Elektrisk transmission (EP) er en metode til all-mode overførsel af kraft fra en forbrændingsmotor til en fremdrivningsmotor , meget brugt på tunge transportkøretøjer , der involverer konvertering af mekanisk rotationsenergi til elektrisk energi og omvendt, såvel som fraværet af en stiv kinematisk forbindelse mellem drivkraften og fremdriften. Generelt består den altid af en traktionsgenerator og en eller flere traktionsmotorer . Den udfører funktionen som en transmission og løser opgaver, der ligner dem for en transmission: dannelse af en hyperbolsk trækkarakteristik , bevægelse fremad og tilbage, start, frakobling af drivmotoren og fremdriftsenheden, så drivmotoren går i tomgang. [1] Anvendelsesområde for EP: bybusser, minedumper, tunge larvetraktorer (tanke), hoved- og rangeringsdiesellokomotiver, marinemotorskibe (dieselelektriske skibe, turboelektriske skibe), atomdrevne søfartøjer (inklusive nukleare) ubåde).
Funktionsprincip Den
mekaniske rotationsenergi, der genereres af forbrændingsmotoren, som er den såkaldte "primære motor" for enhver EP, overføres til traktionsgeneratorens anker, hvor den omdannes til elektrisk energi. Elektrisk energi overføres til gengæld gennem kabler til traktionsmotorer, hvor den omdannes tilbage til mekanisk rotationsenergi til endelig transmission til fremdriftskøretøjet. I processen med generering og transmission kan elektrisk energi i EP'en omdannes med hensyn til dens nuværende styrke og spænding uden at ændre effekten, hvilket om nødvendigt gør det muligt at danne en hyperbolsk trækkraft karakteristisk for selve transportmaskinen med næsten enhver ekstern hastighedskarakteristik for drivmotoren.
Styring
[2] I enhver EP er det muligt at bruge 4 typer regulatorer: traktionsgenerator effektregulator; trækkraft generator excitation regulator; strømkonverter regulatorer; regulatorer af excitation og rotationsretning af traktionsmotorer. Trækgeneratorens effektregulator bestemmer dens rotationshastighed og dens effekt i kW forbundet med denne særlige frekvens. (faktisk er denne standardregulator selve primus motor). De resterende tre regulatorer gør det muligt på en eller anden måde at ændre styrken af strøm og spænding og giver også EA's skifteelementer til at tænde / slukke og ændre traktionsmotorernes rotationsretning. Hvis det er nødvendigt at opnå en hyperbolsk trækkarakteristik, tilvejebringes denne først og fremmest af traktionsgeneratorens excitationsregulator og for det andet af traktionsmotorens excitationsregulatorer.
Klassificering efter "gennemsigtighed"
[3] EP kan klassificeres i "gennemsigtig" og "ugennemsigtig" analogt med hydrauliske transmissioner. Dette er en uofficiel klassifikation, men den kan findes i informationsmateriale om EP. I den såkaldte "ugennemsigtige" EP transmitterer traktionsgeneratoren elektrisk strøm til traktionsmotorerne ved variable værdier af strøm og spænding. Sådanne transmissioner er primært nødvendige på landtransportkøretøjer med frem- og tilbagegående forbrændingsmotorer, da sidstnævnte alene ikke kan give et transportkøretøj med en hyperbolsk trækkarakteristik. I de såkaldte "gennemsigtige" er der muligvis ingen regulatorer, bortset fra kraftregulatoren til traktionsgeneratoren, og der er kun koblingsanordninger til at slukke og vende tilbage. Sådanne transmissioner kan bruges på skibe (inklusive ubåde), på grund af det faktum, at skibet ikke har brug for en hyperbolsk trækkarakteristik.
Strømklassifikator
[4] I rollen som de to hovedelementer i EP'en - traktionsgeneratoren og traktionsmotoren - kan der bruges roterende elektriske maskiner med både jævnstrøm og vekselstrøm. Afhængigt af typen af strøm for traktionsgeneratoren og traktionsmotorerne er EP'er opdelt i DC-DC EP'er (eller blot DC EP'er), AC-DC EP'er, AC-AC EP'er (eller proto AC EP'er) og AC-DC EP'er .strøm eksisterer ikke. Den meget specifikke type elektriske maskiner, der bruges til den type strøm, kan være næsten enhver: kollektor, ventil, synkron, asynkron, andre.
Inkluderer DC-traktionsgenerator og DC-traktionsmotorer. Trækgenerator - opsamler med uafhængig excitation. Træk elektriske motorer - samler med sekventiel excitation. Ved enhver indstillet hastighed af traktionsgeneratoren styres traktionsmotorernes rotationshastighed her på to uafhængige måder: ved at ændre trækgeneratorens magnetfelt, ved at ændre traktionsmotorernes magnetfelt. En eller anden rotationsretning af traktionsmotorer tilvejebringes normalt ved at ændre strømmens retning i deres excitationsviklinger ved hjælp af en gruppekontakt (omskifter). [5]
DC EP er den mest teknologisk tilgængelige, og den første operative EP af transportkøretøjer var netop DC EP. Tidlige designs af ikke-gennemsigtige diesellokomotiv jævnstrøms elektriske drev havde ikke automatiske kontrolsystemer, og føreren var ansvarlig for dannelsen af den hyperbolske trækkraft karakteristisk for diesellokomotivet, manuelt styre excitationen af generatoren med en separat controller baseret på aflæsningerne af voltmeter og amperemeter (Ward-Leonard kredsløb). I midten af 1940'erne dukkede automatiske kontrolsystemer til en trækkraftgenerator op baseret på negativ feedback på strømmen af traktionsmotorer (Lemps skema). Siden midten af 1950'erne er excitationsstyring af traktionsmotorer blevet brugt. I USSR / Rusland blev de mest avancerede automatiske kontrolsystemer brugt på de seneste serielle diesellokomotiver med DC EP, produceret indtil begyndelsen af 2000'erne. I moderne teknologi er jævnstrøms elektrisk strøm ikke udbredt på grund af det ugunstige forhold mellem massen af kollektorgeneratoren og værdien af den elektriske effekt, der modtages fra den, de relativt lave tilladte periferihastigheder af ankeret og behovet for hyppigere vedligeholdelse af børsteopsamlerenheden. I dag (2020) masseproduceres ikke transportkøretøjer (primært diesellokomotiver) med en DC EP, men de tidligere producerede er i drift.
