Электромеханические характеристики на валу тягового электродвигателя постоянного тока

Рис. 4.3. Нагрузочные характеристики тягового электродвигателя

Нагрузочные характеристики можно использовать для расчета и построения электромеханических характеристик на валу тягового электродвигателя n(Iд) по формуле (4.4), а также вращающего момента М(Iд). Зависимость вращающего момента (Н*м) от тока тягового электродвигателя Iд и магнитного потока Ф выражается формулой:

М = 9,55С1Ф/Л - AM, (4.5)

где ДМ — момент, возникающий вследствие механических и магнитных потерь в электродвигателе, Н-м:

(4.6)

здесь: ΔРМЕХ и ΔРМАГН — соответственно мощность механических и магнитных потерь, Вт; п — частота вращения, об/мин.

Вращающий момент без учета магнитных и механических потерь называют электромагнитным вращающим моментом:

Мэм = 9,55С1ФIД. (4.7)

Рис. 4.4 Электромеханические характеристики тягового электродвигателя последовательного возбуждения

Формулы (4.4) .(4.6) используют для расчета и построения кривых n(Iд) и М(Iд) при проектировании тяговых электродвигателей. Используя формулу (2.4), определяют частотувращения при заданном напряжении U и известных значениях конструктивной постоянной электродвигателя и сопротивления его обмоток для каждого тока Iд и соответствующего ему тока возбуждения Iв. Затем по формуле (4.6) и известным значениям механических и магнитных потерь вычисляют ΔM для каждой скорости и тока Iд и вращающий момент М при каждом токе Iд. Обычно определяют 8 . 10 точек и наносят на графики. На рис. 4.4 приведены для примера электромеханические характеристики на валу тягового электродвигателя последовательного возбуждения.

В тяговом электродвигателе происходит преобразование подведенной к нему электрической энергии в механическую, расходуемую на движение поезда. При этом часть энергии теряется. Общая мощность потерь ΔР, складывается из отдельных составляющих:

ΔРХ = ΔРМ + ΔРЩ + ΔРмех + ΔРмагн + ΔРдоб, (4.8)

где ΔРМ — мощность потерь в меди обмоток; ΔPЩ — переходные потери в месте контакта щеток; ΔРмех — механические потери; ΔРмагн — магнитные потери при холостом ходе; ΔЯдо6 — добавочные потери при нагрузке.

Потери в меди обмоток ΔРМ вызываются тепловым действием тока при его прохождении по проводникам обмоток якоря, главных и дополнительных полюсов и компенсационной обмотке:

ΔРм=ΣI2ri

Где I – ток, проходящий по обмотке, A; ri — сопротивление i-й обмотки, Ом.

Переходные потери в щеточном контакте DРЩ возникают в местах контакта щеток. По ГОСТ 2582 — 81* эти потери определяют из расчета падения напряжения ΔUщ, равного 3 В для щеток положительной и отрицательной полярности, в том случае, когда у них нет гибких шунтов, и равного 2 В при использовании щеток с шунтами:

ΔРщ = ΔUщI.

За счет потерь в меди и местах контакта щеток, которые называют электрическими потерями, уменьшается числитель в формуле (4.4), и снижается частота вращения тягового электродвигателя. На значение вращающего момента эти потери не влияют.

Механические потери ΔРмех возникают из-за трения вала в моторно-якорных подшипниках, щеток о коллектор, якоря о воздух. У двигателей с самовентиляцией добавляются потери из-за вращения лопастей встроенного в машину вентилятора, прогоняющего охлаждающий воздух через электродвигатель. Эти потери возрастают с увеличением частоты вращения, а от нагрузки электродвигателя зависят незначительно.

Магнитные потери при холостом ходе ΔРмагн складываются из потерь на гистерезис и потерь от вихревых токов в сердечнике и зубцах якоря тягового электродвигателя. Они возрастают с увеличением магнитного потока и частоты вращения якоря, т.е. частоты перемагничивания стали.

Добавочные потери при нагрузке ΔРдоб добавляются к основным магнитным потерям. Они возникают вследствие искажения основного магнитного потока, наведения вихревых токов в полюсных наконечниках, неравномерного распределения токов по сечениям шин и щеток, возникновения токов в уравнительных соединениях. Эти потери возрастают с увеличением нагрузки электродвигателя. ГОСТ 2582 — 81* рекомендует добавочные потери определять в зависимости от тока нагрузки по табл. 4.1.

Таблица 4.1