Схемы, поясняющие способы возбуждения двигателей постоянного тока.

Чтобы определить какой из способов возбуждения двигателей постоянного тока наиболее соответствует условиям тяги поездов, рассмотрим работу двигателей с последовательным и параллельным возбуждением.

При последовательном возбуждении ток, проходящий через обмотку возбуждения, равен току якоря. У этого двигателя при уменьшении оборотов уменьшается противо-э.д.с. и согласно формуле

ток, идущий через двигатель, увеличивается, а значит увеличивается и момент.

Причем при небольших значениях проходящего тока момент будет возрастать пропорционально квадрату тока, так как магнитный поток при малых значениях тока равен произведению величины тока возбуждения на количество витков обмотки возбуждения. При увеличении тока магнитная система главных полюсов насыщается, и магнитный поток возрастает не пропорционально току возбуждения.

Силу тяги локомотива F определяют по формуле:

,

где I_я - ток якоря;

С – коэффициент, учитывающий передаточное отношение, диаметр колесной пары, коэффициент с₁;

F- потери на трение в подшипниках.

Частота оборотов якоря двигателя постоянного тока последовательного возбуждения изменяется обратно пропорционально изменению потока возбуждения

.

Двигатели последовательного возбуждения являются саморегулирующимися, так как при увеличении нагрузки уменьшаются обороты и увеличивается момент и наоборот. Эти двигатели наиболее подходят к условиям тяги поездов и поэтому получили широкое распространение.

При параллельном возбуждении величина тока проходящего через обмотку возбуждения зависит от ее сопротивления и приложенного к двигателю напряжения и не зависит от нагрузки двигателя. Поэтому при увеличении тока нагрузки I_д обороты якоря изменяются незначительно и объясняются падением напряжения в двигателе, а вращающий момент возрастает пропорционально увеличению тока. Для изменения оборотов необходимо применять дополнительные устройства, а это влечет за собой повышение себестоимости и усложняет управление локомотивом.

Примерно такие же характеристики будут иметь двигатели с независимым возбуждением.

Однако двигатели последовательного возбуждения имеют и весьма существенный недостаток - электровозы с такими двигателями склонны к боксованию, иногда переходящему в разносное.

Недостатками машин с параллельным или независимым возбуждением является большая неравномерность распределения нагрузок между параллельно работающими двигателями при незначительных расхождениях характеристик двигателей и разнице диаметров колесных пар.

Влияние расхождения характеристик двигателей и диаметров колесных пар на нагрузку параллельно включенных ТЭД при последовательном (а) и параллельном (б) возбуждении.

На рисунке линиями 1 и 2 изображены внешние характеристики па­раллельно работающих тяговых двигателей (расхождение внешних характери­стик ТЭД допускается 3%).

Так же недостатками машин с параллельным или независимым возбуждением является чувствительность к колебаниям напряжения в контактной сети. При незначительных колебаниях напряжения в контактной сети ток меняется в значительных пределах.

Влияние изменения напряжения на нагрузку тяговых электродвигателей при последовательном (а) и параллельном (б) возбуждении.

При увеличении напряжения до U₂, ток увеличивается почти в 3 раза. Нагрузки между параллельно работающими двигателями распределяются очень неравномерно и поэтому развиваемые моменты двигателей не одинаковы.