Федеральноеагентство железнодорожного транспорта
Государственноеобразовательное учреждение
высшегопрофессионального образования
Иркутскийгосударственный университет путей сообщения
Кафедра:Электроподвижной состав
Дисциплина:САПР локомотивов
Лабораторнаяработа № 1
Основныепараметры тяговых двигателей
Выполнил
Студент
Группы ЭПС-09-2-1
И-09-ЭПС-554К
Спиридонов М.В.
Проверил
ассистент
Чупраков Е.В
г. Иркутск2011 г.
Оглавление
1. Принцип действия тяговогодвигателя
2. Описание назначения тяговогодвигателя и выражение вращающего момента электродвигателя
3. Конструкция тягового двигателя
4. Электрическая схема двигателяпоследовательного возбуждения с ее описанием и кривая намагничивания тяговогодвигателя Ф(Iя)
5. Основные технические данныедвигателей ТЛ-2К1 и НБ-418К6 и их сравнительный анализ
5.1. Основные технические данныетягового электродвигателя пульсирующего тока НБ-418К6
5.2. Основные технические данныетягового электродвигателя ТЛ-2К1
5.3. Сравнительный анализ двигателейТЛ-2К1 и НБ-418К6
6. Список литературы
1. Принцип действиятягового двигателя
Электрические машины,преобразующие электрическую энергию в механическую, называютсяэлектродвигателями. Подведем к рассмотренному ранее простейшему генератору питаниеот постороннего источника электрической энергии (рис. 1).
Рис. 1. Схема простейшегоэлектродвигателя
/>
При положении рамки,показанном на этом рисунке, ток проходит по стороне А и по стороне Б. Известно,что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила,направление которой определяется по правилу левой руки: если держать ладоньлевой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а вытянутыечетыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутыйбольшой палец укажет направление действия этой силы. Применив правило левойруки для рассматриваемого случая, определим, что на сторону рамки В действуетсила F1 направленная вверх, а на сторону рамки А—сила F2 направленная вниз.Силы F1 и F2, действующие на рамку, называются парой сил. Под действиемвращающего момента, создаваемого этой парой сил, рамка поворачивается противчасовой стрелки.
Дойдя до вертикальногоположения, рамка по инерции повернется дальше. Теперь щетка Щ1 касается ужеколлекторной пластины К2, а щетка Щ2 — коллекторной пластины К1. Благодаряэтому направление тока в рамке изменяется и образуется пара сил, под действиемкоторой рамка продолжает поворачиваться против часовой стрелки. Таким образом, рамка,получая электрическую энергию, будет непрерывно вращаться. Рамка можетприводить в движение любой механизм, т. е. в данном случае работает в качествеэлектродвигателя.
Следовательно, машинапостоянного тока обладает свойством обратимости и может работать как в качествегенератора, так и в качестве электродвигателя. Поэтому генераторы иэлектродвигатели имеют в принципе одинаковую конструкцию. Основными частямиэлектрического двигателя постоянного тока являются якорь с обмоткой иколлектором и магнитная система, состоящая из остова двигателя и полюсов скатушками обмоток возбуждения. Подвод электрического тока к коллекторудвигателя осуществляется электрографитными щетками, установленными вщеткодержателях. Если требуется изменить направление вращения якоря, тонеобходимо пересоединить обмотки электродвигателя так, чтобы ток изменил своенаправление в обмотке якоря или в обмотке возбуждения. При одновременномизменении направления тока в обмотках якоря и возбуждения направление вращенияне изменится. В этом легко убедиться, использовав правило левой руки.
В электродвигателе приего работе возникает ряд явлений, подобных процессам, происходящим вгенераторе. Ведь витки обмотки якоря пересекают магнитный поток полюсовэлектродвигателя, и в соответствии с законом электромагнитной индукции в нихвозникает электродвижущая сила.
Индуктируемую в якоредвигателя э. д. с. иногда называют противоэлектродвижущей силой потому, что онанаправлена навстречу подводимому к двигателю напряжению.
