Błąd obliczania prądu trakcyjnego przy nieprawidlowym ustawieniu nastawnika kierunkowego

[JachyHm]

Przy ustawieniu nastawnika kierunkowego nazad podczas jazdy wprzód (też na odwrót) i wejsciu na stopnie rozruchowe, zamiast natychmiastowego wylączenia WSa i ewentualnego zepsucia silnika(ów) tr. lokomotywa hamuje - i prąd trakcyjny jest obliczany w zwykly sposób, jakby krzywa obliczania kontynuowala pod zerową prędkość.

Da się hamować ustawieniem kierunku w tyl, ale w bardzo niskich prędkośćiach (zależy od wielu parametrów, ale nigdy nie będzie to możliwe przy prędkości 80 km/h!).

[SM41]

Pamiętam że jeden z maszynistów się chwalił że może hamować na wstecznym siódemką do prędkości około 60 km/h i podobno uczy tego swoich stażystów jako awaryjne hamowanie gdy zawiedzie pneumatyka.

[uetam]

Cytat

 

 16 hours ago

Developer

Zmiana kierunku ruchu powoduje zmianę kierunku generowania napięcia (SEM) w wirniku, które się dodaje do napięcia sieci i powoduje wzrost prądu na opornikach rozruchowych. IMO nie ma powodu, żeby to nie miało działać przy wyższej prędkości niż kilka km/h - prąd jest liczony z jednej uniwersalnej charakterystyki. Moim zdaniem zgłoszenie niezasadne

 

 

[JachyHm]

Tak i nie.

Zmiana kierunku dokładnie powoduje zmianę kierunku generowania napięcia i to dokładnie DODAJE się do napięcia sieci.

Jednak! Im większe napięcie, tym większy prąd.

Jeżeli dobrze pamiętam, generowany prąd w wirniku jest Ui = B*l*v.

v = ω (*k - jakieś nie aż tyle ciekawe konstanty) jest minusowe, wiec Ui również (zamiast odliczania się przylicza).

B jest (jak nieliczamy bocznikowanie i ew. inne niedoskonałości silnika - znów jakieś nieistotne konstanty) równe prądu wbudzenia - I.

Więc teraz Ui = I * l * v.

Jednak trzeba zauważyć, że:

a) ponieważ Ui nam się zamiast odliczania dolicza - zwiększa się prąd silnikiem - zwiększa się napięcie generowane i tak dalej, i tak dalej. (Nie idzie to do niekonieczna, dokładnie dla tego "k" w uproszczeniu B = I, które wczesniej zaniedbaliśmy, tym razem przesycenia pola magnetycznego)

b) silniki trakcyjne są normowane na jakieś napięcie maksymalne i jak to się nie aż o tyle przekracza (może jakichś 20 - 30 %), dochodzi k zwarciu międzyzwojowemu, zostanie uszkodzona izolacja i czasem dochodzi też do całkowitej destrukcji silnika, ponieważ jak zwiększa sie prąd, to zwiększa się też sila. W większości przypadków zdarzy WS wyłączyć napięcie sieciowe zanim do tego dochodzi.

 

To jest właśnie powód dla czego przy hamowaniu elektrodynamicznym są k sieci połączone tylko wzbudzenia i napięcie generowane pali się w oporach na dachu. Inaczej napięcie i sila bylaby taka duża, że silniki poprostu nie są w stanie tego ogarnąć.

 

Kiedyś dawno temu na ośrodku badawczym kolei Czeskiej robiliśmy badania, gdzie dokładnie takie przypadki były symulowane.

Spróbuję zapytać kolegów, czy mógł bym jakieś raporty (niestety tylko w języku Czeskim, ale mają dużo grafów i tyle) tutaj udostępnić. Chodzi najprawdopodobniej o starsze typy szeregowych silników z produkcji Czeskiej Skody Alxxxx, takie jake były montowane do EP05.

Edited December 15, 2022 by JachyHm
I ≠ l :)

[JachyHm]

Jako przykład pokaże charakterystykę lokomotywy 140 (kopia polskiej EP05).

Ft jest sila (nie na silniku a na obwodzie koła).

