Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Стійкість системи можливо виявити з аналізу ЕРС самоіндукції Еі при зміненнях струму до значень Ігр1, Ігр2:

де ∆t – приріст часу процесу.

Накопичувач енергії Lд створює ЕРС, яка протидіє зміненню сталого режиму – струму Ігра.

Як визначаються швидкісні характеристики в режимі реостатного гальмування?

Швидкісні характеристики в режимі реостатного гальмування розраховують, як

nгр I гр (Rгр rд ) /(сеФ) .

Їхній характер залежить від системи збудження та магнітних характеристик машин. Ці характеристики можна побудувати, використовуючи швидкісні характеристики тягового режиму:

де nд, nгр – відповідно швидкості обертання за характеристиками тягового та гальмівного режимів при одному й тому ж струмі Ігр.

Реостатне гальмування має обмеження найбільшої допустимою ЕРС, з якого випливає обмеження найбільшої допустимою швидкості

На відміну від тягового режиму, при гальмівному режимі втрати збільшують гальмівний момент.

Що таке рекуперативне гальмування? Як визначається струм рекуперації?

Режим рекуперативного гальмування – це паралельна робота електрорухомого складу, як генератора, з системою тягового електропостачання. Стійкість в цьому режимі можлива тільки за умови dUК/dI < 0, тобто при падаючих зовнішніх характеристиках, як у машин постійного збудження та змішаного протизбудження. Струм рекуперації

31

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де ∑R – повний опір контуру рекуперації ( rр - опір якірних ла-

нцюгів машин, Rр – опір зовнішнього ланцюга з урахування послідовно увімкнених опорів обладнання електрорухомого складу та системи тягового електропостачання).

Рисунок 1.15 – Коливання струму рекуперації при зміні напруги на струмоприймачі

Як впливає нестабільність напруги мережі на кидки струму рекуперації при різній м’якості характеристик?

Напруга та струмоприймачі UM не стабільна й можливі її раптові відхилення на ±∆UM . При жорстких характеристиках генераторів постійного збудження ncUКП можливі великі кидки струму ∆Ірп

(рис.1.15).

Більш сприятливі м’які характеристики ncUКЗ в машинах змішаного збудження (рис. 1.16), у котрих ∆Із < ∆IП.

Рисунок 1.16 – Спрощена схема системи мішаного збудження

В тяговому режимі

32

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де FП, FПС - МРС обмоток незалежного (постійного) та послідовного збудження;

wП, wПС – числа витків цих обмоток;

Із – струм збудження обмотки незалежного збудження.

Перехід з тягового режиму в гальмівний відбувається при I=0

та, нехтуючи втратами потужності, при швидкості

де ΦП – магнітний потік, збуджуваний тільки МРС FП, без FПС.

Повинна виконуватись умова FП>FПСmax.

Швидкісні характеристики рекуперативного гальмування є продовженням характеристик тягового режиму, але мають більшу м’якість. Моментні характеристики M(I) майже не відрізняються від характеристик двигунів послідовного збудження.

Як живлять обмотку незалежного збудження тягової машини при рекуперативному гальмуванні?

При відносно низьких напругах мережі UМ обмотку постійного (незалежного) збудження живлять через регульований резистор від контактної мережі. При великих UМ її живлять від збуджувача. У зв’язку з інерційністю збуджувачів, особливо машинних, а також у зв’язку зі збільшенням числа витків обмоток незалежного збудження, їх сталі часу ТПЗ зростають порівняно зі сталими ТЯ ланцюгів якорів (це сильно погіршує процеси струмознімання при нестаціонарних режимах):

де Lя, rя – загальні індуктивність та активний опір обмоток ланцюга якоря;

Lзп, rзп - індуктивність та активний опір ланцюга обмотки постійного збудження.

магнітна провідність магнітного ланцюга та число витків обмотки. Для рекуперативного гальмування застосовують різні штучні

системи (наприклад, з протизбудженням збуджувача).Маючи властивості та характеристики машин змінного збудження, вони не

33

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

потребують ускладнення конструкції двигунів та не погіршують умови струмознімання.

1.8. Експлуатаційні властивості тягових двигунів

Які експлуатаційні властивості тягових двигунів? Що таке фактор нагрівання? Яку роль відіграє м’якість характеристик?

Експлуатаційні властивості тягових двигунів розрізняють як універсальні, які мають тягові двигуни електрорухомого складу усіх видів, так і окремі, тобто такі, які мають тягові двигуни електрорухомого складу окремих видів. Деякі універсальні властивості наведено в §1.1. Прикладом окремих властивостей є висока перевантажувальна здатність двигунів, необхідна для одержання високих пускових прискорень приміських електропотягів та потягів метрополітену. Для вантажних електровозів одна з найбільш суттєвих властивостей – можливість тривалої реалізації найбільшої можливої сили тяги. Для приміських потягів та потягів метрополітену тягові двигуни можуть не мати такої регульованості, як двигуни електровозів. За умовами регульованості тягові двигуни виконують зі ступенем збудження βmin≥0.5, а двигуни електровозів - βmin≥0,2÷0.3.

