Электромеханические характеристики тягового электродвигателя, отнесенные к ободам колес

На электроподвижном составе постоянного тока зависимость скорости движения и, силы тяги на ободах колесной пары Fкд и КПД η от тока электродвигателя Iд при неизменном напряжении и постоянной температуре обмоток электродвигателей называют электромеханическими характеристиками, отнесенными к ободам колес. Их приводят при тех же температурах обмоток, что и характеристики на валу электродвигателя (115 °С).

Электромеханические характеристики, отнесенные к ободам колес, можно получить пересчетом характеристик на валах тяговых электродвигателей. Вал якоря связан с колесной парой (рис. 4.6) через зубчатую передачу (редуктор), причем шестерня 4, соединенная с валом якоря тягового электродвигателя 3, имеет обычно меньшее число зубьев, чем зубчатое колесо 2, насаженное на ось колесной пары или на удлиненную ступицу колесного центра /. Отношение числа зубьев зубчатого колеса к числу зубьев шестерни называют передаточным отношением \х редуктора.

Найдем зависимость между частотой вращения вала тягового электродвигателя и скоростью движения локомотива.

Рис. 2.6. Схема передачи вращающего момента от тягового электродвигателя на колесную пару

Линейная скорость на ободах колесных пар, в м/с:

(4.13)

где D — диаметр колес колесной пары, м; пк — частота вращения колесной пары, об/мин.

Частота вращения колесной пары пк меньше частоты вращения вала тягового электродвигателя в \1 раз:

nK=n/μ.

В практике работы железнодорожного транспорта скорость измеряют в км/ч. В тяге поездов также пользуются этой размерностью. Поэтому в формулу (2.13) введем переводной коэффициент. Так как 1 м = = 1/1000 км и 1 с = 1/3600 ч, то 1 м/с = (1/1000) / (1/3600) = = 3,6 км/ч.

Тогда скорость, в км/ч:

v = 3,6πDn/(60μ),

v = 0,188Dn/ μ. (4.14)

Формула (4.14) показывает, что при одной и той же частоте вращения якоря скорость движения больше при большем диаметре колес и меньшем передаточном отношении зубчатой передачи.

Чтобы найти связь между скоростью движения и током /д, подставим в формулу (4.14) значение частоты вращения из формулы (4.4):

Обозначив постоянные для данного локомотива параметры через C=C1μ/(0.188D), получим:

(4.15)

Зависимость скорости движения от тока тягового электродвигателя v(Iд) называют скоростной характеристикой. Ее можно построить, проведя расчеты по формуле (4.15).

Разность между напряжением на тяговом электродвигателе и падением напряжения в его обмотках есть ЭДС Е:

Е = СФv (4.16)

Выражение (4.15) можно также получить из рис. 4.2 с учетом того, что напряжение, подводимое к тяговому электродвигателю, уравновешивается электродвижущей силой и падением напряжения в его обмотках, т.е.:

UД=СФv + 1Дr, (4.17)

откуда и выводится формула (4.15).

Если электродвигатель получает питание от преобразовательной установки или от тягового генератора, то его скоростные характеристики приводят не при постоянном напряжении, а при напряжении, определяемом характеристиками преобразователя или генератора.

Коэффициент полезного действия тягового электродвигателя, отнесенный к ободам колесных пар, учитывает не только потери в тяговом двигателе ΔРД, но и потери в передаче ΔРП:

ΔР=ΔРД+ΔРП (4.18)

КПД η тягового электродвигателя, отнесенный к ободам колес, меньше КПД тягового электродвигателя и с учетом равенств (4.12) и (4.18):

(4.19)

Потери в передаче включают в себя потери на трение в зубчатой передаче и моторно-осевых подшипниках при опорно-осевой подвеске тягового электродвигателя или в зубчатой передаче и подшипниках редуктора при опорно-рамном подвешивании. Потери в передаче зависят от скорости движения и реализуемой колесной парой силы тяги. Для расчета потерь в одноступенчатой цилиндрической зубчатой передаче и в моторно-осевых подшипниках тягового электродвигателя используют опытные данные, приведенные в табл. 4.2.