Inkluderer AC-traktionsgenerator, ensretter og DC-traktionsmotorer. Transmissionstraktionsgeneratoren er normalt lavet på basis af en flerpolet trefaset strømsynkronmaskine med uafhængig excitation, og traktionsmotorer er normalt kollektor-type med serie excitation. Andre varianter af traktionsgeneratoren (for eksempel synkron enfaset) og traktionsmotorer (for eksempel ventilmotorer) er også mulige, men den mindste krusning af den ensrettede spænding (værdier i størrelsesordenen 6-7%) leveres af en trefaset synkrongenerator med to statorviklinger forskudt i forhold til hinanden i 30 e. grader. Ensretteranlægget er normalt siliciumhalvleder. Som i tilfældet med DC EP, ved enhver indstillet omdrejningshastighed for traktionsgeneratoren, er styringen af traktionsmotorernes omdrejningshastighed mulig her på to uafhængige måder: ved at ændre det magnetiske felt på traktionsgeneratoren og ved at ændre den magnetiske trækmotorernes område. Drejningsretningen for traktionsmotorer tilvejebringes normalt ved at ændre strømmens retning i deres feltviklinger ved hjælp af en gruppekontakt (omskifter). [6]
AC EP kan arbejde med nøjagtig de samme traktionsmotorer og med lignende automatiske styresystemer som DC EP, og dens største forskel ligger i traktionsgeneratoren. Designkomplikationen af EP på grund af det obligatoriske behov for en ensretter skyldes de fordele, som brugen af en synkron generator giver sammenlignet med en kollektor DC-generator: næsten halvdelen af vægten pr. enhed af genereret elektrisk strøm og en fordel i driftssikkerheden . Begge forklares af designegenskaberne ved roterende elektriske synkrone maskiner, nemlig fraværet af en børste-samler-enhed i dem, som på den ene side giver dig mulighed for at skabe generatorer med højere periferihastigheder på rotoroverfladen, hvilket betyder at trækkraftgeneratoren er mere kompakt og lettere på samme tid, den samme effekt, og på den anden side øger pålideligheden af strømopsamlingen. Også højere tilladte rotationshastigheder af synkrone generatorer gør det muligt at forbinde dem til højhastigheds primære motorer, såsom gasturbiner, uden gearkasse, hvilket betyder betydelige besparelser i vægten af et dieselgeneratorsæt. [7]
AC-DC EP blev kun mulig med fremkomsten af relativt lette og pålidelige siliciumensrettere. De er stadig relevante (2020), og i en uigennemsigtig udgave er de meget brugt på mange tunge transportkøretøjer, lige fra minedumper til store skibe. De er hovedtypen af EP af moderne seriel hovedlinje og tunge rangere diesellokomotiver af russisk produktion.
Inkluderer AC-traktionsgenerator, AC-traktionsmotorer. Set ud fra den type roterende elektriske maskiner, der anvendes, har AC EA ikke en kanonisk form, både på grund af manglen på anvendelse i stor skala bekræftet af driftspraksis, og på grund af de forskellige operationelle muligheder, som denne eller hin kombination af elektriske maskiner giver, som kan være asynkron, synkron, ventil . Den enkleste AC EP består af en synkron traktionsgenerator og asynkrone traktionsmotorer. En sådan EA vil være gennemsigtig, og drejningsmomenterne på traktionsgeneratorens aksel og traktionsmotoren vil være proportionale. Dannelsen af en hyperbolsk trykkarakteristik med et sådant skema er vanskelig, men det er anvendeligt, enten hvor dette ikke er nødvendigt, eller i kombination med en turboakselgasturbinemotor. Mere komplekse vekselstrømsforsyninger kan omfatte en konverter bestående af en ensretter og en vekselretter og antage en dobbelt konvertering af strømtypen: fra AC til DC og tilbage til AC. En sådan ED kan være "ugennemsigtig" og give et transportkøretøj med en hyperbolsk trækkarakteristik, som potentielt gør det muligt at bruge det på diesellokomotiver med dieselforbrændingsmotorer. Andre ordninger er også mulige, herunder dem, der bruger ventiltraktionsmotorer. [6] [8]
Elektrisk transmission giver bekvem ændring i frekvensen og rotationsretningen ved udgangen, jævn start samt fordeling af kraft til flere drivende hjul / aksler; generatorsættet kan placeres hvor som helst i køretøjet, uanset placeringen af traktionsmotorerne og begrænser ikke (inden for fleksibiliteten af de kabler, der forsyner elmotorerne) bevægelsen af elmotorerne i forhold til generatoren, hvilket i høj grad øger enkelhed og pålidelighed af den mekaniske del.
Samtidig har alle elektriske transmissionskomponenter en stor masse, og deres fremstilling forbruger en stor mængde ikke-jernholdige metaller, primært kobber , som er blevet meget dyrt i 2010'erne .