Te linie co idą z lewego dółu doprawa do góry są zależności sily od prądu (Im jest funkcja(Ft), gdzie Im jest prąd silnikiem). Można zobaczyć, że idą one praktycznie liniowo (przy pełnym wzbudzeniu cca. 1:3).

 

Nie rysuje się zwykle prędkości pod zero, ponieważ nie ma to sensu, ale te linie Ft dla stopni rozruchowych kontynuują wprawdzie tyle samo co w kladnej części - hiperbolą.

Dalej chyba nie trzeba kontynuować, ponieważ bym się powtarzał.

[uetam]

@Królik Uszasty

[Królik Uszasty]

Zgadzam się, że hamowanie przeciwprądem powoduje wzrost napięcia na silnikach trakcyjnych ponad wartości nominalne, co może skutkować uszkodzeniem izolacji, zwarciem i uszkodzeniem silnika. Nie mamy danych w zakresie faktycznej wytrzymałości izolacji oraz czasu, w jakim napięcie może przekraczać wartości znamionowe. Podobnie problem może być z komutatorem, na którym pojawi się ogień okrężny.  Sam współczynnik przeciążalności napięciem w warunkach polskich dla pojazdów musi być dużo większy niż 30%, ponieważ dopuszczalne napięcie w sieci trakcyjnej w stanie normalnym/jałowym może wynosić do 3600 V, a przy hamowaniu elektrodynamicznym przez inny pojazd - do 3900 V.

Natomiast zwróciłbym uwagę na inny aspekt - wpływ rezystorów rozruchowych na charakterystykę silników trakcyjnych. Pozwolę sobie tutaj na pewne uproszczenia, bo chodzi o przedstawienie skali efektu. Niech prąd ciągły silnika to 300 A przy prędkości pojazdu 50 km/h i połączeniu równoległym, gdzie przy napięciu sieci trakcyjnej 3000V mamy napięcie na pojedynczym silniku 1500V (głównie to jest generowana SEM (napięcie) w wirniku, opór silnika odpowiada tylko za ok. 3% tego napięcia).

W przypadku gdy silnik jest zasilany przeciwnie do kierunku jazdy, tak jak napisałeś - napięcie wirnika dodaje się do napięcia trakcji i równoważone spadkiem napięcia na rezystorach. Pierwszy stopień rozruchowy w EU07 to 25 omów, a więc przy prądzie 300A powoduje to spadek napięcia o 7500V. Odejmując od tego napięcie sieci trakcyjnej 3000V otrzymujemy na silnikach 7500 - 3000 = 4500 V. Daje to na jeden sinik 4500 / 4 = 1125V napięcia, co przekłada się na proporcjonalną prędkość ujemną równą stosunkowi napięć, czyli 50 km/h * 1125/1500 = 37,5 km/h. Czyli przy kierunku w tył i prędkości 37,5 km/h otrzymamy prąd 300A bez przekraczania parametrów znamionowych silnika. Granica zadziałania zabezpieczeń nadprądowych w tym pojeździe to 600 A. Przyjmując w przybliżeniu dla rozpędzania się dane wejściowe: prąd 600A przy prędkości 40 km/h i napięciu na silniku 1500 V, otrzymujemy w wyniku:

1) napięcie przy hamowaniu 600 A * 25 Ohm = 15 000 V

2) napięcie na silniku 15 000 - 3 000 = 12 000 V; 12 000 V / 4 silniki = 3000 V

3) prędkość jazdy w warunkach takiego hamowania 40 km/h * 3000/1500 = 80 km/h. Ten wynik jest zbliżony do tego, co napisałeś w swoim zgłoszeniu.

 

Zgadzam się, że wygenerowanie napięcia 15 000 V w lokomotywie zasilanej napięciem 3 000 V jest absurdalne, ale matematycznie poprawne. Nie mamy na chwilę obecną wiedzy w zakresie wytrzymałości izolacji i komutatora silników EU07, stąd też nie było to do tej pory symulowane. Gdybyś miał konkretne informacje, o ile można przekroczyć napięcie na silniku bez jego uszkodzenia, jest możliwość wprowadzenia zadziałania np. przekaźnika różnicowo-prądowego, który zareaguje na powstałe zwarcie i doziemienie.