10. Разновидности электроприводов шахтных электровозов. Характеристики электропривода и предъявляемые к нему требования.

Для перемещения полезных ископаемых на шахтах и рудниках широко используется электровозная откатка, которая осуще­ствляется контактными или аккумуляторными электровозами. В состав электровозной откатки входит: подвижной состав (электровоз и вагоны), источник электрической энергии и тяго­вая сеть (питающие провода и рельсовый путь).

Электропривод электровоза должен создавать как тяговое, так и тормоз­ное усилие в процессе его движения (спуск, подъём), т. е. он должен работать как в двигательном, так и в тормозном режиме и быть ревер­сивным.

Тяговые электродвигатели должны иметь высокую механическую прочность, как-так они в период движения испы­тывают постоянную тряску, частые толчки и удары из-за неровностей рельсового пути. Для исключения попадания во­внутрь электродвигателя пыли, влаги они должны быть закры­того исполнения. Тяговые электродвигатели должны обладать высокой перегрузочной способностью из-за необходимости раз­вивать значительную силу тяги в период пуска и движения при преодолении больших подъемов, малой чувствительностью к резким падениям напряжения сети, малой массой и габари­тами из-за ограниченного пространства для их установки, высо­ким к. п. д. и характеристиками, обеспечивающими использова­ние их мощностей при различных условиях движения.

Шахтные электровозы оснащаются электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями постоян­ного тока с параллельным возбуждением и электродвигателями переменного тока.

Эти достоинства состоят в следующем. Как правило, элек­тропривод электровоза многодвигательный, имеющий механи­ческую связь между двигателями через ведущие колесные пары и рельсы (рис. 5.3). Независимо от способа расположения элек­тродвигателей относительно ведущих осей электровоза возни­кает проблема выравнивания нагрузок между двумя или более двигателями. Эта неравномерность загрузки тяговых электро­двигателей объясняется разницей диаметров движущихся колес и расхождением в электромеханических характеристиках. При параллельном соединении тяговых электродвигателей неравно­мерное распределение нагрузок проявляется в потреблении

электродвигателями различных токов. Допустим, что электро­воз оборудован тяговыми электродвигателями с последователь­ным возбуждением, с одинаковыми механическими характери­стиками, но с разными диаметрами ведущих колес. Первый двигатель вращает колесную пару с диаметром колеса D2 боль­шим, чем диаметр DI колеса второй колесной пары. Так как скорость поступательного движения всех колесных пар одина­кова, то при неодинаковых диаметрах колес частоты их вра­щения обратно пропорциональны диаметрам. Таким образом, якорь первого двигателя будет иметь угловую скорость ω2, ко­торая меньше угловой скорости ω1 второго электродвигателя. Токи потребляемые электродвигателями из сети, находятся по характеристикам 1 и 2 (рис. 5.4). По характеристике 1 нахо­дится неравномерность загрузки электродвигателей постоян­ного тока с последовательным возбуждением а по характери­стике 2 — электродвигателей постоянного тока с параллельным возбуждением. В первом случае разность токов двигателей со­ставляет ∆I, а во втором случае ∆I’, что указывает на преиму­щества двигателей постоянного тока с последовательным воз­буждением по сравнению с электродвигателями независимого возбуждения.

Аналогично можно показать, как влияют на неравномер­ность загрузки электродвигателей неодинаковость их механиче­ских характеристик. Для тяговых двигателей допускается от­клонение угловой скорости до ±4% типовой характеристики (рис. 5.5). Так как угловая скорость обоих электродвигателей должна быть одинакова, то для электродвигателей с последо­вательным возбуждением (характеристики 1 и 1') перегрузка одного из них будет определяться величиной ∆I=I₂-I₁, в то время как для электродвигателей с параллельным возбужде­нием (характеристики 2 и 2') перегрузка последних будет зна­чительно большей и составлять ∆I’=I’₂-I’₁ .

Рис. 5.4. Кривые влияния различия в диаметрах движущих колес на нагрузку двигателей

Рис. 5.5. Кривые влияния различия в характеристиках двигателей на их нагрузку

Таким образом, чем больше жесткость электромеханической характеристики электродвигателя, тем больше разница в токах и силе тяги па­раллельно соединенных электродвигателей. Следовательно, на­именьшую неравномерность в распределении токов будет иметь электродвигатель с последовательным возбуждением. Большая неравномерность в нагрузках приводит к перегреву более за­груженного двигателя и к буксованию его колесной пары.

Рассмотрим теперь влияние колебания напряжения сети на работу электропривода электровоза. При постепенном сниже­нии напряжения сети из-за удаления электровоза от пункта питания, т. е. с увеличением падения напряжения, скорость дви­жения электропоезда снижается при любой системе электро­привода. При электродвигателе с последовательным возбужде­нием, если считать нагрузку постоянной, ток электродвигателя остается без изменения, так как М_э=k_дI², т. е. колебания на­пряжения сети не влияют на ток двигателя. Для электродвига­телей с параллельным возбуждением снижение напряжения сети приводит не только к снижению скорости, но и к сниже­нию электромагнитного момента M_э = ck_BUI, а при сохранив­шейся нагрузке на ободе ведущего колеса вызовет необходи­мость увеличения тока якоря электродвигателя для сохранения постоянства тягового усилия. Следовательно, снижение напря­жения сети вызовет дополнительную нагрузку электродвига­телей, дальнейшее снижение напряжения, перегрузку электро­двигателей, контактной сети и подстанции.

Таким образом, применение электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением в качестве электропри­вода электровозов вместо электродвигателей с параллельным возбуждением позволяет иметь меньшую мощность преобразо­вательной подстанции, меньшее сечение контактных проводов и кабелей; при одной и гой же мощности тяговых подстанций на линию может быть выведено большее число подвижного со­става или при одном и том же числе подвижного состава потре­буется меньшая мощность тяговых подстанций.

П ри резком изменении напряжения в контактной сети броски тока в цепи якоря двигателя будут различными. Ток, в электродвигателе с последовательным возбуждением будет меньше, чем в двигателе с параллельным возбуждением, так как цепь якоря первого двигателя обладает большим индуктив­ным сопротивлением (обмотка якоря и обмотка возбуждения) по сравнению со вторым двигателем, имеющим лишь индуктив­ность обмотки якоря. Поэтому протекание переходных процес­сов в электродвигателе с последовательным возбуждением происходит в более благоприятных условиях, что повышает эксплуатационную надежность электропривода.

Перечисленные положительные качества двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением предопреде­лили их широкое распространение в качестве электропривода рудничной электровозной откатки.

В рудничной электровозной тяге применяются тяговые элек­тродвигатели на напряжение до 250 В для контактных электро­возов в рудничном нормальном исполнении, а для аккумуля­торных электровозов — в рудничном взрывобезопасном испол­нении на напряжение от 40 до 200 В. Тяговые электродвигатели выполняются горизонтальными, закрытого типа, невентилируе­мые (с естественным охлаждением) с одним свободным концом вала, в особо прочном корпусе.