Раздел 2. Характеристика тяговых электродвигателей.

Тема 2.1. Электромеханические характеристики на валу тяговых двигателей.

Расчёт электромеханических характеристик на валу тягового двигателя.

Литература   

Методические указания

Электромеханическими характеристиками на валу электрического двигателя называются зависимости частоты вращения двигателя от тока, вращающего момента от тока и коэффициента полезного действия от тока при напряжении питания, равном номинальному.

В электроподвижном составе ГЭТ в основном применяются ДПТ последовательного, параллельного, смешанного и независимого возбуждения. Каждая система возбуждения обладает своими характерными особенностями, которые и определяют степень пригодности двигателя для той или иной цели.

На рис.1.2 представлены электромеханические характеристики на валу якоря тягового двигателя ДК-254Б: скоростная n(I), вращающего момента M(I), КПД _д(I).

Учащиеся должны уметь рассчитывать и строить электромеханические характеристики на валу двигателя.

Вопросы для самоконтроля

1. Чем определяется режим работы подвижного состава при движении его под током?

2. Что такое электродвижущая сила и как она определяется?

Тема 2.2. Электромеханические характеристики на ободе движущегося колеса.

Расчётные выражения для определения электромеханических характеристик на ободе движущегося колеса; расчёт электромеханических характеристик; характеристики двигателей последовательного возбуждения; характеристики двигателя параллельного возбуждения; характеристики двигателя смешанного возбуждения.

Литература .

Методические указания

Зависимости скорости, силы тяги и КПД двигателя с учетом потерь энергии в передаче от тока двигателя называются электромеханическими характеристиками на ободе движущего колеса.

Учащиеся должны научиться отличать характеристики разных способов возбуждения двигателей.

У двигателей последовательного возбуждения магнитодвижущая сила (МДС) пропорциональна току якоря I. Поэтому зависимость СФ(I) близка по форме к зависимости магнитного потока Ф(I_в), снятой при независимом возбуждение и отсутствии нагрузки.

На рис.1.3 представлены зависимости СФ от магнитодвижущей силы F_m при различных значениях тока якоря и зависимость механических и магнитных потерь от частоты вращения якоря при различных значениях магнитодвижущей силы для трамвайного двигателя ДК-254Б.

Чтобы построить зависимость СФ(I), необходимо воспользоваться нагрузочными характеристиками Ф(I_в), снятыми при различных токах якоря. На каждой из кривых Ф(I_в) следует отметить точку, соответствующую I_в, равному току якоря I, для которого построена эта кривая. Соединив эти точки, найдем зависимость СФ(I) (на рис.1.4 жирная линия).

Скорость двигателя v, приведенная к ободу движущего колеса, приблизительно пропорциональна потоку; при токе, близком к нулю, она близка к бесконечности. С увеличением тока скорость вначале резко падает, что соответствует прямолинейной части характеристики СФ(I). При дальнейшем увеличении тока по мере насыщения магнитной цепи машины скорость снижается в меньшей степени, как это показано на рис. 1.5.

Электромеханические характеристики на ободе движущего колеса зависят от диаметра колеса D_к, передаточного отношения редуктора  и его КПД _з (рис.1.6). Если эти величины изменяются, то изменяется и характер электромеханических характеристик данного двигателя на ободе колеса. Поэтому на электромеханических характеристиках двигателя на ободе колеса обязательно указываются значения D_к,  и _з.

У двигателя параллельного возбуждения обмотку возбуждения к сети подключают через регулируемый реостат. Ток возбуждения пропорционален приложенному напряжению, следовательно, МДС не зависит от тока якоря. С увеличением тока якоря I магнитный поток СФ незначительно уменьшается из-за размагничивающего действия реакции якоря (рис.1.7). Скоростная характеристика v(I) жесткая, т.е. скорость почти не зависит от нагрузки. С увеличением нагрузки скорость только незначительно уменьшается вследствие увеличения падения напряжения в цепи двигателя Ir.

Характеристика электромагнитной силы тяги F_эм(I) изображается прямой линией, проходящей через начало координат, т.к. магнитный поток практически постоянен. Сила тяги отличается от электромагнитной силы на значение потерь F и пересекает ось абсцисс при токе ХХ I_х.

Если приложить к ПС внешнюю силу, направленную по движению, то скорость ПС и ЭДС начнут увеличиваться. При некоторой скорости, равной v₀, ЭДС двигателя станет равной приложенному напряжению U_д. Ток в двигателе станет равным нулю. При дальнейшем увеличении скорости ЭДС станет больше приложенного напряжения, и ток в двигателе изменит свое направление.

Т.к. направление магнитного потока при этом не изменится, то сила тяги тоже изменит свой знак и будет направлена против движения, следовательно, станет тормозной силой. Тяговый двигатель при этом автоматически перейдет в генераторный режим и будет отдавать энергию в тяговую сеть.

Такой режим называется рекуперативным торможением. При этом двигатели будут тормозить ПС, одновременно возвращая электрическую энергию в питающую сеть.

Характеристики двигателей согласно-смешанного возбуждения представлены на рис.1.8, а встречно-смешанного на рис.1.9.

При изучение данной темы учащиеся должны научиться рассчитывать и строить электромеханические характеристики на ободе колеса.