Вопрос 2. Электромеханические характеристики на валу электродвигателя при различных способах возбуждения

Ответ: Электромеханическими характеристиками на валу тягового электродвигателя называют зависимость частоты вращения якоря, вращающего момента и коэффициента полезного действия от потреб­ляемого тока при неизменном напряжении и постоянной температуре обмоток 115 °С.

Обмотка возбуждения может быть включена последовательно с обмоткой якоря (последовательное возбуждение). При этом но обеим обмоткам протекает один и тот же ток (рис.  1, а).

В случае параллельного включения обмоток (параллельное возбуждение) в цепи двигателя циркулирует сумма тока возбуждения и тока якоря.

Обмотку возбуждения можно не включать в цепь якоря, а подсоединить к постороннему источнику электроэнергии (независимое возбуждение).

Возможно, также часть обмотки возбуждения включить в цепь якоря, а другую ее часть подключить к постороннему источнику питания (смешанное возбуждение). При этом части обмоток могут быть подключены к обмотке якоря так, чтобы токи в цепи двигателя суммировались (согласное включение) или вычитались (встречное включение).

Н аиболее широко на э. п. с. применяется последовательное включение обмоток возбуждения и якоря. Так как в этом случае по ним протекает один и тот же ток, магнитный поток двигателя оказывается пропорциональным (до насыщения) току якоря, а вращающий момент — квадрату тока. Поэтому двигатель с последовательным возбуждением относительно легко можно регулировать. Это его важное достоинство. Однако при движении по тяжелым элементам профиля ток якоря значительно увеличивается, так как э. п. с. должен преодолеть возросшее из-за подъема участка сопротивление движению поезда. Это приводит к тому, что скорость движения поезда снижается, растет нагрев тягового двигателя, увеличивается время хода поезда по перегону и т. п. Характеристики тягового движения с последовательным возбуждением называют мягкими (рис. 1,б).

Рис. 1. Тяговые двигатели с последовательным возбуждением имеют мягкие характеристики п(I), V(I). Электромеханические характеристики n (I) и М (I0 получены на валу двигателя. Так как скорость движения V пропорциональна частоте вращения n якоря, а сила тяги F — вращающему моменту М, то n (I) и М (I) в другом масштабе представляют собой электротяговые характеристики V (I) и F (I). отнесенные к ободу колеса.

При независимом возбуждении (рис. 2., а) из-за того, что обмотка возбуждения, создающая магнитный поток двигателя, питается от постороннего источника энергии, частота вращения якоря двигателя, а следовательно, и скорость движения э. п. с. при увеличении тока якоря уменьшаются незначительно (рис. 2,б)—только за счет увеличения падения напряжения в обмотке якоря. Зависимость V(I) при независимом возбуждении представляет собой почти горизонтальную линию. Это значит, что скорость движения э. п. с. практически постоянна на любом элементе профиля пути. Такую характеристику называют жесткой.

Э. п. с. с тяговыми двигателями, имеющими жесткие характеристики, способен реализовать силу тяги, ограниченную сцеплением колес с рельсами, на 15—20% большую, чем при тяговых двигателях последовательного возбуждения. Однако для этого требуется обеспечить равномерное распределение тока между параллельно работающими тяговыми двигателями, на что требуются дополнительные расходы. Особенно эффективным оказывается использование тяговых двигателей с независимым возбуждением, т. е. с жесткими характеристиками, на дорогах с перевалистым или холмистым профилем, сочетающим большое число довольно крутых подъемов и спусков с короткими площадками. Характеристики тягового двигателя с параллельным возбуждением имеют такой же вид, как и при независимом возбуждении.

Р ис. 2.. Тяговые двигатели с независимым возбуждением (а) имеют жесткие характеристики п (I) и V (I) зависимости частоты вращения якоря и скорости движения от тока (б). Это объясняется тем, что при увеличении токи якоря его частота вращения п уменьшается только вследствие того, что незначительно увеличивается падение напряжения в обмотке якоря тягового двигателя/

 

Согласное включение части обмотки возбуждения и обмотки якоря обычно в схемах э. п. с. не применяется; встречное включение используют при рекуперации энергии для обеспечения устойчивости работы двигателей в генераторном режиме . Преимуществом электрической тяги как неавтономного вида тяги по сравнению с другими видами является возможность э. п. с. отбирать от тяговой подстанции количество энергии, сообразуясь с профилем пути и условиями движения. Насколько эта возможность реализуется в каждом конкретном случае, зависит во многом от числа и формы регулировочных характеристик э. п. с.