Величина э. д. с. Едвигателя прямо пропорциональна магнитному потоку Ф, частоте вращения якоря n и определяется по такой же формуле,что и величина э. д. с. генератора: Е=СФn, где С — постоянный коэффициент,который учитывает число пар полюсов, число витков якоря и другие постоянные дляданного электродвигателя величины.
Подводимое кэлектродвигателю напряжение стремится создать ток в обмотке якоря.Индуктируемая э. д. с. препятствует этому. Ток в обмотке якоря работающегоэлектродвигателя будет определяться не подводимым напряжением, а разностьюмежду напряжением и наведенной в обмотке якоря э. д. с.
Разделив эту разность насопротивление цепи якоря Rя, мы получим ток Iя, проходящий по обмотке якоря
/>
При увеличениимеханической нагрузки на валу электродвигателя частота вращения его якорязамедляется, индуктируемая э. д. с. уменьшается, увеличивается разность междуподводимым напряжением и э. д. с. и, следовательно, ток якоря возрастает.
При уменьшениимеханической нагрузки картина будет обратной. Таким образом, ток якоря зависиткак от подводимого напряжения, так и от механической нагрузки электродвигателя.Вот почему, например, при движении тепловоза на подъеме, когда уменьшаютсяскорость движения и частота вращения якорей тяговых электродвигателей, ток вдвигателях увеличивается, а при увеличении скорости движения — уменьшается.
2. Описание назначениятягового двигателя и выражение вращающего момента электродвигателя
Тяговый электродвигательпульсирующего тока (в дальнейшем именуемый как тяговый двигатель) предназначендля преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети, вмеханическую, передаваемую с вала двигателя на колесную пару электровоза.Индивидуальный привод каждой колесной пары электровоза имеет двустороннююкосозубую передачу. Малые шестерни смонтированы на концах вала двигателя, абольшие — на оси колесной пары. Передаточное отношение равно 88:21, торцовыймодуль — 11.
Механическая работаэлектродвигателей характеризуется вращающим моментом и частотой вращения егоякоря. Силы, создающие вращающий момент электродвигателя, возникают врезультате взаимодействия тока якоря и магнитного потока полюсов. Поэтомувращающий момент электродвигателя будет пропорционален величинам тока Iя якоряи магнитного потока Ф
/>
где К — постоянный дляданного электродвигателя коэффициент, зависящий от диаметра якоря, числапроводников обмотки и других конструктивных особенностей двигателя. Вращающий моментэлектродвигателя не есть величина заданная, постоянная, а зависит от механическойнагрузки, или, как говорят, момента сопротивления, который преодолевает вал электродвигателяпри вращении. Чем больше момент сопротивления, тем больше вращающий моментэлектродвигателя, так как только в этом случае электродвигатель сможетработать, преодолевая сопротивление. Из формулы для определения э.д.с.двигателя можно получить зависимость для вычисления частоты вращения якоря,подставив в нее значение э. д. с. Е = U — InRя
/>
Следовательно, частотавращения якоря электродвигателя пропорциональна подводимому напряжению иобратно пропорциональна магнитному потоку, а также уменьшается с увеличениемвнутренних потерь напряжения IzRя в цепи якоря.
Чем больше напряжение,подводимое к двигателю, тем больше ток в обмотке якоря и вращающий момент.Якорь, преодолевая момент сопротивления внешней нагрузки, начинает вращатьсябыстрее. С увеличением же магнитного потока при прочих равных условиях увеличиваетсяэ.д.с., индуктируемая в обмотке якоря. При этом уменьшается ток в якоре, азначит, снижается вращающий момент и частота его вращения.
тяговыйдвигатель конструкция
3. Конструкция тяговогодвигателя
Рисунки продольного ипоперечного разрезов тягового электродвигателя постоянного тока (рисунок 1.1. ирисунок 1.2. с обозначением на них основных узлов: остова, якоря, главного идобавочно полюсов, коллектора, щеткодержателя и др. элементов.)
