Ce motor ar trebui să prefer?
Cele mai răspândite în industrie au fost motoarele electrice de două tipuri: curent alternativ - colector cu curent trifazat asincron și curent, cu diferite metode de excitație. Care dintre ele este mai bine de utilizat pe o locomotivă electrică?
Motoarele care pot fi utilizate ca tracțiune pe o locomotivă electrică trebuie să satisfacă cel puțin două cerințe. Mai întâi de toate, ele trebuie să permită posibilitatea reglării pe o gamă largă de viteze de rotație. Aceasta vă permite să modificați viteza trenului. În plus, este necesar să se poată ajusta forța de tracțiune pe o gamă largă, adică cuplul dezvoltat de motor. Astfel, motorul electric de tracțiune ar trebui să ofere semnificativă în timpul unui tren trăgându, accelerația lui, în timp ce depășirea urcușuri abrupte și mai mult. N. și de a reduce-o la un condiții de conducere mai ușoare.
Din punctul de vedere al organizării mișcării, ar fi de dorit să se antreneze, indiferent de schimbările în rezistența la mișcarea parcursă la o viteză constantă, sau această viteză ar fi scăzut ușor. În acest caz, raportul dintre forța de tracțiune F și viteza de deplasare v (fig. 11, precum și) ar reprezenta o formă dreptunghiulară axe de coordonate verticale drepte linia 1 paralelă cu axa F, sau ușor înclinată linia 2. Relația dintre forța de împingere generat de motorul locomotivei și viteza mișcării sale se numește caracteristica de tracțiune și este reprezentată grafic, așa cum se arată în Fig. 11, sau sub formă de tabele.
Cele prezentate în Fig. 11, iar caracteristicile de tracțiune sunt rigide. În cazul specificațiile motoarelor electrice consumate rigide și egală cu produsul vitezei de tracțiune, de exemplu, pe pante abrupte, crește proporțional cu forțele de tracțiune (produsul de v \ F \ semnificativ mai puțin V2F2, vezi. Fig. 11, de asemenea). Creșterea bruscă a consumului de energie duce la o necesitate de a crește puterea atât a motorului și stațiile de tracțiune, mai mare aria secțiunii transversale a suspensiei de contact din cauza costurilor de numerar și materiale rare. Acest lucru poate fi evitat prin asigurarea caracteristicilor motorului la care odată cu creșterea rezistenței la mișcarea trenului reduce automat viteza, adică. E. Așa numita moale caracteristică (fig. 11 b). Are forma unei curbe, numită hiperbolă. Motorul cu o caracteristică de tracțiune ar funcționa la putere constantă (V1F1 = V2F2) Cu toate acestea, atunci când se deplasează de compuși grele pe pante abrupte, atunci când o forță mare de apăsare, un tren s-ar deplasa cu o viteză foarte scăzută, astfel limitând drastic capacitatea secțiunii de cale ferată. Aproximativ locomotivelor au o astfel de caracteristică, deoarece puterea motoarelor de tracțiune este limitată de capacitatea unui motor diesel. Acest lucru se aplică și în cazul tracțiunii cu aburi, în care capacitatea este limitată de capacitatea cazanului.
Fig. 11. Caracteristicile de tracțiune rigide (a) și moi (b)
Puterea dezvoltată de motoarele de tracțiune ale unei locomotive electrice nu este practic limitată de puterea sursei de alimentare. După ce a primit energie electrică prin catenară și tracțiune substații ale sistemelor de putere de obicei, au capacități de energie electrică în mod disproporționat de mare. Prin urmare, atunci când se creează locomotive electrice, ei caută să obțină caracteristica prezentată în Fig. 11b de linia punctată. O locomotivă electrică echipată cu motoare cu această caracteristică poate dezvolta o forță de tracțiune semnificativă pe urcări abrupte la o viteză relativ ridicată. Desigur, puterea consumată de motoarele de tracțiune într-o mare crește forța de tracțiune forță (v 1 F 1 puțin mai mare v 1 F 1), dar aceasta nu duce la suprasolicitarea bruscă a sistemului de alimentare.
Motoarele asincrone trifazate sunt cele mai comune. Avantajele lor sunt greu de supraestimat: simplitatea dispozitivului și întreținerea, fiabilitatea ridicată, costul redus, pornirea simplă. Cu toate acestea, după cum se știe, frecvența
Rotația motorului asincron este aproape constantă și depinde puțin de sarcină, este determinată de frecvența curentului aplicat și de numărul de perechi de poluri ale motorului. Prin urmare, este posibil să se controleze viteza de rotație a acestor motoare și, în consecință, viteza trenurilor, numai prin schimbarea frecvenței curentului de alimentare și a numărului de perechi de poli, dificil de implementat. În plus, după cum sa menționat deja mai sus, pentru a furniza astfel de motoare, este necesară organizarea unei rețele complexe de contacte. De aceea, până în prezent, motoarele asincrone au fost greu folosite pe locomotivele electrice.