Деякі експлуатаційні властивості мають взаємні протиріччя. Це стосується характеристик двигунів. Зі збільшенням м’якості характеристик вони наближаються до характеристик постійної потужності, при яких відсутні коливання споживаного струму. Чим м’якша характеристика, тим менші коливання струму. Постійність навантаження створює добрі умови для роботи обладнання системи тягового електропостачання та електрорухомого складу.

Постійність навантаження позитивно впливає на нагрівання обмоток машин. Залежність нагрівання від різновиду характеристик тягових двигунів оцінюється фактором нагрівання

0

де Ід, Іср – відповідно діючий та середній струми за час циклу Т. Мінімальне значення СН=1 при І=const. При збільшенні

жорсткості характеристик збільшується Сн та більше нагріваються об-

34

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

мотки. Двигуни з м’якими характеристиками менше реагують на різкі зміни напруги Uк/Uм, які часто виникають у системі тягового електропостачання. З приростом напруги ΔUк при одному й тому ж струмі в сталому режимі приріст швидкості був би

де n0 , Uк0 — швидкість та напруга початку процесу. Відповідний кидок струму:

її значення зменшує кидок струму в перехідному режимі. В більшості експлуатаційних ситуацій м’які характеристики більш сприятливі, ніж жорсткі. Але при таких характеристиках збільшується схильність до розносного буксування.

Чим м’якіші характеристики, тим більша ймовірність виник-

нення розносного буксування, тим більше потрібно зменшувати момент двигуна, щоб його попередити.

Наведіть схему тимчасового переходу з послідовного збудження двигуна до незалежного та поясніть принцип її дії.

Сутність протиріччя в характеристиках двигунів у тому, що в режимах, коли необхідна велика сила тяги (пуск, рух на керівному підйомі), характеристики повинні бути жорсткими, а в усіх інших режимах – м’якими. Можливі різні способи усунення цього протиріччя. Наприклад, можливий перехід кожного двигуна на роботу з регульованими характеристиками. Для електрорухомого складу постійного струму можливо застосовувати системи безперервного автоматичного регулювання напруги та збудження.

35

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Можливе використання більш простої системи тимчасового переходу з послідовного збудження до незалежного коли це необхідно, наприклад за схемою рис. 1.17.

При цьому до затискачів обмотки послідовного збудження ОЗ двигуна увімкнений перетворювач ПР з напругою UПР та струмом перетворювача IПР. Якщо IrЗ <UПР, то струм в обмотці збудження:

I З I I ПР const

Рисунок 1.17 – Спрощена схема послідовно-паралельного вмикання обмотки збудження двигуна

За цих умов струм збудження IЗ залишається постійним, забезпечуючи жорсткі характеристики. Якщо IrЗ≥UПР, то напівпровідникові прилади закриваються й відбувається послідовне збудження двигуна.

Як впливає на властивості тягового двигуна насичення магнітної системи та ослаблення збудження?

Тягові двигуни можуть бути виконані з порівняно насиченою магнітною системою та з глибоким послабленням збудження.

При kн≥2, особливо при великих струмах, ділянки характеристик достатньо жорсткі. Зі зменшенням ступеня збудження коефіцієнт насичення зменшується й характеристика пом’якшується (рис. 1.18).

F

IПЗ wПС ;

36

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Рисунок 1.18 – Криві намагнічування при різному насиченні магнітного ланцюга двигуна

При одному й тому ж номінальному струмі Iном для різних струмів збудження при ослабленому збудженні магнітний потік зменшується з ФномПЗ до ФномОЗ. Відповідно коефіцієнти насичення:

При цьому kнОЗ<kнПЗ. Різниця між ними тим більша, чим менше βmin. Тому таке рішення є найбільш ефективним для машин з

компенсаційними обмотками. При цьому якість струмознімання повинна бути такою, щоб машина могла тривалий час працювати з малими ступенями збудження.

37

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Лекція 2 ОСОБЛИВОСТІ СТРУМОЗНІМАННЯ

В ТЯГОВИХ ДВИГУНАХ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

Вимоги до струмознімання. Вплив механічних збурень на роботу щіт- кового-колекторного апарату, процеси комутації та дугоутворення. Особливості струмознімання в тягових двигунах з компенсаційною обмоткою та безпазовими якорями.

Лекції –4 години Лабораторні роботи – 2 години. Самостійна робота – 4 години

Рекомендована література: [1], [5].

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1 Захарченко Д. Д., Ротанов Н. А. Тяговые Электрические машины: Учебник для вузов ж.-д. транспорта. – М.: Транспорт. – 1991. –

343 с.