Конструкция тяговогоэлектродвигателя спроектирована для работы на пульсирующем токе отвыпрямительной установки с включением последовательно в цепь каждого тяговогодвигателя индуктивного сглаживающего реактора. Двигатель представляет собойшестиполюсную электрическую машину с последовательным возбуждением и независимойсистемой охлаждения. Охлаждающий воздух подается в тяговый двигатель черезпатрубок со стороны коллектора и выбрасывается через патрубок, расположенный состороны, противоположной коллектору. Тяговый двигатель состоит из остова,траверсы, якоря, подшипниковых щитов, моторно-осевых подшипников. На тяговомдвигателе укреплены кожуха зубчатой передачи. (Рисунок 1.1)
Рисунок 1.1 Продольныйразрез тягового двигателя
/>
1- щит подшипниковый;
2–поворотная траверсащеткодержателей;
3–остов;
4 – якорь;
5 – щит подшипниковый.
Остов тягового двигателястальной, цилиндрической формы, является одновременно магнитопроводом. На немукреплены шесть главных и шесть добавочных полюсов, поворотная траверса сшестью щеткодержателями, поворотный механизм траверсы, три обоймы с двумянакладками и фиксатором и щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращаетсяякорь тягового двигателя. В пазах наконечников главных полюсов размещенакомпенсационная обмотка. С наружной стороны остов имеет два прилива длякрепления букс моторно-осевых подшипников, прилив для подвески двигателя,предохранительные приливы, прилив для коробки выводов. На остове расположены рымыдля транспортировки двигателя и кантования остова при монтаже и демонтаже. Сколлекторной стороны имеются два люка, предназначенных для осмотра щеточногоаппарата и коллектора, и один вентиляционный люк для входа воздуха. Схемаэлектрических соединений полюсных катушек в остове приведена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 Поперечныйразрез тягового двигателя
/>
1- сердечник главного полюса
2- добавочный полюс
3- катушка главного полюса
На остове тяговогодвигателя смонтирована коробка выводов. Электрический монтаж коробки выводоввыполнен двойными проводами марки ІІПСТ сечением 95 мм2 с одним наконечником надва провода. Кабели укреплены на пальцах (опорных изоляторах), опрессованныхпрессмассой АГ-4. Пальцы монтируют специальным ключом. Условное обозначениевыводных кабелей выбито на металлической планке стеклопластовой крышки. Послемонтажа силовых кабелей коробку выводов закрывают стеклопластовой крышкой иуплотняющими резиновыми клипами. Со стороны ввода кабелей из остова в коробкувыводов и со стороны вывода кабелей из нее коробка выводов уплотнена отпопадания пыли и влаги.
Главный полюс состоит изсердечника, катушки, предохранительного фланца, расположенного междусердечником и катушкой, пружинной рамки, прижимающей катушку к остову, истальной прокладки толщиной 0,5 мм, расположенной между полюсом и остовом.Главный полюс прикреплен к остову тремя болтами МЗО. Сердечник главного полюсанабран из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм и скреплен заклепками.
Катушка главного полюсаимеет 11 витков, намотана на ребро из мягкой шинной меди размером 4X65 мм,изогнута по радиусу для обеспечения прилегания к внутренней поверхности остова.Корпусная изоляция катушки состоит из пяти слоев стеклоленты толщиной 0,13 мм и одного слоя стеклоленты толщиной 0,2 мм, наложенных с перекрытием в половину ширины ленты.Межвитковая изоляция — асбестобумага толщиной 0,3 мм в два слоя. Корпусная изоляция катушки может быть выполнена типа Монолит-2, которая состоит изпяти слоев стеклослюдинитовой ленты толщиной 0,13 мм, наложенных с перекрытием в половину ширины ленты и пропитанных эпоксидным компаундом. Полюсыс катушками на изоляции типа Монолит-2 выполнены моноблочной и немоноблочнойконструкции. На один двигатель устанавливаются полюсы одного исполнения.
