Электромеханические характеристики на валу тягового электродвигателя постоянного тока

Электрические машины постоянного тока могут иметь различные способы возбуждения: последовательное, параллельное, смешанное или независимое (рис. 2.1). В зависимости от способа возбуждения машины обладают разными электромеханическими характеристиками.

Рис. 4.1. Схемы электродвигателей с различным включением обмоток возбуждения:

а — последовательным; б — параллельным; виг — смешанным соответственно с согласным и встречным включением параллельной и последовательной обмоток возбуждения; д — независимым

Электромеханическими характеристиками на валу тягового электродвигателя называют зависимость частоты вращения якоря, вращающего момента и коэффициента полезного действия от потребляемого тока при неизменном напряжении и постоянной температуре обмоток 115 °С (по ГОСТ 2582—81*).

Характеристики тяговых электродвигателей электроподвижного состава переменного тока и тепловозов приводят при изменяющемся напряжении в соответствии с внешней характеристикой преобразователя или тягового генератора.

Электромеханические характеристики получают при стендовых испытаниях тяговых электродвигателей на заводе изготовителе и приводят в виде графиков или таблиц. Усредненные характеристики по испытаниям первых 10 двигателей называют типовыми характеристиками.

Рис. 4.2. Схема включения тягового электродвигателя

Чтобы определить зависимость частоты вращения якоря от тока, рассмотрим электрическую цепь тягового электродвигателя. При установившемся режиме работы подведенное к нему напряжение (рис. 2.2) уравновешивается электродвижущей силой (ЭДС), наводимой в обмотке якоря, и падением напряжения в обмотках:

UA-E + IAr, (4.1)

где Uд — напряжение на тяговом электродвигателе, В; E — электродвижущая сила, В; Iд — ток тягового электродвигателя, А; r — сопротивление обмоток тягового электродвигателя, Ом.

ЭДС тягового электродвигателя наводится за счет перемещения проводников обмотки якоря в магнитном поле. Она пропорциональна магнитному потоку и частоте вращения якоря, а также зависит от конструктивных особенностей тягового электродвигателя:

Где p — число пар полюсов; п — частота вращения якоря, об/мин; N — число активных проводников обмотки якоря; Ф — магнитный поток главного полюса, Вб; а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Величину называют конструктивной постоянной тягового электродвигателя. Тогда ЭДС, можно определить так:

E=C1nФ. (4.2)

Подставив значение Е в уравнение (4.1), получим:

ил=С1пФ + 1лг, (4.3)

откуда

(4.4)

Таким образом, частота вращения тягового электродвигателя при постоянных значениях подведенного напряжения Uд, сопротивления обмоток r и конструктивной постоянной С1 зависит от тока Iд и магнитного потока Ф. Магнитный поток тягового электродвигателя, не имеющего компенсационной обмотки, зависит от тока возбуждения Iв, тока якоря IЯ, конструкции двигателя и материалов магнитопровода.

Зависимость магнитного потока от тока возбуждения называют магнитной характеристикой тягового электродвигателя. На практике вместо магнитного потока используют пропорциональные ему величины С1Ф или Е/п в зависимости от тока возбуждения /в.

Если тяговый электродвигатель не имеет компенсационной обмотки, то ток якоря под действием реакции якоря вызывает снижение магнитного потока. Поэтому зависимость С1Ф от тока возбуждения Iв при разных токах якоря Iя представляет собой семейство кривых (рис. 4.3). При большем токе якоря Iя кривые С1Ф(IВ) располагаются ниже. Эти кривые называют магнитными характеристиками при нагрузке, или нагрузочными характеристиками. В зоне малых токов Iв кривые прямолинейны и магнитный поток возрастает пропорционально току. Затем из-за насыщения магнитной системы темп роста магнитного потока замедляется.

На рис. 4.3 показана штриховая линия С1Ф(IВ) при последовательном возбуждении машины, когда Iв = Iя. В тяговом электродвигателе компенсационная обмотка почти полностью компенсирует реакцию якоря, магнитный поток практически не зависит от тока якоря и определяется только током возбуждения. Его магнитная характеристика при полной компенсации потока якоря представляет одну кривую при токе Iя = 0.