bộ TĐĐ cũng dẽ giải quyết hơn

• Nhược điểm :

• Có kết cấu tương đối phức tạp vì bộ TĐĐ của mỗi đầu máy ít nhất phải

có 1 máy phát điện kéo ( xoay chiều hoặc một chiều) và hai hay nhiều động cơ điện kéo Ngoài ra còn có rất nhiều trang thiết bị phụ trợ khác

• Có đơn vị trọng lượng theo công suất Q = P(kg)/N(KW) lớn, nhất là với loại đầu máy sử dụng dạng truyền động một chiều - một chiều Tuy nhiên, nếu là loại đầu máy có công suất lớn đồng thời áp dụng phương thức truyền động hỗn hợp hoặc xoay chiều và cơ cấu dẫn động cụm (1 động cơ điện kéo dẫn động nhiều trục chủ động của đầu máy) thì sự chênh lệch về đơn vị trọng lượng theo công suất giảm xuống một cách rõ rệt

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

• Phải sử dụng nhiều kim loại màu, nhất là đồng nên giá thành đầu máy tương đối cao và việc cung cấp vật tư phụ tùng có khó khăn hơn

c.Đặc điểm cấu tạo của các trang thiết bị điện :

Các trang thiết bị điện trên đầu máy diezel TĐĐ thường có những đặc điểm sau :

•Kích thước nhỏ gọn, vì thế mới đảm bảo lắp đặt được trong không gian hạn chế của đầu máy ( nhất là đảm bảo không gian lắp đặt bộ phận chạy)

•Trọng lượng hạn chế, vì nếu trọng lượng của các thiết bị lớn sẽ làm tăng trọng lượng trục của đầu máy

•Độ bền cơ giới và điện từ đều phải cao, tác động phải nhanh nhạy, ít bị hư hỏng (sự cố), chịu đựng được lực xung kích, va đập và phụ tải về điện biến động lớn (điều kiện vận hành khắc nghiệt)

•Kết cấu phải cân đối, ổn định trong quá trình vận dụng

•Có tính thông dụng và lắp lẫn cao, thuận tiện cho việc gia công lắp ráp, bảo dưỡng và sữa chữa

Ngoài ra còn có tính chất đồng bộ, hoàn chỉnh, hiện đại theo yêu cầu của sự phát triển khoa học kỹ thuật trong giao thông vận tải hiện nay

d.Các thành phần chủ yếu của các trang thiết bị điện :

•Máy phát điện kéo ( còn gọi là máy phát điện chính ) : loại đầu máy cũ và công suất nhỏ (P≤ 1000KW) thường là loại đầu máy điện 1 chiều, loại đầu máy mới sản suất gần đây là loại có công suất lớn (P> 1000KW) thường là loại máy phát điện xoay chiều đồng bộ.Nhiệm vụ chủ yếu để phát ra nguồn điện ( 1 chiều hoặc xoay chiều) cung cấp cho các động cơ điện kéo

•Máy phát điện phụ : thường được lắp liên kết cùng trục với máy phát điện kích từ để tạo thành tổ hợp máy ghép, chủ yếu phát ra nguồn điện 1 chiều cung cấp cho phân mạch phụ ( phân mach kích từ hoặc phân mạch điều khiển )

•Ở 1 số đầu máy hiện đại dùng truyền động hỗn hợp hoặc xoay chiều, máy phát kích từ là máy phát đồng bộ, có thể được bố trí ngay trong lòng máy phát điện kéo.Khi đó máy phát điện phụ được bố trí độc lập và là máy phát xoay chiều đồng bộ,

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

thông qua bộ nắn dòng và hệ thông điều chỉnh điện áp tự động để cung cấp dòng điện

1 chiều ổn định cho phân mạch phụ

•Động cơ điện kéo ( hay động cơ điện chính) : cho đến nay vẫn chủ yếu là loại động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp.Thường có từ 4 đến 10 chiếc trên 1 đầu máy Động cơ điện kéo có nhiệm vụ biến đổi điện năng thành cơ năng làm quay các trục chủ động, tạo ra sức kéo đầu máy

Một số đầu máy hiện đại có thể trang bị động cơ điện kéo là loại xoay chiều dị bộ thông qua bộ biến đổi tần số