Добавочный полюс состоитиз сердечника и катушки. Катушка к полюсу приклеена (залита) эпоксиднымкомпаундом. Узел этот представляет собой неразборный монолитный блок.Добавочный полюс прикреплен к остову тремя болтами М20. Сердечник добавочногополюса нашихтован из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, скрепленных стержнем и заклепкой. На сердечник добавочного полюса установлена текстолитоваяпрокладка толщиной 6,7 мм и прокладка из дюралюминиевого листа толщиной 2,5 мм, которая одновременно крепит катушку на сердечнике.
Катушка добавочногополюса имеет восемь витков, намотана из медной проволоки размером 12,5X12,5 мм.Корпусная изоляция катушки состоит из пяти слоев стеклослюдинитовой лентытолщиной 0,13 мм, наложенных с перекрытием в половину ширины ленты, и пропитанаэпоксидным компаундом совместно с сердечником полюса. Межвитковая изоляция —асбестобумага толщиной 0,3 мм в два слоя.
Компенсационная обмоткасостоит из шести катушек по шесть витков каждая и расположена она в пазахглавных полюсов. Намотаны компенсационные катушки из прямоугольной проволокиПММ сечением 4,4X35 мм таким образом, что в каждом пазу главного полюсарасполагаются по два стержня. Корпусная изоляция состоит из четырех слоевмикаленты толщиной 0,1 мм и одного слоя стеклоленты толщиной 0,1 мм, уложенных с перекрытием в половину ширины ленты. Витковая изоляция состоит из одного слоямикаленты 0,1 мм, уложенной с перекрытием в половину ширины ленты. Креплениеобмотки в пазах осуществляется клиньями из текстолита марки Б.
Щеточный аппарат тяговогодвигателя состоит из траверсы с поворотным механизмом и разжимным устройством,шести кронштейнов, шести щеткодержателей. Траверса стальная, швеллерногосечения, разрезная, имеет но наружному ободу зубчатый венец, входящий взацепление с шестерней поворотного механизма. В остове траверса фиксированафиксатором, установленным против верхнего коллекторного люка, и прижата кподшипниковому щиту двумя накладками и тем же фиксатором.
Поворотный механизмтраверсы состоит из валика, закрепленного на остове, и шестерни, закрепленнойна валике. Валик имеет квадратную головку. Шестерня входит в зацепление страверсой. При вращении валика специальным ключом-трещоткой шестерняповорачивает траверсу.
Разжимное устройствосостоит из двух шарниров, закрепленных гайками с шайбами на траверсе, шпильки ипружинного стопора. Один шарнир имеет отверстие с правой резьбой, другой слевой резьбой. В шарниры вкручена шпилька, имеющая шестигранник для вращения ееключом, и зубчатое колесо для стопорения стопором. При вращении шпилькипроисходит разжатие или сжатие траверсы. С помощью разжимного устройства,установленного в месте разреза, траверса крепится в проточке подшипниковогощита.
4. Электрическая схемадвигателя последовательного возбуждения с ее описанием и кривая намагничиваниятягового двигателя Ф(Iя)
Характерной особенностьюдвигателя последовательного возбуждения (ДПТ с ПВ) является то, что его обмоткавозбуждения (ПОВ) с сопротивлением посредством щеточно-коллекторного узлапоследовательно соединена с обмоткой якоря с сопротивлением, т.е. в такихдвигателях возможно только электромагнитное возбуждение.
Принципиальнаяэлектрическая схема включения двигателя последовательного возбужденияпредставлена на рисунке 2
Рисунок 2 Электрическая схема двигателя последовательного возбуждения
/>
Для осуществления пускаДПТ с ПВ последовательно с его обмотками включается добавочный реостат/>
Уравненияэлектромеханической характеристики ДПТ с ПВ
Ввиду того, что в ДПТ сПВ ток обмотки возбуждения равен току в обмотке якоря, в таких двигателях вотличие от ДПТ с НВ проявляются интересные особенности.
