Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Ця величина менша від тієї, яка була б у такому ж якорі з пазовим осердям.

Відсутність зубців якоря впливає на процес комутації, значно підвищує магнітний опір потоку розсіювання. Відповідно зменшується реактивна ЕРС комутації e p .У порівняні з аналогічними

машинами, які мають КО, вона зменшується в 2 2.5 рази і в 3-4 рази менше, ніж в машинах без цих обмоток. Значення e p могли бути ще

меншими, якби ЕРС взаємоіндукції комутуючої секції безпазового якоря не зростала внаслідок індуктивного зв’язку з більшим числом провідників, ніж в пазовому, де частина цих зв’язків екранується зубцями. Технологія виготовлення безпарових якорів ще не досконала.

2.8 Вплив механічних збурень на процеси комутації та дугоутворення

Як впливають динамічні сили на щітки комплекту щіткотримачів тягового двигуна?

Механічні збурення впливають не тільки на щітковоколекторний апарат (див. § 21.2), а й на процеси комутації та дугоутворення на колекторі. Це пов’язано з динамічними порушеннями рівномірності розподілу струму між однополярними щіткотримачами та

71

В. Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

здеформаціями повітряних зазорів під полюсами. Вплив динамічного прискорення aд на всі щітки комплекту щіткотримачів машини

різний у зв’язку з різними напрямами сил Рш та Рд . Результуюче навантаження на щітку

Ррез Рщ Рдсоs i Pщ Рдр ,

де і – кут між силами Рщ та Рд (для і-го щіткотримача).

Рисунок 2.17 – Схема впливу вертикальної динамічної сили на розподіл натиснень щіток шестиполюсного тягового двигуна

Виходячи з рівняння (2.6), одержуємо

де rщ , Рщ , Pн , Uщн – нормовані значення перехідного опору, статичних сил та тисків, спаду напруги на одну щітку:

Uщн Uщн .

2

Як впливають динамічні прискорення на розподіл струмів щіткотримачів?

Як приклад на рис 2.17 наведено вплив прискорення ад на шес-

типолюсний двигун. Оскільки ЕРС кожної паралельної гілки обмотки якоря однакові, струм, який протікає через кожний щіткотримач.

72

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де Іщі – модуль струму щіткотримача.

Нерівність струмів щіткотримачів призводить до нерівності струмів паралельних гілок обмотки якоря.

Наведені співвідношення та рис.2.17 стосуються миттєвого стану системи й не враховують низки додаткових факторів: впливу тангенціальних складових динамічних сил, індуктивностей провідників обмотки якоря і т. д. Тому розподіл струмів Іщі

щіткотримачів є випадковим, а струми окремих щіток iщі також випадкові. Їхні коливання навіть більші, ніж коливання струмів Іщі .

Дослідження показали, що випадковий розподіл струмів іяі

можливо описати нормальним законом розподілу з математичним сподіванням

з’єднань тягових двигунів з петльовою обмоткою? Як це впливає на процеси комутації?

Дослідження показали, що в двигунах з петльовою обмоткою значення яі 0.2 0.4 , зростаючи зі збільшенням динамічного при-

73

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

скорення. При цьому можливо очікувати граничні значення струмів

мають звичайно застосовуване число зрівняльних з’єднань (1-2 на паз). Такі з’єднання не ефективні в тому разі, коли в машинах постійного струму їх розташовують безпосередньо під передньою лобовою частиною обмотки якоря.

При інтенсивних зміненнях струму до

в цих з’єднаннях наводиться ЕРС взаємної індукції з обмоткою якоря

де l – плинне значення довжини зрівнювача при повній його довжині lзр ;

a – відстань між зрівнювачем та провідниками лобової частини обмотки;

c – магнітна проникність середовища.

Ефективність зрівнювачів можливо підвищити їх екрануванням від якірної обмотки. Для цього їх розміщують на задній лобовій частині під заднім обмоткотримачем. Зрівнювальні якості хвильових обмоток дозволяють значною мірою усунути нерівномірність розподілу струмів iяі .

Нерівномірність розподілу струмів Іщі ,іяі суттєво впливає на

процеси комутації. Вона підвищує густину струму під окремими щітками, розвантажуючи інші, але викликає відповідні випадкові

74

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де e p – математичне сподівання реактивної ЕРС, яке дорівнює її

розрахунковому значенню.

Особливо несприятлива величина

Як впливають динамічні збурення на положення якоря в повітряному зазорі та на роботу двигуна?

Динамічні збурення впливають на розподіл напруги по колу колектора та, відповідно, на процеси дугоутворення. Динамічна сила, яка діє на якір,

Рдя тяад Gяад*

де тя ,Gя – відповідно маса та вага якоря.

Ці сили випадкові як за значенням, так і за напрямом. Сукупно з силами однобокого магнітного тяжіння вони викликають деформації –

реннях центр валу може переміщуватись в межах кола діаметром

Dв 2 п ,

а з урахуванням угину валу центр мас якоря – в межах кола діаметром

Dц 2 f y max п .

Граничне положення якоря визначається колом, діаметр якого

Dгр Dя 2 f y max п .