• Động cơ điện phụ : thường là loại kích từ song song và hỗn hợp ( ở lưới điện 1 chiều) hoặc dị bộ lồng sóc ( ở lưới điện xoay chiều), chủ yếu dùng để dẫn động bơm dầu bôi trơn, bơm nhiên liệu, quạt làm mát, máy nén gió, bơm nước làm mát.Ngoài ra còn có loại động

cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp dùng để khởi động không tải động cơ diezel ( máy đề)

• Bộ biến đổi điện :

- Bộ nắn điện ( chỉnh lưu) : dùng để nắn dòng điện xoay chiều thành 1 chiều.Ở mạch điện kéo ( mạch động lực) trước kia thường dùng loại chỉnh lưu thủy ngân công suất lớn, còn trên các loại đầu máy hiện nay là các diode bán dẫn thông thường hoặc bán dẫn silic có điều khiển (Thyristor).Bộ nắn điện bố trí trên đầu máy diezel TĐĐ hỗn hợp trong mạch động lực để nắn dòng điện xoay chiều của máy phát điện chính cung cấp cho các động cơ điện kéo 1 chiều kích từ nối tiếp.Ngoài ra nó còn được bố trí trên các mạch điện phụ, mạch điện điều khiển khách

- Bộ biến tần : dùng để thay đổi dòng điện lưới điện xoay chiều có tần số f1 và điện áp U1 thành dòng điện có tần số f2 và điện áp U2 theo yêu cầu.Ở mạch động lực của đầu máy diezel TĐĐ xoay chiều, bộ biến tần dùng để kết hợp với động cơ dị bộ xoay chiều để điều chỉnh đường đặc tính cơ của động cơ từ đường đặc tính cứng thành đường đặc tính mềm, phù hợp với yêu cầu của đường đặc tính sức kéo của đầu máy Trước đây, để thay đổi tần số của hệ thống động lực có công suất lớn phải sử dụng cả 1 tổ hợp động cơ - máy phát xoay chiều và 1 chiều phức tạp Nhưng hiện nay, sủ dụng hệ thống bán dẫn có điều khiển gọn nhẹ hơn nhiều

• Cụm bình điện acquy : gồm các bình acquy chì hoặc acquy kiềm có điện áp và cung lượng tùy thuộc vào kiểu và công suất đầu máy Nhiệm vụ chủ yếu là cung

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

cấp cho các máy điện khởi động ( máy đề) để khởi động động cơ diezel và cấp điện cho các phân mạch không chế, diều khiển, chiếu sáng, đo lường , bảo vệ khi đầu máy chưa vận hành

• Các trang thiết bị điện phụ Hệ thống các trang thiết bị điện phụ có nhiều tác dụng quan trọng như : điều khiển, điều chỉnh tự động, bảo vệ , giám sát và có cấu tạo phức tạp chia ra thành nhiều phân mạch (hay hệ thống ) sau:

- Các thiết bị phụ thuộc hệ thống điều khiển, khống chế, bộ đảo chiều ( hay đổi hướng chạy), các thiết bị tiếp xúc ( công tắc tơ ) và các cơ cấu diều khiển : núm, nút, tay vặn, cầu dao, công tắc, bàn đạp, các van điện từ hoặc điện không khí

- Các thiết bị phụ thuộc hệ thống diều chỉnh tự động bao gồm các thiết bị động điều chỉnh đặc tính tổ máy phát - động cơ diezel, hệ thống chuyển đổi cấp tốc độ tự động, bộ diều chỉnh điện áp tự động, bộ đổi điện có điều khiển

- Các thiết bị phụ thuộc hệ thống bảo vệ : khóa lẫn từ , cụm thiết bị bảo vệ, rơ le tiếp đất, rơ le quay không, rơ le áp lực, rơ le nhiệt độ, rơ le thời gian

Ngoài ra còn có các hệ thống đo thử , cảm biến ( các loại đồng hồ, cảm biến vòng quay, áp lực, nhiệt độ ), các mạch đèn tín hiệu, chiếu sáng và các khí cụ điện thông thường khác ( biến trở, điện dung, điện kháng, cầu dao, cầu chì)

2.2.2 Hệ thống truyền động điện- động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp:

Hiện nay, phần lớn đầu máy diezen sử dụng truyền động điện 1 chiều Truyền động điện 1 chiều bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:

- Máy phát điện chính (máy phát điện kéo) làm nhiệm vụ biến đổi cơ năng của trục khuỷu thành điện năng

- Động cơ điện kéo làm nhiệm vụ biến đổi điện năng của máy phát thành cơ năng làm quay các trục chủ động

