Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де rp – активний опір згладжуючого реактора, зведений до од-

ного двигуна, яким можливо знехтувати у зв’язку з його малою величиною.

Таким чином, можливо вважати, що постійна складова струму, яка залежить від режиму роботи двигуна,

де rд – опір обмотки тягового двигуна.

Змінна складова напруги врівноважується спадом напруги в активних r та реактивних x опорах ланцюга випрямленого струму від його змінної складової. Для амплітудних значень змінних складо-

Величина KПU , порівняно стабільна при повному відкритті напівпровідникових приладів (КПU 0.73 0.78) , значно змінюється

лише при регулюванні напруги зміненням кута провідного стану вентилів. Для повного згладжування випрямленого струму, коли

81

Якими заходами зменшують пульсації струму тягового двигуна? Які властивості згладжуючих реакторів різних конструкцій? Як зменшують пульсації магнітного потоку?

Оскільки для зменшення пульсації потоку Ф обмотку збудження шунтують активним опором, значення Lд порівняно мале й незначно змінюється при зміненнях струму.

Рисунок 3.2 – Залежність індуктивності реактора від струму

Воно не суттєво впливає на залежність Lp (I ) (рис.3.2). Характеристики Lp (I ) згладжуючих реакторів сильно вплива-

ють на умови роботи двигунів. Індуктивності реакторів зі сталевим осердям та без нього в номінальному режимі вважаються такими, що забезпечують задане значення KПІНОМ

де Ud 0 – найбільше значення випрямленої напруги холостого

ходу.

82

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

При будь-якому реакторі в зоні струмів I IHOM виникають зони підвищених пульсацій: для Lpn (реактор без сталевого осердя) – у всьому діапазоні струмів (на рис. 3.2 – зона 2), для Lpс (реактор зі

сталевим осердям) – у більш вузьких межах (на рис. 3.2 – зона 1). Уникнути цієї зони не можливо, оскільки при малих струмах Lp (I ) . Коефіцієнти KПІ особливо зростають при малих струмах

та великих напругах, тобто при великих швидкостях руху локомотивів. Пульсації напруги й струму, які супроводжуються пульсацією потоку Ф, викликають низку додаткових явищ, які ускладнюють роботу двигунів.

3.2 Магнітні поля в тягових двигунах пульсуючого струму

Що таке коефіцієнт пульсації магнітного потоку? Як впливають вихрові струми на цей коефіцієнт? Як впливають коефіцієнти збудження постійної та змінної складових струму на коефіцієнт пульсації магнітного потоку?

Пульсації струму викликають пульсації МРС та відповідних магнітних потоків. Пульсація основного потоку головного полюса може збільшувати втрати в машині й погіршувати її комутацію. Для їх обмеження необхідно передбачати спеціальні заходи. Але зменшення змінної складової магнітного потоку додаткового полюсу не бажане й необхідно вживати спеціальних заходів для її збільшення.

Рівень пульсації магнітного потоку, як і інших показників, оці-

нюють коефіцієнтом пульсації потоку,

де Фmax ,Фmin ,ФП2 – відповідно максимальне, мінімальне, значення магнітного потоку й амплітуда другої гармоніки (основної) його змінної складової.

На рис. 3.3 наведена магнітна характеристика машини Ф(І).

83

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Рисунок 3.3 – Залежність пульсацій магнітного потоку від пульсацій струму збудження

Якби потік змінювався так, як струм, то його екстремальні значення визначались би за магнітною характеристикою екстремальними значеннями струму.

Але амплітудне значення змінної складової магнітного потоку зменшується під впливом вихрових струмів у сталевих ділянках маг-

межах лінійних ділянок залежності Ф(І), наближено стабільний, оскільки при цьому

Коефіцієнт КПФ залежить від коефіцієнта Kзв , який визначається структурою магнітної системи двигуна. Для двигунів з не шихтова-

84

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

розмаху пульсації магнітного потоку ΔΦ головних полюсів передбачають постійне шунтування обмотки збудження за допомогою резистора Rш (рис.3.4).

Рисунок 3.4 – Схема постійного шунтування резистором обмотки збудження тягового двигуна

При цьому постійна складова струму в обмотці збудження Із й

де rз – активний опір обмотки збудження.

Розподіл змінної складової струму між обмоткою збудження й Rш залежить не тільки від їхніх активних опорів, але й від реактивного опору обмотки збудження.

xp 4 fM Lз ,

де Lз – індуктивність обмотки збудження.

Суттєвий вплив на зменшення K ПФ при шунтуванні обмотки збудження активним опором створює величина

85

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Звичайно коефіцієнт 0.85 п 0.98, що дає можливість значно зменшити КПФ відносно KПІ , тобто КПФ 0.02 0.05 .