Поток возбуждения /> ДПТ с ПВ связанс током якоря (он же является и током возбуждения) /> зависимостью, называемой кривойнамагничивания, представленной на рисунок 3.
Рисунок 3 Кривая намагничивания ДПТ с ПВ
/>
Как видно зависимость /> для малыхтоков близка к линейной, а с увеличением тока проявляется нелинейность,связанная с насыщением магнитной системы ДПТ с ПВ. Уравнениеэлектромеханической характеристики ДПТ с ПВ так же и для ДПТ с независимымвозбуждением имеет вид
/>
Из-за отсутствия точногоматематического описания кривой намагничивания, при упрощенном анализе можнопренебречь насыщением магнитной системы ДПТ с ПВ, т. е. принять зависимостьмежду потоком и током якоря линейной, как это показано на рис. 3 пунктирнойлинией. В этом случае можно записать
/>
где /> коэффициентпропорциональности.
5. Основные техническиеданные двигателей ТЛ-2К1 и НБ-418К6 и их сравнительный анализ
5.1 Основные техническиеданные тягового электродвигателя пульсирующего тока НБ-418К6
Мощность………………. 790/740 кВт
Напряжение наколлекторе……….. 950/950 В
Токякоря……………… 880/820 А
Частотавращения…………… 890/915 об/мин
Количество вентилирующеговоздуха, не менее 105/105 мУ. мин
Сила тяги при передаче88:21 ……. … 5640/5120 кгс
Скоростьэлектровоза…. ‘ 50/51,5 км/ч
К.ПД……………….. 94,5/94,8%
Системавентиляции……….. … Независимая
Класс изоляции:
катушек главногополюса……… . . Г
катушек добавочногополюса……. … /•’
якоря……………… … В
компенсационной обмотки. … В
Сопротивление обмоткивсех катушек главных полюсов при 20°С (без шунта) … … 0,0079 Ом
Сопротивление обмоткивсех катушек добавочных полюсов и компенсационной обмотки при 20°С. 0,0119С
Сопротивление обмоткиякоря при 20°С … 0,011
Постоянная шунтировкаглавных полюсов . 0,96
Масса двигателя беззубчатой передачи…… 4350 кг
Масса остова всборе………… … 2120 кг
Масса якоря… 1350 кг
Масса буксымоторно-осевого подшипника в сборе (без вкладышей)… 76кг
5.2. Основные техническиеданные тягового электродвигателя ТЛ-2К1
Напряжение на зажимахдвигателя … 1500 В
Ток часовогорежима… 480 А
Мощность часовогорежима…… 670 кВт
Частота вращения часовогорежима 790 об/мин
Ток продолжительногорежима ….. 410 А
Мощность продолжительногорежима 575 кВт
Частота вращенияпродолжительного режима 830 об/мин
Возбуждениепоследовательное
Класс изоляции понагревостойкости обмотки якоря… В
Класс изоляции по нагревостойкостиполюсной системы… р
Наибольшая частотавращения при среднеизношенных бандажах 1690 об/мин
Подвешивание двигателя опорно-осевое
Передаточное число…….. 88/23—3,826
Сопротивление обмоток главныхполюсов при температуре 20 °С 0,025 Ом
Сопротивление обмотокдополнительных ПОЛЮСОВ и компенсационной обмотки при температуре 20 °С 0,0356
Сопротивление обмоткиякоря при температуре 20 ‘С…0,0317 Ом
Системавентиляции… независимая
Количество вентилирующеговоздуха, не менее 95 м3/мин
К. п. д. в часовомрежиме……. 0,931
К. п. д. впродолжительном режиме …. 0І930
Масса без шестерен ……. 5000 кг
5.3 Сравнительный анализдвигателей ТЛ-2К1 и НБ-418К6
Наибольшеераспространение в промышленности получили электрические двигатели двух видов:переменного тока НБ-418К6 и постоянного тока ТЛ-2К1 с различными способамивозбуждения.