- Máy kích từ là các máy phát điện đặc biệt có nhiệm vụ điều chỉnh dòng kích

từ cho máy điện chính

- Máy phát điện phụ làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện cho máy kích từ và cho

hệ thống điều khiển

- Hệ thống chiếu sáng của đầu máy và các thiết bị điện phụ khác

a Các đặc tính của động cơ điện 1 chiều:

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Trong sức kéo điện, các động cơ điện kéo nối tiếp (cuộn kích từ nối tiếp) được

sử dụng phổ biến nhất vì các đặc tính của nó phù hợp hơn cả đối với điều kiện làm việc của đầu máy

Động cơ điện 1 chiều có các đường đặc tính làm việc chủ yếu là:

- Đặc tính tốc độ hoặc cơ điện: biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ quay của

động cơ điện kéo với dòng điện phần ứng của nó khi giữ điện áp đặt lên động cơ điện kéo không đổi

Ta biết sức điện động xuất hiện trong roto của động cơ có thể biểu diễn dưới dạng:

- Đặc tính cơ: biểu diễn mối quan hệ M = f(n).

Quan hệ M = f(n) trên thực tế tỉ lệ với từ thông φ (tức tỉ lệ với dòng điện kích từ), ứng với mỗi giá trị dòng Ikt (= Iư) đều được một giá trị n và từ đó xác định được giá trị mômen M

Từ đó ta xác định được đường đặc tính cơ như hình b:

Ở đây động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp thì toàn bộ dòng của phần ứng đi qua cuộn dây kích từ W:

)

ns: là số vòng quay trên trục động cơ điện (vòng/phút)

φs: là từ thông trong động cơ điện

I: là dòng điện phụ tải (A)

ηs: là hiệu suất của động cơ điện

Ms: là mômen quay trên trục động cơ điện (N.m)

R: là điện trở ở mạch động cơ điện (Ω)

Hình 2.12: b Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

Hình 2.13: Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Thông qua các đường đặc tính cơ bản, ta rút ra một số nhận xét:

• Đối với đường đặc tính tốc độ n = f(I): khi ở trạng thái không tải thì tốc

độ n sẽ tăng lên rất lớn do vậy không được phép khởi động động cơ điện 1 chiều kích

từ nối tiếp ở trạng thái không tải

• Khi phụ tải thay đổi thì n = f(I) và M = f(I) biến thiên ngược chiều nhau Tức là khi máy mới khởi động có dòng điện I khởi động lớn tạo ra mômen quay lớn, dẫn đến sức kéo khi khởi động của đầu máy lớn Ngược lại, khi nhẹ tải tốc độ quay của động cơ điện kéo sẽ cao thuận lợi cho việc nâng cao tốc độ cho đoàn tàu

• Vận tốc góc của động cơ điện kéo giảm xuống khi tăng dòng phụ tải Nếu đầu máy đi trên đường dốc (dòng phụ tải tăng lên) các động cơ điện kéo bắt đầu giảm số vòng quay thì mômen của động cơ bắt đầu tăng lên Ở các dòng phụ tải lớn sự tăng của mômen tỉ lệ thuận với sự tăng cường của dòng điện

b Phương pháp điều chỉnh vận tốc góc của động cơ điện kéo:

Ta biết rằng sự thích ứng một cách tự động của mômen quay đối với tốc độ chạy là một trong những ưu điểm cơ bản của động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp, trong vận hành sự thay đổi một cách liên tục của sức kéo và tốc độ chạy là tất nhiên vì sức cản luôn luôn thay đổi Để có thể chuyển từ vận tốc quay của động cơ sang tốc dộ chạy của đầu máy ta sử dụng quan hệ:

ns = i.nk (5)trong đó: nk là số vòng quay n của đầu máy

i là tỉ số truyền giữa trục động cơ và bánh xe đầu máy

Số vòng quay của động cơ điện được xác định theo công thức:

Ns =

s s

s

C

R I U

- Thay đổi điện áp Us trên các cực của động cơ

- Thay đổi điện trở R trong mạch động cơ

- Thay đổi từ thông φs

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Việc thay đổi điện áp Us không ảnh hưởng tới độ lớn của mômen quay Ms của động cơ (có chứng minh bằng công thức 4) Song điều chỉnh vận tốc quay của động cơ điện thông qua sự thay đổi điện áp trên các cực của động cơ có thể thực hiện được chỉ

