Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Додаткові втрати охоплюють всі втрати, які не розглянуті вище. Природа більшості з них близька до природи магнітних втрат, а точне значення залежить від конструктивних особливостей машин. Ці втрати нормуються в залежності від магнітних втрат (рис.1.5).

Дійсні втрати можуть значно відхилятись від розрахункових внаслідок допусків при виготовленні та експлуатаційних відхилень. Тому ККД та втрати тягових машин потребують періодичної перевірки.

ККД тягових двигунів зростає зі збільшенням потужності (рис.

1.6). При роботі тягових двигунів в генераторному (гальмівному)

режимі їх умовний ККД

При гальмуванні втрати збільшують гальмівну силу.

21

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

1.5 Робочі характеристики тягових двигунів

Що таке електромеханічні характеристики тягових двигунів? А типові?

Електромеханічні (тягові) характеристики віднесені до валу двигуна – це залежності n(I), M(I), η(I) при Uк = const (звичайно Uк =

0≤І≤1,5Іном,, одержані усередненням результатів випробувань 10 машин на кожному ступені регулювання збудження, називають типови-

ми.

Частота обертання та ЕРС [6]:

Як розраховуються залежності моменту та ККД тягового двигуна від струму навантаження?

Електромагнітний обертаючий момент [6], Н·м:

де СМ - машинна стала для моменту, [6]:

См = 9,54 Се.

Частина електромагнітного моменту витрачається на компенсацію моменту опору обертанню ∆М, Нм, який залежить від механічних

Залежність М(І) можна отримати по точках з рівнянь (1.4) та (1.5). Розрахунок характеристики η(І) виконують для різних значень струму за виразами, наведеними в попередньому параграфі.

Що таке м’які та жорсткі швидкісні характеристики тягового двигуна? Як визначаються властивості тягових двигунів характеристиками корисної потужності?

22

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Експлуатаційні властивості тягових двигунів залежать від виду їхніх робочих характеристик. Характеристики з інтенсивним зміненням швидкості обертання при зміненнях струму навантаження, коли dn/dI великі – це м’які характеристики, а при dn/dI→0 – жорсткі характеристики.

М’якість характеристик залежить від системи збудження. По-

стійному (незалежному) збудженню при Ф≈const притаманні жорсткі характеристики. В цьому разі змінення швидкості є наслідком малих спадів наруги Іrд та розмагнічуючої дії реакції якоря.

При послідовному збудженні ступінь м’якості характеристик

залежить від насиченості магнітної системи машини та змінюється при зміненнях струму. Якщо припустити, що коефіцієнт насичення Кн≈1, то Ф ≈ аІ (а=const – коефіцієнт пропорційності).

При цьому

При І→0, dn/dI → -∞; при І→ ∞, dn/dI →0.

Широкий діапазон змінення м’якості характеристик прита-

манний і іншим значенням коефіцієнта Кн. Збільшення Кн викликає зменшення діапазону змінення dn/dI в зоні робочих режимів (рис. 1.7).

Рисунок 1.7 – Швидкісні характеристики тягових двигунів

змалим (1) та великим (2) насиченням магнітної системи

Вдіапазоні Іmin ≤ I≤ Imax змінення ∆nM ≈ 2,8∆nв, де ∆nM,, ∆nв – змінення швидкостей у мало насиченій та високо насиченій машинах.

23

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Властивості тягових двигунів з різними видами збудження однієї й тієї ж потужності пояснюються характеристиками їхньої корисної потужності Рк(n) (рис. 1.8).

Найбільша пускова потужність, кВт:

PП К ПР М П n ,

де КПР - коефіцієнт пропорційності;

МП ≈ const – найбільший пусковий момент, який обмежується силою зчеплення коліс з рейками при пуску.

Рисунок 1.8 – Характеристики P(n) двигунів з різними видами збудження

На рис.1.8:

Реі – ідеальний двигун (Р=const), до якого близький двигун послідовного збудження з Кн ≈1;

Рем, Рев – двигуни послідовного збудження з малою та високою насиченістю магнітних систем;

Рез – двигун змішаного збудження; Ренз – двигун незалежного збудження.

Особливий інтерес для експлуатації становить потужність при високих швидкостях. Бажане також зниження потужностей та швид-

костей закінчення пуску Рпі, Рпм, Рпв, Рпз, Ркпз. Чим менші ці потужності, тим менші пускові втрати.

24

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Чому залежність ККД від струму якоря має максимум? Як враховують максимум ККД тягового двигуна в залежності від різновиду електрорухомого складу?

Характеристики ККД тягових двигунів η(І) (рис. 1.9) є функціями з вираженими максимумами, оскільки похідні залежностей різних втрат від струму мають протилежні знаки. Так ∆Ре зростає зі збільшенням струму, а ∆Рмх зменшується від зниження n. Магнітні втрати, які залежать від частоти та індукції, змінюються порівняно мало. Тягові двигуни проектують так, щоб максимум ККД відповідав режимам найбільш тривалої роботи електрорухомого складу. Так для тягових двигунів електровозів, які працюють переважно при I≤Іном , ККД ηmax повинен відповідати І≤ І∞. У електропотягів з частими пусковими перевантаженнями тягових двигунів ηmax стосується струму І ≥Іг.

Рисунок 1.9 – Характеристики ККД та швидкісна тягового двигуна

1.6 Принципи регулювання режимів роботи тягових двигунів. Регулювальні властивості двигунів

Як регулюють швидкість обертання тягових двигунів? Коли та який спосіб застосовується?