Двигатели, которые могутбыть использованы в качестве тяговых на электровозе, должны удовлетворять какминимум двум требованиям. Прежде всего, они должны допускать возможностьрегулирования в широких пределах частоты вращения. Это позволяет изменятьскорость движения поезда. Кроме того, необходимо иметь возможность регулироватьв широком диапазоне силу тяги, т. е. вращающий момент, развиваемый двигателем.Так, двигатели электровоза должны обеспечивать значительную силу тяги во времятрогания поезда, его разгона, при преодолении крутых подъемов и т. п. и снижатьее при более легких условиях движения.
С точки зренияорганизации движения, казалось бы, желательно, чтобы поезда независимо отизменения сопротивления движению перемещались с постоянной скоростью или этаскорость снижалась бы незначительно. В этом случае зависимость между силой тягиР и скоростью движения и (рис. 4, а) представляла бы в прямоугольных осяхкоординат вертикальную прямую линию 1, параллельную оси Р, или слегка наклоннуюлинию 2. Зависимость между силой тяги, развиваемой двигателями локомотива, искоростью его движения называют тяговой характеристикой и представляют ееграфически, как показано на рис. 4, или в виде таблиц.
Рисунок 4. жесткая (а) имягкая (б) тяговые характеристики
/>
Изображенные на рис. 4, атяговые характеристики являются жесткими. В случае жесткой характеристикимощность, потребляемая двигателями и равная произведению силы тяги на скорость,например, на крутых подъемах, возрастает пропорционально увеличению силы тяги.Резкое увеличение потребляемой мощности приводит к необходимости повышениямощности как самих двигателей, так и тяговых подстанций, увеличения площадисечения контактной подвески, что связано с затратами денежных средств идефицитных материалов. Избежать этого можно, обеспечив характеристикудвигателя, при которой с увеличением сопротивления движению поездаавтоматически снижалась бы его скорость, т. е. так называемую мягкуюхарактеристику (рис. 4, б). Она имеет вид кривой, называемой гиперболой.Двигатель с такой тяговой характеристикой работал бы при неизменной мощности.Однако при движении тяжелых составов на крутых подъемах, когда необходима большаясила тяги, поезда перемещались бы с очень низкой скоростью, тем самым резкоограничивая пропускную способность участка железной дороги. Примерно такойхарактеристикой обладают тепловозы, так как мощность их тяговых двигателейограничена мощностью дизеля. Это относится и к паровой тяге, при котороймощность ограничивается производительностью котла.
Мощность, развиваемаятяговыми двигателями электровоза, практически не ограничена мощностью источникаэнергии. Ведь электровоз получает энергию через контактную сеть и тяговыеподстанции от энергосистем, обычно обладающих мощностями, несоизмеримо большимимощности электровозов. Поэтому при создании электровозов стремятся получитьхарактеристику, показанную на рис. 4, б штриховой линией. Электровоз,оборудованный двигателями с такой характеристикой, может развивать значительнуюсилу тяги на крутых подъемах при сравнительно высокой скорости. Конечно,мощность, потребляемая тяговыми двигателями в условиях больших сил тяги,повышается, но это не приводит к резким перегрузкам питающей системы.
Двигатели ТЛ-2К1 самыераспространенные. Достоинства их трудно переоценить: простота устройства иобслуживания, высокая надежность, низкая стоимость, несложный пуск. Однако, какизвестно, частота вращения асинхронного двигателя почти постоянна и малозависит от нагрузки, она определяется частотой подводимого тока и числом парполюсов двигателя. Поэтому регулировать частоту вращения таких двигателей, а,следовательно, и скорость движения поездов можно только изменением частоты питающеготока и числа пар полюсов, что трудно осуществить. Кроме того, как ужеотмечалось выше, для питания таких двигателей требуется устраивать сложнуюконтактную сеть.
Благодаря развитиюполупроводниковой техники оказалось возможным создать преобразователиоднофазного переменного тока в переменный трехфазный и регулировать их частоту.