ở các đầu máy có nguồn năng lượng riêng, chẳng hạn ở đầu máy diezen truyền động điện Tuy nhiên, ta có thể nhận biết được sự thay đổi điện áp trên các cực của động cơ điện bằng các phương pháp sau:

- Đấu nối tiếp thêm điện trở phụ

- Giảm từ trường

- Chuyển cách nối ghép các động cơ điện kéo

- Tạo xung trong mạch động cơ điện

Đấu nối tiếp thêm điện trở phụ được sử dụng chỉ trong khi khởi động bởi vì nó gây ra tổn thất năng lượng lớn

Nếu ta gọi điện áp các cực của động cơ điện kéo là Us, điện trở toàn phần của động cơ là Rs thì cường độ dòng điện khi chưa có điện trở phụ là:

I0 = Us/ Rs (6)Nếu nối thêm vào mạch động cơ một chiều điện trở nối tiếp khởi động là R1, khi đó dòng điện tiêu thu đạt:

Ix =

1

R R

E U

Điều chỉnh tốc độ thông qua sự thay đổi cách ghép động cơ là phương pháp điều chỉnh chủ yếu, tuy nhiên loại điều chỉnh này phụ thuộc vào số lượng động cơ điện dùng trên đầu máy do đó số cấp điều chỉnh không lớn, ở các đầu máy hiện nay thường dùng 4 đến 6 động cơ điện kéo

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Thông qua việc thay đổi cách nối ghép các động cơ điện trên đầu máy, ta thấy được sự thay đổi điện áp của động cơ điện kéo Us và chính qua điện áp Us ta điều chỉnh được vòng quay, điều đó có nghĩa là điều chỉnh tốc độ chạy của đầu máy Trong thực tế người ta sử dụng cách ghép song song các động cơ ứng với tốc độ lớn nhất và ghép nối tiếp các động cơ ứng với tốc độ nhỏ nhất, còn các tốc độ trung gian thì phải dùng cách ghép hỗn hợp nối tiếp- song song Đặc tính của các động cơ ở các cách ghép khác nhau được xác định dựa vào độ lớn của điện áp ứng với mỗi lần thay đổi trên các cực của nó Điều chỉnh tốc độ bằng cách “thay đổi chế độ làm việc của động cơ” được thực hiện ở bước chuyển tiếp của điều chỉnh bằng điện trở phụ Việc điều chỉnh đó nhằm mục đích tăng tốc độ của động cơ đến đặc tính tự nhiên ứng với các động cơ ghép song song với nhau Song các phương pháp điều chỉnh trên vẫn chưa thoả mãn về yêu cầu phát triển tốc độ của đầu máy ứng với điện áp đã cho nào đó Để giải quyết mâu thuẫn đó ta dùng phương pháp “giảm yếu từ trường” bởi vì tốc độ quay của động cơ có dạng:

ns =

s s

s

C

R I U

2 phương pháp này được trình bày ở phần tiếp theo.

Cuối cùng là phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điều áp xung trong mạch động cơ thông qua việc sử dụng thysistor, đây là phương pháp hiện đại Nguyên lý làm việc là dòng điều khiển khống chế quá trình đóng mở mạch động cơ và thay đổi tốc độ quay của động cơ

Hình 2.14: Sơ đồ mạch tạo xung

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

c Vấn đề điều chỉnh đường đặc tính ngoài của máy phát điện chính:

Ta đã biết công suất hữu ích của động cơ diezel Ne và công suất vành bánh Nk đều là các đại lượng không đổi (ở chế độ định mức), cho nên công suất ở các khâu trung gian là máy phát điện chính và động cơ điện kéo cũng không thay đổi

Công suất của máy phát điện chính:

Pp = (Ne - Nf).ηp.0,736 = Ip.Up.10-3 (kw)trong đó: Ne là công suất hữu ích của động cơ (gọi là mã lực)

Nf là công suất hữu ích của động cơ chi phí cho các trang thiết bị phụ, mã lực (Nf = 10%.Ne)

ηp là hiệu suất của máy phát điện chính (ηp = 0,93-0,95)

Up là điện áp của máy phát điện chính (V)

Ip là cường độ dòng điện của máy phát điện chính (A)

Để sử dụng triệt để công suất của động cơ diezen ở một chế độ làm việc cho trước nào đó (Ne = const) thì phải thoả mãn điều kiện: Pp = Up.Ip = const

