Уравнения электрического равновесия для электрических машин

В процессе работы двигателя его якорь вращается в магнитном поле, при этом в обмотке якоря наводится ЭДС, которая направлена против рабочего тока якоря, поэтому её называют противо ЭДС

В соответствии со вторым законом Кирхгофа электрическое равновесие выглядит следующим образом:

- подводимое напряжение;

- противо ЭДС;

- ток протекающий по якорю;

- сопротивление обмотки якоря.

Из второго закона Кирхгофа следует, что подведенное к двигателю напряжение уравновешивается противо ЭДС обмотки якоря и падением напряжения в цепи якоря.

(1)

Из формулы (1) видим что ток якоря увеличивается при увеличении питающего напряжения и уменьшения противо ЭДС.

(2)

Значение противо ЭДС изменяется прямопропорционально изменению величин конструктивной постоянной машины, магнитного потока полюсов и частоты вращения якоря двигателя.

(3)

Согласно формулы (3) при трогании с места противо ЭДС Е=0, так как частота вращения якоря двигателя тоже равна нулю n=0 и по этому ток якоря I_я имеет наибольшее значение.

При увеличении скорости движения увеличивается частота вращения якоря ТЭД, следовательно увеличивается значение противо ЭДС, что вызывает уменьшение числителя в формуле (2), т.е. уменьшается ток якоря.

Подставляем значения формулы (3) в Формулу (1) и получаем что:

(4)

Из формулы (4) определяем значение частоты вращения якоря ТЭД:

(5)

Из формулы (5) видно, что частота вращения якоря двигателя n увеличивается при увеличении подводимого напряжения U, а так же уменьшении магнитного потока и сопротивления в цепи якоря R.

Регулирование частоты (скорости) вращения тягового двигателя

В соответствии с формулой (5) частоту вращения можно регулировать тремя способами:

Изменение величины подводимого напряжения u

1. На электровозах переменного тока подводимое напряжение на ТЭД изменяют при помощи тягового трансформатора, у которого вторичная обмотка разбита на секции. На 1 позиции напряжение на ТЭД равно 58 В, а на 33 позиции напряжение повышается до 1218 В.

2. На электровозах постоянного тока подводимое напряжение изменяют путем изменения схемы соединения ТЭД. Недостатком таково способа является потеря силы тяги, так как при переходе с одного вида соединения на другое ток в двигателях равен 0.

Изменение величины сопротивления r в цепи обмотки якоря

На электровозах переменного тока не применяется по причине высокого напряжения в контактной сети.

На электровозах постоянного тока применяются специальные пусковые резисторы в цепи обмотки якоря, которые в начальный момент при трогании с места имеют наибольшее сопротивление из-за чего ток якоря I_Я невелик. Для дальнейшего увеличения скорости электровоза часть резисторов выводятся, увеличивая ток якоря, за счет чего увеличивается сила тяги электровоза.

Такой способ применяют на трамваях, так как он прост и позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне. Однако при этом возникают большие потери энергии в регулирующем реостате поэтому на электровозах его применяют кратковременно, только при пуске.