Электромеханические характеристики на ободе движущего колеса

Основные положения.Для изучения работы подвижно­го состава на линии необходимо перейти от характеристик на валу тягового двигателя к электромеханическим характеристикам на ободе движущего колеса. Зависимос­ти скорости v, силы тяги F и к. п. д. двигателя с учетом потерь энергии в передаче от тока двигателя называют­ся электромеханическими характеристиками на ободе движущего колеса.Эти характеристики определяются не только свойствами тяговых двигателей, но и отдельными параметрами подвижного состава — диаметром движуще­го колеса D_K, м, передаточным числом μ передачи от вала двигателя к движущей оси и коэффициентом полезного действия этой передачи η₃.

Расчетные выражения для определения электро­механических характеристик на ободе движущего колеса.Для перехода от электромеханических характеристик на валу тягового двигателя кхарактеристикам на ободе колеса используются следующие соотношения:

скорость, км/ч,

, (1)

где коэффициент 3600/1000 введен для перевода м/с в км/ч;

сила тяги, Н,

; (2)

к.п.д.

. (3)

В тяговых расчетах удобнее использовать относитель­ные потери мощности в передаче вместо значения к, п. д. η₃.. Относительные потери мощности в передаче выражают в процентах от подведенной мощности:

, (4)

где - потери мощности в передаточных механизмах, Вт.

К.п.д. передачи

. (5)

Выражая потери мощности в передаточных механиз­мах через относительные потери , получим

. (6)

Подставив к. п. д. передачи из выражения (6) в выражение (3), получим

(7)

Величина зависит от типа передачи.

Численные значения относи­тельных потерь в механической для разных типов редукторов приводятся в спец. литературе.

Рассмотрим соотношения, по которым проводится расчет характеристик на ободе колеса.

Выражая на основании формулы (1) частоту вращения вала якоря п, об/мин, через поступательную скорость v, км/ч, и подставляя в выражение

получим

, (8)

где С = С´·0,1885D_K /μ.

Подставляя значение Е в формулу , определим скорость поступательного движения подвижного состава

. (9)

При напряжении на двигателе U_Д и токе I, подведенная к нему мощность равна U_ДI. При этом считаем, что цепи параллельного и независимого возбуждения отсутствуют. С одной стороны, полезная электрическая мощность Р будет меньше подведенной на потери ΔР в двигателе и передаче

P =U_ДI - ΔР. (10)

Потери ΔР складываются из электрических ΔР_Э, магнитных ΔР_С,, механических ΔР_М и потерь в переда­че ΔР_З :

ΔР = ΔР_Э, + ΔР_С,,+ ΔР_М + ΔР_З (11)

Электрические потери состоят из потерь в силовой цепи и электрических потерь в щетках IΔU_Ш. Электрическимипотерями в щетках IΔU_Ш для упрощения расчетов пренебрегаем, тогда

(12)

Подведенная к двигателю мощность за вычетом электрических потерь называется электромагнитной мощ­ностью Р_ЭМ.

С другой стороны, полезная мощность Р, Вт, отне­сенная к ободу движущего колеса, равна произведению силы тяги F двигателя на скорость v поступательного движения:

(13)

здесь коэффициент 1/3,6 введен для перевода ньютон-километров в ватты.

С учетом выражений (10) и (13) можно записать:

U_ДI - ΔР. (14)

Р_ЭМ = U_ДI - (15)

Используя выражения , (8) и (15), можно написать

Р_ЭМ = СФvI. (16)

Если бы в двигателе отсутствовали магнитные и механические потери, вся электромагнитная мощность преобразовалась бы в полезную механическую мощность и двигатель развивал бы так называемую электромагнитную силу тяги, Н,

, (17)

или . (18)

Из уравнения (14) получим выражение для силы тяги двигателя

. (19)

Используя выражения (11), (17) и (19), получим:

. (20)

Второе слагаемое в правой части уравнения (20) представляет собой потерю силы тяги, вызванную магнит­ными и механическими потерями, которую обозначим ΔF:

. (21)

Следовательно, сила тяги на ободе движущего колеса F меньше электромагнитной силы F_ЭM на значение потерь ΔF:

F = F_ЭM - ΔF, (22)

или с учетом выражения (18) F = - ΔF. (23)

Коэффициент полезного действия двигателя η равен отношению полезной мощности на ободе колеса Р к полной подведенной мощности U_ДI. Тогда

.