Có nghĩa là điện áp của máy phát phải được thay đổi tỉ lệ nghịch với dòng điện của nó Như vậy đường đặc tính ngoài của máy phát điện chính Up = f(Ip) phải có dạng Hyperbol

Hình 2.15: Đường đặc tính ngoài của máy phát điện chính

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Đường đặc tính này gồm có 3 đoạn chính:

• Đoạn 1-2: đường hạn chế điện áp của máy phát điện (hạn chế kích từ) trong đoạn này do mạch từ bão hoà nên Up và Ip không tỉ lệ nghịch với nhau, nên công suất của máy phát điện giảm xuống, còn công suất của động cơ không được tận dụng hết

• Đoạn 2-3: đường đặc tính có dạng Hyperbol Tại đây công suất của máy phát điện bị hạn chế bởi công suất định mức của động cơ diezel và công suất của động cơ diezel được sử dụng một cách triệt để

• Đoạn 3-4: đường hạn chế dòng điện cực đại cho máy phát (hạn chế bởi điều kiện đánh lửa khi chuyển mạch, độ phát nóng cho phép của cuộn dây phần ứng…) Khi dòng điện máy phát điện vượt quá giới hạn lớn nhất thì điện áp máy phát lập tức giảm xuống nhanh chóng nhờ tác động của các thiết bị đặc biệt Quan hệ hyperbol giữa Up và Ip lại bị phá vỡ và do đó công suất của động cơ diezel lại không được sử dụng hết

Như vậy trong đoạn 2-3 (từ Imin - Imax) công suất của động cơ diezen mới được

sử dụng hết

Hệ thống tự động điều chỉnh công suất của máy phát điện có thể phân ra thành

2 nhóm: hệ thống điều chỉnh bằng máy điện và hệ thống điều chỉnh bằng thiết bị điện

Trong hệ thống điều chỉnh bằng máy điện người ta dùng máy kích từ để tạo ra đường đặc tính ngoài có dạng hyperbol cho máy phát Còn trong hệ thống điều chỉnh bằng thiết bị điện sử dụng các bộ điều chỉnh để điều chỉnh công suất máy phát

Điện áp của máy phát Up được liên hệ với lực điện động Ep của nó như sau:

Up = Ep – Ip.rư

Ep = np.φp.Cptrong đó: Cp là hằng số kết cấu của máy phát

np là tốc độ quay phần ứng của máy phát

φp là từ thông kích từ của máy phát

Ip.rư là độ sụt áp trong mạch điện phần ứng máy phát

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Độ sụt áp Ip.rư trong mạch điện phần ứng có điện trở rư không đáng kể nên ta coi

Up = Ep và Pp = Ip.Up = const Khi thay đổi phải tiến hành điều chỉnh từ thông kích từ

φp sao cho Up thay đổi tỉ lệ nghịch với Ip

Từ thông kích từ của máy phát phụ thuộc vào sức từ động của cực từ chính Fp:

φp = Fp = Ik.ωktrong đó: Ik là dòng kích từ của máy phát điện chính

ωk là số vòng dây của cuộn kích từNhư vậy để điều chỉnh φp cần phải thay đổi Ik hoặc ωk Tuy nhiên, việc điều chỉnh bằng cách thay đổi ωk sẽ làm tăng số đầu dây dẫn tới kết cấu máy phát trở nên phức tạp Do vậy, ta nên sử dụng phương pháp thay đổi dòng kích từ Ik của máy phát thông qua sự thay đổi điện áp kích từ Uk đưa vào cuộn dây kích từ độc lập của máy phát bằng cách sử dụng các máy kích từ 1 chiều có các bộ khuếch đại và các bộ nắn dòng điều khiển bán dẫn trong hệ thống kích từ

Hiện nay trên đầu máy diezel truyền động điện người ta thường sử dụng hệ thống điều chỉnh bằng máy điện để tạo đường đặc tính ngoài có dạng hyperbol cho máy điện chính Trên hình 2.11 là loại sơ đồ điều chỉnh bằng máy kích từ có cực từ xẻ rãnh dọc:

Trong trường hợp này đường đặc tính hyperbol của máy kích từ được tạo thành nhờ sự tác động tương hỗ giữa lực kích từ của các cuộn dây kích từ độc lập ωk và cuộn dây ngược ωng được quấn trên cực từ xẻ rãnh Sơ đồ cực từ xẻ rãnh biểu thị trên hình 2.12