Під регулюванням режимів роботи тягових двигунів розуміють такі зовнішні впливи на них, які дозволяють підтримувати в заданих межах показники роботи їхньої або електрорухомого складу. Якщо регулювальні показники витримуються дискретно, то регулювання

25

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

ступінчасте. Точне та безперервне регулювання називають плавним.

Регулювання швидкості n зміненням напруги Uк відбувається таким чином. Якщо початкові характеристики відповідають напрузі

Uко, то

На електрорухомому складі постійного струму ступінчасте регулювання напруги здійснюють зміненням числа двигунів nпс, які

супроводжується додатковими втратами енергії, але його можливості обмеженні числом двигунів.

Рисунок 1.10 – Швидкісна реостатна характеристика тягового двигуна

26

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Регулювання швидкості обертання n вмиканням в ланцюг якоря резисторів (рис. 1.10), застосовується при пуску електрорухомого складу. При І=const:

Зміненням R можливо регулювати швидкість n та момент М не тільки ступінчасто, але й плавно. Таке регулювання застосовують тільки при пуску електрорухомого складу, оскільки воно супроводжується значними втратами енергії:

Т П

AП RI 2 dt , Вт·с,

0

де ТП – тривалість циклу регулювання, с.

Регулювання зміною магнітного потоку відбувається таким чином. Цей спосіб застосовують для одержання ходових режимів роботи. Двигуни можуть мати незалежне збудження, а ізб в такому разі регулюється автоматичною системою керування за заданою програмою. Такі системи перспективні, але потребують складних автоматичних пристроїв. Частіше використовуються тягові двигуни послідовного збудження з регулюванням ступеня збудження (МРС). При цьому МРС регулюють (рис. 1.11), змінюючи струм збудження Ізб в обмот-

ці, вмикаючи паралельно їй регульований опір Rш та індуктивний шунт ІШ (рис.1.11,а), або зміненням числа витків обмотки збу-

дження (рис.1.11, б).

Рисунок 1.11 – Схеми послаблення збудження

Індуктивний шунт (ІШ) необхідно встановлювати для збереження струморозподілу між опором Rш та обмоткою збудження ОЗ в перехідних режимах такого ж, як і в стаціонарних.

В схемі рис.1.11, а:

27

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

За схемою рис.1.11, а не потрібне ускладнення конструкції двигуна, але індуктивні шунти – важке та громіздке обладнання. Цей спосіб не забезпечує стабільності β .

За схемою рис.1.11, б значення β стабільне, але ускладнюється конструкція двигуна.

Перспективні комбіновані способи.

Як визначаються швидкісна та моментна характеристики тягового двигуна при ослабленому магнітному полі? Як визначаються регулювальні властивості тягового двигуна?

Характеристики при різних ступенях збудження можливо одержати з характеристик повного збудження вважаючи потоки ослабленого Фозб та повного Фпзб збудження Фозб=Фпзб та відповідні швидкості

nозб≈ nпзб. Тоді струми якоря при відповідному збудженні І озб І пзб .

Виходячи з цього, за характеристикою nпзб(І) одержують наближену характеристику nозб(І) (рис.1.12,а).

Рисунок 1.12 – Характеристики при повному та ослабленому збудженні: швидкісні (а) та моментні (б)

28

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Для одержання більш точної характеристики

де rд, rд - опори обмоток при повному та ослабленому збуджен-

ні:

Ці співвідношення враховуються при побудові характеристики Mозб (Iозб) (рис. 1.12,б). Характеристики ККД для різних ступенів збудження розраховують так, як і для повного збудження, виходячи з розрахунку втрат.

Основний сенс послаблення збудження – у підвищенні корис-

ної потужності двигуна при незмінних швидкостях Не враховуючи

деякого змінення ККД, при U=const Р~І, Розб≈Рпзб/β.

Регулювальні властивості тягових двигунів оцінюють коефіціє-

нтом регульованості

У сучасних тягових двигунах з компенсаційними обмотками (КО) βmin≥0,2, що дає при найменшім ступені збудження підвищення потужності в 5 разів. У тягових двигунах без КО звичайно βmin≥0,3, а потужність може бути підвищена більше, ніж у 3 рази.

Мінімальне значення ступеня збудження визначається потенціальною стійкістю машин (§2.6).

1.7 Характеристики тягових двигунів у режимі електричного гальмування

За якою схемою відбувається реостатне гальмування тягового двигуна? Як визначається електрична стійкість гальмівного режиму?

Режим реостатного гальмування на електрорухомому складі постійного струму застосовують найчастіше при послідовному збудженні машин, що дозволяє найкраще використати для гальмівного режиму

29

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

обладнання, необхідне в режимі тяги. Спрощена електрична схема наведена на рис.1.13.

В режимі гальмування використовується самозбудження за рахунок залишкового магнітного потоку Фзл. Зовнішня характеристика генераторного режиму такого двигуна (рис.1.14)

Стійкість такої системи визначається її здібністю відновлювати електричну рівновагу, якщо вона порушена при будь-якому сталому струмі Іа. При цьому виникає перехідний процес

U K I гр rд Lд dIгр / dt ,

де Lд – індуктивність обмоток машини. З цього рівняння

Знак змінного члена похідної негативний, що характеризує протидію системи зміненню рівноважного, сталого стану (струм Ігр).

30