5 Тягові електричні машини електрорухомого складу: Навчальний посібник /В. М. Безрученко, В. К. Варченко, В. В. Чумак. – Д.: Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна,

2003. – 252 с.

2.1 Вимоги до струмознімання

Що таке струмознімання у тягових двигунах постійного струму? Чим відрізняється струмознімання в тяговому двигуні у порівнянні зі звичайною машиною постійного струму?

Струмозніманням в колекторних електричних машинах називають комплекс процесів, пов’язаних зі струмопроходженням в нерухомих електричних ланцюгах машини та обертовій обмотці якоря. Це електромагнітні процеси в контакті щітка-колектор, процеси комутації струму, компенсації реактивної ЕРС, дугоутворення на колекторі та розподілу напруги між колекторними пластинами, обмеження спотворюючого впливу реакції якоря компенсуючою обмоткою та іншими засобами.

У порівнянні з електричними машинами загального застосування всі перераховані процеси в тягових двигунах ускладнюються їх граничним виконанням та особливостями умов експлуатації, які розглянуті у розділі 1. В тягових двигунах більшу частину процесів

38

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

доводиться розглядати не детермінованими, а випадковими, ймовірнісними процесами, що викликається характером та рівнем збурень. На процеси струмознімання найбільше впливають механічні збурення. Тому питанням струмознімання потрібно приділяти особливу увагу при створенні машин та їх експлуатації.

Які вимоги ставляться до іскріння під щітками тягових двигунів? Які випробування на струмознімання повинні витримувати тягові двигуни?

До іскріння під щітками тягових двигунів ставлять підвищенні вимоги. У відповідності з ГОСТ 2582-81 воно повинне відповідати у всьому діапазоні робочих режимів ступеням 1, 1¼,1½. Тільки при короткочасних перевантаженнях допустимим є ступінь 2. Але навіть виконання цих вимог не гарантує від появи інтенсивного іскріння в реальних умовах експлуатації. Тому до випробувань тягових двигунів ставляться вимоги про відсутність дуговиникнення на колекторі та відсутність таких наслідків іскріння, які не зникали б при терті щіток у працюючій машині. Для тягових двигунів важлива перша вимога при будь-яких процесах і режимах нормальної роботи. Ця вимога обмежує використання двигуна.

У відповідності з ГОСТ 2582-81 тягові двигуни повинні витримувати випробування на струмознімання в таких режимах:

–номінальна напруга UКном, подвійний годинний струм 2ІГ та номінальний ступінь збудження βном;

–найбільша напруга UКmax, найбільша частота обертання nmax та найменший ступінь збудження βmin;

–найбільша напруга UКmax, найбільший пусковий струм К пе І ном

та найменший ступінь збудження βmin.

Ступінь іскріння, який не повинен перевищувати 1 ½, вказують на швидкісних характеристиках для βном та βmin в інтервалах робочих струмів. Для βmах ці дані наводяться при напрузі UК=1,5 UКном.

2.2 Вплив механічних збурень на роботу щітково-колекторного апарату

Які динамічні збурення діють на щітково-колекторний апарат тягового двигуна?

Щітки та колектор тягових електричних машин працюють при практично безперервних впливах механічних збурень. Щітково-

39

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

колекторний апарат відчуває найбільший вплив цих збурень. Розрізняють механічні збурення внутрішні, які виникають у самому двигуні та тяговій передачі, й зовнішні, які виникають під час руху електрорухомого складу і є результатом взаємодії ходових частин електрорухомого складу з рейками.

Внутрішні збурення — це наслідок не точної обробки робочої поверхні колектора, спотворення її, виникаючі в експлуатації. Збурююча дія викликається незбалансованістю якоря, несправністю якірних підшипників, тягової передачі, колісно-моторних букс. Внутрішні збурення – це найчастіше випадкові періодичні вібрації.

Зовнішні механічні збурення звичайно мають імпульсний характер і залежать від стану рейкового шляху та ходових частин електрорухомого складу. Особливу небезпеку становлять порушення поверхні котіння рушійних коліс (повзуни).

Досить часто порушення струмознімання є результатом збурень не одного різновиду, а кількох.

Які динамічні сили, як та за яких умов підвішування двигуна діють на щітково-колекторний апарат тягового двигуна? Як це впливає на роботу щітки?

тисного пристрою щіткотримача.

Ця сила прикладена до центра мас щітки й спрямована під кутом α до її осьової лінії (рис.2.1, а).

Кут може змінюватись у межах 360º, а силу Рд можливо розкласти на дві складові: по осі вікна щіткотримача (радіальну) РДР та перпендикулярно до осі (тангенціальну) РДТ. Ці складові:

При статичному натисненні щітки на колектор

де РЩ – статичне натиснення щітки; SЩ – площа її натиснення на колектор.

40