4. Тяговые электродвигатели

ТЭД постоянного тока в зависимости от способа включения обмотки возбуждения подразделяются:

– ТЭД = тока с самовозбуждением;

– ТЭД = тока с независимым возбуждением.

ТЭД = тока с самовозбуждением подразделяется:

а) двигатели с параллельным возбуждением, или шунтовые, у которых ОВ включена параллельно с обмоткой якоря;

б) двигатели с последовательным возбуждением, или сериесные, у которых ОВ включена последовательно с обмоткой якоря;

в) двигатели со смешанным возбуждением, или компаундные, имеющие две обмотки возбуждения, одну из которых включают параллельно, а другую – последовательно с якорем.

Свойства и характеристики ТЭД = тока в сильной степени зависят от способа включения их обмоток возбуждения.

Рис. 4.1. Типы двигателей с самовозбуждением

4.1. Сравнение двигателей различного возбуждения для условий тяги

«» и «» – св-ва ТЭД, которые определяют его пригодность к различным условиям работы.

Наиболее пригодны для целей тяги являются двигатель с последовательным (сериесным) возбуждением по следующим причинам:

Рис. 4.2. Процентные механические характеристики ТЭД различных типов

1) Изменение нагрузки при движении поезда (т.е. изменение профиля пути) у ТЭД^С не сопровождается значительным изменением мощности, как у ТЭД^Ш.

Т.е. ТЭД^Ш имеет жесткую механическую характеристику. У них при увеличении нагрузки (Мкр) частота вращения почти не изменяется, след. мощность Р = М·n, потребляемая двигателем, возрастает пропорционально увеличению механической нагрузки.

ТЭД^С благодаря мягкой характеристике изменяет частоту вращения при изменении нагрузки, след. потребляемая мощность возрастает не так сильно.

А работа ТЭД с Р = const имеет особенно большее значение для тепловозов, т.к. ТЭД не могут получить от ТГ любую мощность (она ограничена мощностью дизеля).

Следовательно к кривой равной мощности (гиперболе) наиболее близко подходит механическая характеристика ТЭД^С;

2) Мягкая механическая характеристика ТЭД^С позволяет лучше использовать силу инерции поезда. Она позволяет разгонять поезд до высоких скоростей на площадках и преодолевать подъемы за счет увеличенной таким образом “ живой силы “ поезда. Это обстоятельство обуславливает возможность уменьшения мощности ТЭД^С при сохранении требуемой производительности тепловоза;

3) Особенностью сериесного ТЭД^С является зависимость его магнитного потока от тока нагрузки, т.к. по обмотке возбуждения протекает ток якоря

Рис. 4.3. Электромеханические характеристики тягового электродвигателя

(т.е. I_в = I_я), следовательно крутящий момент при возрастании I_я больше в ТЭД^С, чем в ТЭД^Ш, следовательно ТЭД^С подходит больше для условий тяги, где требуется M_max при трогании тепловоза с места.

Перегрузочная способность ТЭД^С так же выше, чем у ТЭД^Ш, т.к. при одинаковой перегрузке (Мкр) ТЭД^С потребляет меньший ток. следовательно меньше перегревается, чем ТЭД^Ш;

4) При индивидуальном приводе колесных пар тепловоза и параллельном соединении ТЭД распределение нагрузок между ними определяется:

а) разбросом характеристик ТЭД;

б) различием в диаметрах бандажей колесных пар.

В случае неравенства двигатель, связанный с колесной парой, имеющий меньший будет при движении поезда вращаться быстрее остальных, и в нем будет индуктироваться большая Э.Д.С.

При параллельной работе ТЭД это вызывает неравномерное распределение между ТЭД токов и тяговых усилий. При большой неравномерности в распределении токов может начаться боксование и выйти из строя ТЭД.

При использовании ТЭД^С, благодаря большой крутизне его механической характеристики, расхождение в характеристиках ТЭД^С и диаметрах бандажей колесных пар не будет вызывать такой резкой неравномерности в нагрузках, как у ТЭД^Ш (к рис. 4.4).→

На рис. 4.4.:

сплошные линии – характеристики первого ТЭД установленного на колесной паре нормального диаметра;

пунктирные линии – характеристики второго ТЭД, установленного на колесной паре с бандажами меньшего диаметра.

При движении поезда с V₁ разница между ними [∆M]:

∆M^С → (М²_ТЭД^с – М^׳_ТЭД^с) → незначительна;

∆M^Ш → а(М²_ТЭД^ш – М^׳_ТЭД^ш) → весьма существенна;

т.е. М_ТЭД^ш > М_ТЭД^с в 2 и больше раз.

Рис. 4.4. Распределение нагрузок ТЭД из-за расхождения характеристик и различия в Дк

При формировании КМБ стремятся, чтобы разница диаметров не превышала 10-15 мм, а установленные на этих колесных парах ТЭД имели приблизительно одинаковые характеристики.

ГОСТ 2582-81 допускает отклонения значений номинальной частоты вращения ТЭД на ± 3%;

5) Обмотка возбуждения ТЭД^С обладает большой электрической и механической прочностью по сравнению с ОВ ТЭД^Ш, так как она выполнена из толстого провода и имеет небольшое число витков. ОВ занимает меньше места, чем у ТЭД^Ш и на нее подается небольшое напряжение (обычно не >5% U_Д). Следовательно, обмотка получается > дешевой и надежной в эксплуатации.

Преимущество ТЭД^Ш – меньшая склонность кол. пар к боксованию и несколько лучшие условия работы этих ТЭД при боксовании, чем у ТЭД^С, у которых при срыве кол. пары в боксование резко увеличивается его частота вращения, следовательно и увеличивается Э.Д.С.

ТЭД смешанного возбуждения пригодны для тяги, но из-за сложности конструкции их трудно выполнить на большие мощности, поэтому их используют в трамваях, троллейбусах.