Це коло визначає граничні положення якоря, тобто граничні розміри повітряних зазорів між ним та полюсами. Одночасно може виникнути нерівномірність розподілу струмів іяі , що при петльовій обмотці призводить до нерівномірності лінійних навантажень якоря в межах від Аmin до Amax :

Amin A 1 3 яі ; Аmax A 1 3 яі ,

75

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де А – розрахункове лінійне навантаження для деякого режиму. Індукція реакції якоря для будь-якої точки на відстані x від се-

редини полюса під впливом збурень може змінюватись в межах від

Bря min до Bря max :

Відповідно можуть змінюватись миттєві значення індукції Bзх ,

що призводить до нестабільності розподілу напруги по колу колектора.

Найбільш ефективним засобом для захисту двигунів від механічних збурень є їх рамне підвішування при раціональній конструкції тягової передачі. Сприятливий вплив на умови роботи тягових двигунів створюють колісно-моторні букси з підшипниками котіння та пружні передачі.

76

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Лекція 3 ТЯГОВІ ДВИГУНИ ПУЛЬСУЮЧОГО СТРУМУ

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

Особливості живлення тягових двигунів від випрямної установки електрорухомого складу. Магнітні поля в двигунах пульсуючого струму. Особливості комутаційного процесу й компенсації змінної складової реактивної ЕРС. Особливості розподілу напруги по колу колектора. Додаткові втрати в двигунах пульсуючого струму. Особливості роботи тягових двигунів при імпульсному регулювання напруги якоря та збудження. Двигуни постійного струму з неявнополюсним статором.

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

Рекомендована література: [1], [3], [5].

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

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

343 с.

3 Флора В.Д. Тягові імпульсні перетворювачі для електротранспорту. – Запоріжжя : ЗНТУ. - 2006. - 310с.

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.

3.1 Особливості живлення тягових двигунів від випрямляючої установки електрорухомого складу. Зменшення пульсацій струму

Чому умови живлення тягових двигунів на випрямних локомотивах відрізняються від умов живлення тягових двигунів постійного струму?

Умови живлення тягових двигунів локомотивів з випрямлячами значно відрізняються від умов живлення двигунів електрорухомого складу постійного струму. На залізницях, електрифікованих на постійному струмі, тягові підстанції здійснюють багатофазне випрямляння з числом фаз від 6 до 24, причому випрямлена напруга практично постійна (пульсації – не більші від 3 - 5 %). Однофазна перетворювальна установка локомотива не в змозі забезпечити таку ж якість ви-

77

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

прямляння та, крім того, створює деякі особливості в роботі тягових двигунів.

Як визначається напруга на затискачах тягового двигуна випрямного локомотива? Проаналізувати відповідну формулу.

Так, середнє значення випрямленої напруги на затискачах дви-

гуна

де І – струм двигуна;

Znp – опір перетворювальної установки зведений до одного дви-

гуна.

З рівняння (3.1) виходить, що підбором значення Knp напруга

двигунів Uк може бути встановлена найбільш вигідною за конструк-

тивними параметрами двигуна та експлуатаційними властивостями локомотива. Змінення коефіцієнта Knp дає можливість регулювати

напругу Uк і є основним засобом регулювання режимів роботи дви-

78

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

гунів. З рівнянь (3.1) та (3.2) витікає також, що напруга Uк при змі-

неннях струму І не залишається незмінною й інтенсивність її змінення залежить від значення Znp , яке визначає ступінь нестабільності на-

пруги на затискачах двигунів.

Намалювати часові діаграми напруги та струму навантаження випрямного локомотива. Що таке коефіцієнти пульсації напруги та струму? Як записують вирази для миттєвих напруг та струмів за допомогою коефіцієнтів пульсації?

Часові діаграми випрямленої напруги при двопівперіодному випрямлянні однофазного струму наведені на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Криві напруги та струму при однофазному двопівперіодному випрямлянні

Таким чином, випрямлена напруга складається з постійної складової Ud та змінної складовій (штриховані частини).

Змінна складова напруги не синусоїдна й розкладається в гармонічний ряд. В наближених розрахунках враховують лише основну

79

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де UП 2 – амплітудне значення другої гармонічної пульсації на-

пруги.

При цьому миттєве значення випрямленої напруги.

де M 2 fM – кутова частота напруги живлення.

Пульсації напруги викликають пульсації струму в ланцюзі тягового двигуна, рівень яких звичайно оцінюють коефіцієнтом пульсації струму, який дорівнює:

Які співвідношення між постійними та змінними складовими напруги та струму з урахуванням коефіцієнтів пульсації?

Комутація напівпровідникових приладів випрямляча та значення індуктивності в ланцюзі випрямленого струму викликають ще більшу не синусоїдність змінної складовою струму у порівнянні зі змінною складовою напруги, зменшення їх амплітудного значення, а також фазовий зсув основної гармоніки струму відносно основної гар-

Напруга u в ланцюзі випрямленого струму врівноважується відповідними спадами напруги. Наближено можливо вважати, що постійна складова напруги врівноважується тільки постійним, не пульсуючим спадом напругу, основну частину якого складає ЕРС машини

E Cen .

Постійність Е викликана практичною відсутністю пульсацій швидкості n та незначними пульсаціями потоку Ф, що досягнуто спеціальною схемою вмикання обмотки збудження. Постійна складова напруги двигуна

U K Ud Irp ,

80