Электромеханические характеристики на валу тяговых двигателей постоянного тока

Основные положения.Из уравнения движения подвиж­ного состава следует, что при движении под током режим его работы определяется действующими на него силами тяги F и сопротивления движению W. Из этих двух сил управляемой является только сила тяги F, которая созда­ется за счет сцепления колес с рельсами при реализации вращающих моментов, развиваемых тяговыми двигате­лями. Поэтому для изучения движения подвижного состава необходимо знать ха­рактеристики тяговых двигателей.

Электромеханическими характеристиками на валу электрического двигателя называются зависимости часто­ты вращения двигателя от тока п(I), вращающего момента от тока М(I) и коэффициента полезного действия (к. п. д.) от тока η_Д(I) при напряжении питания, равном номинальному.

В электроподвижном составе ГЭТ в основ­ном применяются двигатели постоянного тока. Они могут иметь следующие возбуждения: последовательное, парал­лельное, смешанное и независимое. Каждая система возбуждения обладает своими характерными особеннос­тями, которые и определяют степень пригодности двигателя для той или другой цели.

Расчет электромеханических характеристик на валу тягового двигателя.Электродвижущая сила (э. д. с.) Е, индуктируемая в обмотке якоря машины постоянного тока, выражается как

Е = С'Фп, (1)

где - конструктивная постоянная тягового двигателя; Ф - магнитный поток; п - частота вращения якоря.

В режиме тяги в двигателе происходит преобразование электрической энергии в механическую. Напряжение U_д, приложенное к двигателю, больше его электродвижущей силы, т. е. U_д > E. Уравнение электрического равновесия между приложенным к двигателю напряжением, электродвижущей силой и падением напряжения Ir в силовой цепи будет иметь вид:

(2)

где - падение напряжения под щетками двигателя.

Величина = 1,0 2,0В, поэтому в практических расчетах этой составляющей напряжения пренебрегают.

На основании уравнений (1) и (2) получаем выражение для частоты вращения якоря:

,

где I - ток якоря двигателя, А; r - активное сопротивление внутренней цепи двигателя, Ом; С'Ф - магнитный поток главных полюсов двигателя, В/(об/мин).

Вращающий момент М является одним из основных параметров двигателя, так как он определяет ток, потребляемый двигателем, а следовательно, и его мощ­ность. Вращающий момент двигателя может быть рас­считан из условия равенства полезной механической мощности Р_м и подведенной электрической мощности, умноженной на к. п. д. двигателя. Полезная механическая мощность

,

где - угловая скорость якоря, рад/с.

Следовательно, полезную механическую мощность, Вт, можно выразить как:

.

С другой стороны полезная электрическая мощность определяется как:

.

Приравняв левые части выражений, получим:

откуда вращающий момент, Н·м,

.

Вращающий момент М можно также определить по электромагнитному вращающему

моменту М_эм т. е. моменту, который развивал бы двигатель при отсутствии механических и магнитных потерь:

М = М_эм - ΔM,

где - электромагнитный момент, создаваемый электромагнитной мощностью Р = EI; ΔM - момент, создаваемый магнитными и механическими потерями . Следовательно, вращающий момент, Н∙м,

.

Коэффициент полезного действия двигателя η_д пред­ставляет собой отношение полезной мощности к подве­денной. При тяговом режиме это будет отношение полезной механической мощности Р_м к электрической:

,

где - сумма соответственно электрических, механических и магнитных потерь в двигателе.

Рис. 1. Электромеханические характеристики на валу двигателя ДК-254Б