Пуск и регулирование частоты вращения тягового двигателя

В момент трогания электровоза с места якорь двигателя непо­движен, противоЭДС двигателя отсутствует, поэтому при непо­средственном подключении двигателя в начальный момент пуска по обмоткам двигателя пойдет ток I_пуск = U/R, где U — напряже­ние; R — сопротивление обмоток двигателя. Так как обмотки двигателя имеют малое сопротивление, чтобы при работе двига­тель имел небольшие потери и высокий КПД, при небольшом напряжении (порядка 50—60 В) в двигатель идет большой ток, который создает большую силу тяги.

Сила тяги для электровозов BЛ80 F_T = 6,7 М п, где вращаю­щий момент двигателя М = СI_ЯФ. По условиям сцепления сила тяги должна быть меньше или равна силе сцепления колеса с рельсом, в противном случае колесные пары сорвутся в боксование F_CЦ ≥ F_Т

Как только электровоз пришел в движение, в двигателе появи­лась противоЭДС (£), равная Е =С_Е • пФ, где С_Е — коэффициент, учитывающий особенности конструкции ТД; n — частота враще­ния якоря; Ф — магнитный поток. ПротивоЭДС (Е) уменьшает ток в двигателе, следовательно, и силу тяги I = (U- E)/R.

Для того чтобы сохранить хорошую силу тяги, машинист вынужден увеличивать напряжение на двигателях (добавлять позиции). Постепенно машинист увеличивает напряжение на двигателях до максимального, после чего скорость движения будет увеличиваться автоматически за счет увеличения проти­воЭДС, уменьшения тока в двигателях и магнитного потока. Частота вращения якоря ТД

n = ∑ U / Ф, где;

∑U = U-Е;

Ф — магнитный поток главных полюсов.

Вращающий момент М двигателя не является постоянной величиной, а зависит от механической нагрузки или внешнего момента сопротивления, который преодолевает вал якоря при вращении:

М = C I_ЯI_В, где;

С — постоянная машины;

I_ЯI_В —ток якоря и ток возбуждения в тяговом двигателе.

Отсюда видно, что ток двигателя зависит от механической нагрузки: при движении под уклон сопротивление уменьшает­ся — уменьшается и ток в двигателе, при движении на подъем сопротивление движению увеличивается — увеличивается и ток в двигателе.

Однако на большой скорости движения ток в двигателях уменьшается настолько, что создаваемая сила тяги будет равна силам сопротивления движению поезда, при этом наступает равномерное движение поезда. Предположим, что равномерная скорость наступила при токе в двигателе 400 А, при этом создаваемый ТД вращающий момент

М = C I_ЯI_В = C •400•400.

Если при этом параллельно к обмотке возбуждения подключить резистор R такого значения, чтобы ток в обмотках возбуждения уменьшился в два раза до 200 А (рис. 2.5), то:

А. Уменьшится магнитный поток в главных полюсах.

Б. Уменьшится противоЭДС в якоре.

Увеличится ток в якоре с 400 до 600 А, а это приведет к увеличению тока в обмотках возбуждения с 200 до 300 А. Отсюда видно, что вращающий момент ТД возрастет: М = C I_ЯI_В = C •600•300.

Возрастает сила тяги и увеличивает­ся скорость движения электровоза, однако недостаток режима ослабления поля заключается в увеличении реакции якоря, ухудшении коммутации, а при непра­вильном управлении электровозом, большая вероятность возникновения кругового огня в тяговом двигателе.

 

Тяговые характеристики.

Тяговой характеристикой называется графическая зависимость касательной силы тяги Fk от скорости движения V.

У любого локомотива между силой тяги (Fk) и скоростью (V) обязательно должна быть обратно пропорциональная зависимость, т.е. при увеличении скорости (V), сила тяги (Fk) должна уменьшаться и наоборот, а произведение Fk V = N, т.е. мощность локомотива должна при этом оставаться постоянной и использоваться полностью Fk•V=N=const. Так как обратно пропорциональная зависимость графически изображается гиперболой, то значит, тяговая характеристика у любого локомотива должна быть гиперболической, т.е. мягкой. На электровозах такая тяговая характеристика получается за счет применения ТЭД постоянного тока с последовательным возбуждением, которые имеют мягкую внешнюю характеристику. Фактически тяговая характеристика электровоза имеет явно выраженный гиперболический участок только в зоне рабочих скоростей движения (более 20 км/ч). На всех этих скоростях развиваемая электровозом сила тяги (Fk) ограничивается сцеплением КП с рельсами.

По тяговой характеристике видно, что с увеличением скорости движения сила тяги снижается. На характеристике нанесена кривая ограничения силы тяги (по сцеплению), значения часовой и длительной скорости и силы тяги.

Сила тяги электровозов ВЛ80;

F_T = 6,7• M• n, где;

М — вращающий момент двигателя,

n — количество двигателей, включенных в тягу.

В режиме тяги обязательно должно соблюдаться условие; сила тяги меньше или равна силы сцепления (F_Т < Fсц) – условие тяги. При нарушении этого условия, когда (F_Т > Fсц), начинается боксование. Вращающий момент двигателя

М =С•I_Я•Ф, где;

С — постоянная машины, I_Я — ток в обмотках якоря, Ф — магнитный поток полюсов, который зависит от тока возбуждения.

В результате расчета можно определить ток при трогании с места (не должен превышать I_Д=1100—1500А на ВЛ80С, на ЧС4 и ЭП1 —1400А).