Tới động cơ điện kéo

Hình 2.16: Sơ đồ điều chỉnh máy kích từ có cực từ xẻ rãnh

dọc

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Cuộn kích từ độc lập được cấp điện từ máy phát điện phụ Mp có điện áp không đổi và từ phần ứng của máy kích từ K Việc cấp điện độc lập từ Mp (là nguồn cấp chủ yếu) nên lực điện động E1 do cuộn độc lập sinh ra ở phần tử thứ nhất của cực từ hầu như không phụ thuộc vào phụ tải Ip của máy phát Lực điện động E2 được sinh ra trong phần ứng của máy kích từ nhờ sự tác động tương hỗ giữa các lực từ của cuộn dây độc lập và cuộn ngược (toàn bộ dòng điện của máy phát chạy qua cuộn dây này) nằm ở phần tử thứ 2 của cực từ Lực điện động Ek của máy kích từ được xác định bằng cách cộng toạ độ E1 vàE2,từ đó đường đặc tính ngoài của máy phát điện sẽ được xác lập

d Vấn đề điều chỉnh sức kéo và tốc độ truyền động của đầu máy:

Từ sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền động điện (hình 6), ta thấy rằng tốc độ chuyển động của đầu máy có liên quan trực tiếp tới tốc độ vòng quay của trục roto

động cơ điện kéo nđ:nđ =

đ đ

đ

C

R I U

Cuộn dây độc lập

Thanh đồng thau

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Iư.rư là độ sụt áp trong cuộn dây phần cứng

Cđ là hằng số kết cấu của động cơ điện kéo (Cđ =

a

N P

60

.)

đ

φ là từ thông kích từ của động cơ điện kéo

Đối với một loại động cơ điện kéo cụ thể thì Iư.rư = const, từ đó ta thấy tốc độ của động cơ điện kéo cũng là tốc độ đầu máy, nó tỉ lệ thuận với điện áp của động cơ điện kéo và tỉ lệ nghịch với từ thông kích từ Tốc độ của đầu máy có thể thay đổi bằng

2 cách: thay đổi điện áp Uđ đặt vào động cơ điện kéo và thay đổi từ thông kích từ φđ

của nó

* Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp Uđ đặt vào động cơ điện kéo:

Để thay đổi điện áp Uđ cần thay đổi lực điện động Ep của máy phát và Up của nó

Ep = Up + Ip.rư = Cp.np.φptrong đó: Ip.rư là độ sụt áp trong cuộn dây phần ứng máy phát

Cđ là hằng số kết cấu của máy phát

φp là từ thông tác dụng lên một đôi cực từ máy phát

Np là tốc độ vòng quay của trục roto máy phát

Ta thấy rằng tốc độ vòng quay np của phần ứng (trục roto) máy phát điện chính bằng số vòng quay trục khuỷu của động cơ diezen và có trị số không đổi khi công suất không đổi, cho nên việc điều chỉnh Up và Ep của máy phát chỉ có thể tiến hành bằng cách thay đổi φđ của nó.

Để hạn chế khối lượng và kích thước giới hạn của máy phát điện chính, phạm

vi thay đổi điện áp của nó (đặc trưng bởi tỉ số Upmax/Upmin) thường chỉ lấy trong khoảng 1,8÷2 Tuy nhiên, giới hạn này không đủ để đảm bảo phạm vi tốc độ cần thiết cho đầu máy Vì vậy để thay đổi điện áp Uđ người ta dùng các phương pháp sau:

• Thay đổi vị trí tay máy (bộ khống chế) của đầu máy từ vị trí này đến vị trí khác, qua đó làm thay đổi điện áp của máy phát điện chính

• Thay đổi sơ đồ ghép nối các động cơ điện kéo, có thể mắc nối tiếp, song song hoặc vừa song song vừa nối tiếp

b Mắc song song Hình 2.13: Sơ đồ ghép nối các động cơ điện kéo

a Mắc nối tiếp

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Iđ = Ip/m và Uđ =Up/ntrong đó: m là số nhóm động cơ điện kéo mắc song song

n là số động cơ điện kéo mắc nối tiếp trong nhóm

Từ biểu thức ta thấy khi các động cơ điện kéo mắc nối tiếp với nhau thì cường

độ của chúng bằng cường độ dòng điện của máy phát, còn điện áp của động cơ có giá trị nhỏ nhất Khi các động cơ điện kéo mắc song song thì điện áp của chúng sẽ có trị

* Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ điện kéo (phương pháp giảm yếu từ trường)

Điều chỉnh tốc độ và sức kéo đầu máy đồng nghĩa với việc điều chỉnh tốc độ vòng quay và mômen của trục roto động cơ điện kéo, mômen của trục roto điện kéo được xác định: Mđ = Cđ.Iđ.φđ

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

trong đó: Cđ là hằng số kết cấu của động cơ điện kéo

Iđ là cường độ dòng điện của động cơ điện kéo

φđ là từ thông kích từ của động cơ điện kéo

Ở một chế độ làm việc xác lập thì Iđ = const, do đó muốn thay đổi Mđ cần phải thay đổi từ thông kích từ φđ, mà φđ tỉ lệ với F = ωk.Ik trong đó ωk là số vòng của cuộn dây kích từ động cơ điện kéo (ωk = const), Ik là dòng điện kích từ của động cơ điện kéo Như vậy, muốn thay đổi Mđ thông qua φđ thì phải thay đổi dòng điện kích từ Ik của động cơ điện kéo

Để thay đổi dòng điện kích từ người ta sử dụng 2 phương pháp đã nêu ở phần 2:

- Phương pháp thứ nhất: Mắc thêm các điện trở sơn song song với cuộn dây

kích từ của động cơ điện kéo để phân bớt dòng kích từ qua điện trở làm giảm dòng kích từ của động cơ điện kéo

Khi không mắc điện trở sơn (hình 2.13a) dòng điện kích từ của động cơ điện kéo bằng dòng điện của động cơ điện kéo Ik = Iđ Trạng tháí này còn gọi là trạng thái đầy từ

Khi mắc thêm một điện trở sơn song song với cuộn dây kích từ, dòng điện kích

từ của động cơ điện kéo bị giảm xuống và có giá trị: Ik = Iđ.Is1

Như vậy, từ thông kích từ φđ của động cơ điện kéo sẽ bị giảm xuống và làm cho

Mđ giảm theo Trạng thái này gọi là trạng thái giảm yếu từ trường cấp 1

Hình 2.14: Sơ đồ giảm yếu từ trường của cuộn kích từ động cơ điện kéo

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hà

Nếu mắc thêm đồng thời 2 điện trở sơn song song với cuộn dây kích từ (hình 2.13b), dòng kích từ của động cơ điện kéo tiếp tục giảm xuống và có gía trị:

Ik = Iđ – (Is1+Is2)Trạng thái này gọi là trạng thái giảm yếu của từ trường cấp 2

Như vậy, khi giảm yếu từ trường thì momen Mđ của động cơ điện kéo giảm còn tốc độ vòng quay nđ của nó tăng lên (tương ứng với việc giảm sức kéo Fk và tăng tốc

độ V của đầu máy)

Khi mắc thêm các điện trở sơn (giảm yếu từ trường) thì trong các cuộn dây kích

từ của động cơ điện kéo có điện trở rk tạo thành dòng điện Ik và một thành phần của dòng điện phần ứng Iư chạy qua Phần còn lại của dòng Is sẽ chạy qua điện trở sơn Rs

Tỉ số giữa dòng kích từ Ik và dòng điện phần ứng Iư được gọi là hệ số giảm yếu từ

s

r r

R

+

- Phương pháp thứ hai: phân đoạn dây quấn kích từ:

Nếu ta di chuyển con trượt A, số vòng dây quấn kích từ của động cơ điện kéo Đ

sẽ thay đổi, do từ thông chính trong máy tỉ lệ với số Ampe vòng (tích số giữa cường

độ dòng kích từ với số vòng dây cảm ứng) nên từ thông chính φ cũng thay đổi Hệ số giảm yếu từ trường trong trường hợp này là:

%100

d kt

g kt

W I

W I

=β

trong đó:

Ikt là dòng điện kích từ, với động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp Ikt = Iđ

Wg, Wđ là số vòng dây ở các trạng thái giảm yếu từ trường và đầy từ.Trong hệ thống truyền động điện đầu máy diezen, quá trình chuyển đổi cách mắc động cơ điện kéo và chuyển đổi các cấp giảm yếu từ trường được tiến hành một

Hình 2.15: Giảm yếu từ trường bằng phương pháp phân đoạn dây quấn kích từ