În ce măsură mașinile electrice de curent continuu îndeplinesc cerințele pentru motoarele de tracțiune? Să reamintim că aceste mașini - generatoare și motoare - diferă printr-o cale de excitație.
Bobina de excitație poate fi conectată paralel cu înfășurarea armăturii (Figura 12, a) și în serie cu aceasta (Figura 12b). Astfel de motoare sunt numite motoare de excitație paralelă și secvențială. Utilizați și motoarele care au două înfășurări de excitație - paralele și secvențiale. Acestea se numesc motoare mixt-excitație (fig.12, c). Dacă înfășurările de excitație sunt pornite, adică fluxurile magnetice pe care le creează sunt pliate, atunci acele motoare se numesc motoare de excitație consonante; dacă fluxurile sunt scăzute, atunci avem motoare contra-excitație. Se aplică de asemenea excitația independentă: bobina de excitație este alimentată de la o sursă de energie autonomă (independentă) (figura 12, d).
Pentru a evalua posibilitatea de control al vitezei motorului DC amintesc că în timpul rotirii într-un câmp magnetic al conductoarelor armătură bobinajul motorului are loc în acesta (indus) electromotoare (e. D. E.). Direcția sa este determinată folosind regula bine cunoscută a mâinii drepte. În acest caz, curentul care trece de-a lungul conductorilor armăturii de la sursa de energie este direcționat opus emf-ului indus. etc cu. Tensiunea Ux, furnizată la motor, este echilibrată de e. adică indusă în bobina armăturii și căderea de tensiune în bobina motoarelor:
unde I - curentul motorului; ha este rezistența echivalentă a înfășurărilor motorului.
Valoarea e. etc cu. E este proporțională cu fluxul magnetic și frecvența de rotație cu care conductorii traversează linii magnetice de forță, adică,
unde c 1 - coeficient ținând seama de caracteristicile de proiectare ale motorului (numărul de perechi de poli, numărul de conductoare active ale armăturii de bobinaj și numărul de ramuri paralele ale înfășurării armăturii) și a valorilor dimensiuni utilizate în formulă; Ф este fluxul magnetic; n este viteza de rotație a motorului. atunci
U d = c 1 * F n + 1 g, (3)
n = (U d-l gd). (cu 1 Ф). (4)
Această formulă ne permite să determinăm relația dintre frecvența de rotație și fluxul magnetic la o valoare constantă a tensiunii aplicate, rezistența echivalentă a înfășurărilor motorului fiind mică și este de obicei mai mică decât o zecime de ohmi. În consecință, viteza motorului DC poate fi reglată prin schimbarea tensiunii aplicate (proporționalitate directă) sau a curenților de câmp magnetic (proporționalitate inversă). Ambele metode de control al vitezei sunt utilizate pe locomotivele electrice.
Fig. 12. Diagrame care explică metodele de excitare a motoarelor de curent continuu
Fig. 13. Caracteristicile electromecanice ale motoarelor cu excitații paralele (a) și consecutive (b)
Cum depinde cuplul de curentul de armare? Dacă conectați firele înfășurării armăturii motorului la rețeaua electrică, atunci curentul care trece prin ele, interacționând cu câmpul magnetic al polilor, va crea forțele care acționează asupra fiecărui conductor cu curentul. Ca urmare a acțiunii combinate a acestor forțe, un cuplu M este generat proporțional cu curentul de armatură și cu fluxul magnetic al poliilor Ф,
unde Sm este un coeficient care ține cont de dimensionalitatea cantităților incluse în formulă, de numărul conductorilor de înfășurare a armăturii și de alți parametri ai motorului.
Din această formulă se observă că cuplul este independent de tensiunea aplicată.
Pentru a construi o caracteristică de tracțiune a motorului de curent continuu, este necesar să se stabilească n viteză de variație și cuplul M ca funcție a curentului la motoare diferite metode de excitație. Odată cu creșterea sarcinii motorului, de exemplu, în cazul depășirii de ridicare la o tensiune constantă Ud va crește, iar curentul armatură, astfel încât să depășească o sarcină suplimentară, motorul trebuie să dezvolte forța de tracțiune mare, și, prin urmare, puterea (așa cum este bine cunoscut, P = Ud * I ).
Pentru motoarele cu excitație paralelă, putem presupune că curentul de excitație nu se schimbă odată cu schimbarea sarcinii. În consecință, nici fluxul magnetic nu se schimbă. Deoarece rezistența R I a armăturii de înfășurare este scăzută, atunci, în conformitate cu ecuația (3) nu va crește în mod semnificativ produsul R i la constant Ud și F. Aceasta înseamnă că viteza motorului cu șuntul când sarcina crește scade oarecum (Fig. 13, și ), iar cuplul crește proporțional cu creșterea curentă, reprezentată grafic de o linie dreaptă care trece prin origine.