В какой же степениотвечают требованиям, предъявляемым к тяговым двигателям, электрические машиныпостоянного тока? Напомним, что эти машины — генераторы и двигатели — различаютсяпо способу возбуждения.
Обмотка возбуждения можетбыть включена параллельно обмотке якоря (рис. 5, а) и последовательно с ней(рис5, б). Такие двигатели называют соответственно двигателями параллельного ипоследовательного возбуждения. Используют также двигатели, у которых имеютсядве обмотки возбуждения — параллельная и последовательная. Их называютдвигателями смешанного возбуждения (рис. 5, в). Если обмотки возбуждениявключены согласно, т. е. создаваемые ими магнитные потоки складываются, то такиедвигатели называют двигателями согласного возбуждения; если потоки вычитаются,то имеем двигатели встречного возбуждения. Применяют и независимое возбуждение:обмотка возбуждения питается от автономного (независимого) источника энергии(рис. 5, г).
Рисунок 5. Схемы,проясняющие способы возбуждения двигателей постоянного тока
/>
Чтобы оценить возможностирегулирования частоты вращения двигателя постоянного тока, напомним, что привращении в магнитном поле проводников обмотки якоря двигателя в них возникает(индуцируется) электродвижущая сила (э. д. с). Направление ее определяют,пользуясь известным правилом правой руки. При этом ток, проходящий попроводникам якоря от источника энергии, направлен встречно индуцируемой э. д.с. Напряжение, подведенное к двигателю, уравновешивается э. д. с, наводимой вобмотке якоря, и падением напряжения в обмотках двигателя.
Значение э. д. с.пропорционально магнитному потоку и частоте вращения, с которой проводникипересекают магнитные силовые линии. Поэтому без ощутимой ошибки можно считать,порциональность) или магнитный поток возбуждения (обратная пропорциональность).
Как зависит вращающиймомент от тока якоря? Если подключить проводники обмотки якоря двигателя кэлектрической сети, то проходящий по ним ток, взаимодействуя с магнитным полемполюсов, создаст силы, действующие на каждый проводник с током. В результатесовместного действия этих сил создается вращающий момент М, пропорциональныйтоку якоря и магнитному потоку полюсов.
Чтобы построить тяговуюхарактеристику двигателя постоянного тока, необходимо установить, какизменяются частота вращения п и момент М в зависимости от тока при разныхспособах возбуждения двигателей.
Для двигателей спараллельным возбуждением можно считать, что ток возбуждения не изменяется сизменением нагрузки.
Примерно такие жехарактеристики будут иметь двигатели с независимым возбуждением, если неизменяется ток возбуждения.
Рассмотрим те же характеристикидля двигателя с последовательным возбуждением (см. рис. 5, б). У такогодвигателя магнитный поток зависит от нагрузки, так как по обмотке возбужденияпроходит ток якоря. Частота вращения якоря обратно пропорциональна потоку и приувеличении тока якоря, а значит и магнитного потока, резко уменьшается (рис. 6,б). Вращающий момент двигателя, наоборот, резко возрастает, так какодновременно увеличиваются ток якоря и зависящий от него магнитный потоквозбуждения.
В действительностимагнитный поток немного уменьшается вследствие размагничивающего действияреакции якоря. В случае небольших нагрузок магнитный поток возрастаетпропорционально току, а вращающий момент, пропорционально квадрату тока якоря.
Рисунок 6.Электромеханические характеристики двигателей с параллельным (а) ипоследовательным (б) возбуждением
/>
Если нагрузкаувеличивается значительно, ток двигателя возрастет до такой степени, чтонаступит насыщение его магнитной системы. Это приведет к тому, что частотавращения будет снижаться уже в меньшей степени. Но тогда начнет болееинтенсивно возрастать ток, а значит, и потребляемая из сети мощность. При этомскорость движения поезда несколько стабилизируется. Зависимости частотывращения якоря, вращающего момента и коэффициента полезного действия) отпотребляемого двигателем тока называют электромеханическими характеристиками навалу тягового двигателя при неизменном напряжении, подводимом к тяговомудвигателю, и постоянной температуре обмоток 115°С (по ГОСТ 2582—81).
По электромеханическимхарактеристикам двигателя можно построить его тяговую характеристику. Для этогоберут ряд значений тока и определяют по характеристикам соответствующие имчастоту вращения и вращающий момент. По частоте вращения двигателя несложноподсчитать скорость движения поезда, так как известны передаточное числоредуктора и диаметр круга катания колесной пары.
Поскольку в теории тягипользуются размерностью частоты вращения якоря тягового электродвигателя,выраженной в об/мин, а скорость движения поезда измеряют в км/ч.
Зная вращающий момент навалу двигателя, а также потери при передаче момента от вала тягового двигателяк колесной паре, которые характеризуют к. п. д. передачи, можно получить и силутяги, развиваемую одной, а затем и всеми колесными парами электровоза.
По полученным даннымстроят тяговую характеристику (см. рис. 4). На электрических железных дорогах вкачестве тяговых в подавляющем большинстве случаев используют двигателипостоянного тока с последовательным возбуждением НБ418К6, обладающие мягкойтяговой характеристикой. Такие двигатели, как отмечалось выше, при большихнагрузках вследствие снижения скорости потребляют меньшую мощность из системыэлектроснабжения.
Тяговые двигатели последовательноговозбуждения НБ418К6 имеют и другие преимущества по сравнению с двигателямипараллельного возбуждения ТЛ-2К1. В частности, при постройке тяговых двигателейустанавливают допуски на точность изготовления, на химический состав материаловдля двигателей и т. п. Создать двигатели с абсолютно одинаковымихарактеристиками практически невозможно. Вследствие различия характеристиктяговые двигатели, установленные на одном электровозе, при работе воспринимаютнеравные нагрузки. Более равномерно нагрузки распределяются между двигателямипоследовательного возбуждения, так как они имеют мягкую тяговую характеристику.
Однако, двигателипоследовательного возбуждения НБ418К6 имеют и весьма существенный недостаток —электровозы с такими двигателями склонны к боксованию, иногда переходящему вразносное. Этот недостаток особенно резко проявился после того, когда массапоезда стала ограничиваться расчетным коэффициентом сцепления. Жесткаяхарактеристика в значительно большей мере способствует прекращению боксования,так как в этом случае сила тяги резко снижается даже при небольшом скольжении иимеется больше шансов на восстановление сцепления. К недостаткам тяговыхдвигателей последовательного возбуждения НБ418К6 относится и то, что они немогут автоматически переходить в режим электрического торможения: для этогонеобходимо предварительно изменить способ возбуждения тягового двигателя.
6. Список литературы
1. Папченков СИ. Электрическиеаппараты и схемы тягового подвижного состава железных дорог. М: УМК МПС России,2000.
2. Калинин В.К. Электровозы иэлектропоезда. М.: Транспорт, 1991.
3. Электровозы ВЛ10 и ВЛ10у.Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1981.
4. Электровоз ВЛ11. Руководство по эксплуатации.М.: Транспорт, 1983.
5. Электровоз ВЛ80с. Руководство поэксплуатации. М.: Транспорт, 1982
6. Электровоз ВЛ80р. Руководство поэксплуатации. М.: Транспорт, 1985.
7. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации.М.: Транспорт, 1992.
8. Просвирин Б.К. Электропоезда постоянноготока. М.: УМК МПС России, 2001.
9. Цукало П.В., Просвирин Б.К.Эксплуатация электропоезда. Справочник. М.: Транспорт, 1994.
10. Бочаров В.И., Лозановский А.Л.,Тушканов Б.А., Янов В.П. и др. Магистральные электровозы (электрическиеаппараты, полупроводниковые преобразователи системы управления). М.:Энергоатомиздат, 1994.