Як визначається ефективна напруженість змінної складової магнітного поля? Як розподіляються магнітна індукція та напруженість у перерізі магнітопроводу двигуна пульсуючого струму?

Суттєвою особливістю пульсуючих магнітних потоків є те, що у перерізі сталевих ділянок магнітопроводу вони розподіляються нерівномірно, тоді як постійна складова індукції постійна у площі перерізу:

B ФS .

Змінна складова Ф викликає в магнітопроводі вихрові струми, поля яких підсумовуються з основним магнітним полем. Тому виникає нерівномірний розподіл змінної складової потоку. Припустимо, що пульсуючий магнітний потік або його змінна складова Фзм прохо-

дить через ділянку магнітопроводу прямокутного перерізу по осі Z

(рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Суцільна (а) та шихтована (б) ділянки магнітопроводів тягових машин

При цьому для вектора напруженості Hзм змінного магнітного поля в комплексній формі за законом Максвелла

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

де

К 2 j П ,

п– кутова частота основної гармоніки пульсацій;

–електрична провідність сталі;

– її магнітна проникність.

Які особливості розподілу магнітних змінних складових індукції та напруженості у шихтованих ділянках магнітопроводів?

Якщо не брати до уваги напруженість електростатичного поля та крайовий ефект, особливо по висоті магнітопроводу 2h , то рішення рівняння (3.19) мають вигляд:

п

де а – глибина проникнення синусоїдної змінної складової магнітного потоку

2

а .

п

Величина К може бути уявлена як товщина шару концентрації всіх вихрових струмів магнітопроводу з їхньою постійною ефективною густиною

87

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

іво Н0К .

Величина а умовна й залежить від матеріалу й магнітної проникності (насиченості) магнітопроводу, частоти пульсацій. При частоті

Магнітна напруженість значно зростає у зовнішніх шарах перерізу й зменшується в середині ділянки магнітопроводу (рис. 3.6).

а б Рисунок 3.6 – Діаграми розподілу змінної складової магнітного поля

у перерізі магнітопроводу

Характеристика Bзм (х) подібна до залежності Нзм (х) при const , тобто при ненасиченому магнітопроводі (рис. 3.6, а). В ре-

альних умовах роботи магнітопроводів тягових двигунів впливає ефект насичення, особливо для поверхневих шарів магнітопроводу, де магнітна напруженість має максимальні значення Нзм1, Нзм2. У

зв’язку з ефектом насичення найбільше значення індукції B'зм1 на по-

верхні магнітопроводу зменшиться до значення B"зм1 . У загальному

88

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

випадку значення Bзм можуть бути визначені за характеристикою Нзм (х) при використанні залежності В Н – кривої намагнічування

матеріалу магнітопроводу .

Майже такі ж співвідношення у випадку окремих листів шихтованих магнітопроводів при ідеальних умовах шихтування, коли сталеві листи ізольовані один від одного ізоляцією з товщиною й між ними немає ніяких внутрішніх електричних замкнень, (рис.3.6, б). Нерівномірність розподілу магнітної напруженості Нзм (суцільні лінії)

виникає лише в межах кожного листа, а розподіл за товщиною магнітопроводу більш рівномірний.

При виготовлені шихтованих магнітопроводів тягових машин звичайно виникають провідні містки між окремими листами.

Це сильно порушує дійсний характер розподілу напруженості й індукції, вносить в них елементи випадковості (випадковий характер виникаючих замкнень). При великій кількості таких замкнень вважають, що шихтований магнітопровід подібний до не шихтованого, але зі значно зменшеною електропровідністю . При цьому Hзм подібна

до такої ж напруженості для масивного магнітопроводу, але з меншим ступенем нерівномірності.

Як визначається діюче значення змінної складової магнітного потоку та коефіцієнт згладжуючого впливу вихрових струмів?

Діюче значення змінної складової магнітного потоку

89

Одержана таким чином величина Фзм дає змогу за кривою маг-

нітної характеристики машини (рис.3.3) визначити коефіцієнт згладжуючого впливу вихрових струмів

Таке визначення Kзв значно ускладнене тим, що потрібно вра-

ховувати вплив вихрових струмів не в якійсь окремій ділянці магнітопроводу, а в усьому магнітному ланцюзі машини. Тому цю величенну звичайно визначають на підставі експериментальних даних.

3.3 Особливості комутаційного процесу й компенсації змінної складової реактивної ЕРС

Які особливості комутації у двигунах пульсуючого струму? Навести часову діаграму змінення струму комутуючої секції. Які ЕРС виникають в комутуючій секції та чому?

Виключаючи дуже малі частоти обертання якоря в основній частині робочих діапазонів двигуна, період пульсації випрямленого струму

значно більший від періоду комутації

ТК bЩ .

100vК

Вважаючи для спрощення, що комутація прямолінійна, діаграму її можливо подати у вигляді, поданому на рис. 3.7.

90