Aproximativ aceleași caracteristici vor avea motoare cu excitație independentă, dacă curentul de excitație nu se va schimba.
Luați în considerare aceleași caracteristici pentru un motor cu excitație în serie (a se vedea figura 12b). Într-un astfel de motor, fluxul magnetic depinde de sarcină, deoarece curentul de armătură trece prin bobina de excitație. Frecvența de rotație a armăturii, așa cum se poate observa din formula (4), este invers proporțională cu debitul și scade brusc pe măsură ce crește curentul de armatură I și, prin urmare, fluxul magnetic, (fig.13b). Cuplul de rotație al motorului, dimpotrivă, crește brusc, deoarece curentul armăturii și fluxul magnetic de excitație în funcție de acesta cresc în același timp.
De fapt, fluxul magnetic scade ușor datorită acțiunii de demagnetizare a reacției armăturii.
Pentru sarcini mici magnetice mãreºte flux proporțional cu curentul și cuplul, rezultă din formula (5), - pătratul curentului pentru armături. Dacă sarcina crește semnificativ, curentul motorului va crește într-o asemenea măsură încât saturația sistemului său magnetic va avea loc. Acest lucru va determina scăderea vitezei de rotație într-o măsură mai mică. Dar, atunci curentul va începe să crească mai intens și, prin urmare, puterea consumată din rețea. În același timp, viteza trenului este oarecum stabilizată. Dependența vitezei de ancorare n. cuplul M și eficiența T) a curentului motorului / numite caracteristici electromecanice ale arborelui motorului de tracțiune la o tensiune constantă Ud, furnizată motorului de tracțiune, și o temperatură constantă de 115 ° C înfășurare (GOST 2582-81).
Prin caracteristicile electromecanice ale motorului este posibilă construirea caracteristicilor sale de tracțiune. Pentru a face acest lucru, luați o serie de valori curente și determinați caracteristicile frecvenței și cuplului lor corespunzătoare de rotație. În funcție de turația motorului, este ușor de calculat viteza trenului, deoarece raportul de transmisie i al cutiei de viteze și diametrul D al cercului roții sunt cunoscute:
Ca viteza de tracțiune teoria dimensiunilor utilizată a armăturii motor de tracțiune, exprimată în rotații / min și se măsoară viteza trenului în km / h, cu formula (6), cu raportul de potrivire aceste dimensiuni ia forma
v = 0,188D n / i.
Cunoscând cuplul pe arborele motorului, precum și pierderi în transmisia cuplului de la arborele motorului perechii roată de tracțiune, care caracterizează o. N. D. Transmiterea, pot primi și forța de tracțiune forță dezvoltă una, și apoi toate perechile de roți de locomotivă.
Caracteristica de tracțiune FK (u) este construită din datele obținute (vezi figura 11).
Pe căile ferate electrice, motoarele de tracțiune în majoritatea covârșitoare a cazurilor utilizează motoare de curent continuu cu excitație în serie, care au o caracteristică de tracțiune moale. Astfel de motoare, după cum sa menționat mai sus, la sarcini mari datorită vitezei reduse consumă mai puțină energie din sistemul de alimentare cu energie electrică.
Motoarele de tracțiune ale excitației de serie au și alte avantaje în comparație cu motoarele de excitație paralele. În special, atunci când se construiesc motoare de tracțiune, se stabilesc toleranțe pentru acuratețea producției, pentru compoziția chimică a materialelor motorului etc. Este practic imposibil să se creeze motoare cu caracteristici absolut identice. Datorită diferenței de caracteristici, motoarele de tracțiune montate pe aceeași locomotivă, la locul de muncă, percep încărcături inegale. În mod mai uniform, sarcinile sunt distribuite între motoarele de serie, deoarece au o caracteristică de tracțiune moale.
Cu toate acestea, motoarele de excitație secvențială au un dezavantaj semnificativ - locomotive electrice cu astfel de motoare sunt predispuse la box, uneori trecând într-un spațiu separat. Acest dezavantaj a fost în special pronunțat după ce masa trenului a început să se limiteze la coeficientul de aderență estimat. Caracteristica rigidă contribuie foarte mult la încetarea boxului, deoarece în acest caz forța de tracțiune scade brusc chiar și cu o alunecare ușoară și există mai multe șanse de restabilire a ambreiajului. Pentru dezavantajele motoarelor de tracțiune ale excitației secvențiale este faptul că acestea nu pot trece automat la modul de frânare electrică: pentru aceasta este necesar să se schimbe mai întâi metoda de excitare a motorului de tracțiune.
Scule de spalat
Trimiteți-le prietenilor: