Как устроен и работает электровоз, тяговый подвижной состав
e-mail:
office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru
icq:
613603564
skype:
matrixplus2012
телефон
+79173107414 +79173107418
г. С аратов
Независимое возбуждение тяговых двигателей
В главе 3 было отмечено, что мягкой характеристикой обладают коллекторные двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Поэтому их в подавляющем большинстве случаев используют на электровозах постоянного и переменного тока. Однако локомотивы с такими двигателями, в особенности электровозы постоянного тока, как уже было отмечено, склонны к бок-сованию. Боксование возникает чаще всего, когда все шесть или восемь тяговых двигателей соединены последовательно. Объясняется это следующим.
В процессе движения электровоза с составом не исключена возможность того, что по каким-либо причинам уменьшится нагрузка на колесную пару или колеса будут катиться по загрязненной поверхности рельсов. В обоих случаях сила сцепления колес с рельсами уменьшится. Вследствие мягкой характеристики тягового двигателя даже небольшое проскальзывание колесной пары вызовет незначительное снижение силы тяги и интенсивное увеличение частоты ее вращения (см. рис. 11, б). Это в свою очередь значительно снижает коэффициент трения колеса о рельс и тяговые двигатели вместе с колесной парой переходят в режим разносного боксования. В таком режиме частота вращения двигателя может превысить максимальную, гарантированную заводом, что может привести к возникновению кругового огня на коллекторе, нарушению геометрической формы коллектора, разрыву бандажей якоря и износу колес и рельсов.
Одновременно ухудшаются условия работы остальных тяговых двигателей, электрически связанных с двигателем боксующей колесной пары. Как уже отмечалось, при последовательном соединении двигателей, например, восьми-осного электровоза с выключенным пусковым реостатом на каждый двигатель приходится ‘/8 напряжения контактной сети, или 375 В. Возникшее боксование нарушит равномерное распределение напряжения. Допустим, что частота вращения якоря возросла в 2 раза; соответственно примерно в 2 раза возрастет э. д. с. боксующего двигателя и напряжение, приходящееся на него, станет равным примерно 750 В, а на остальных семи понизится до 320 В. Кроме того, снизится ток в цепи всех тяговых двигателей. В результате снижения напряжения у семи двигателей и тока в цепи всех двигателей уменьшится скорость движения поезда и сила тяги электровоза, т. е. нарушится нормальный процесс движения.
При восстановлении прежних условий сцепления (увеличится нагрузка на колесную пару, электровоз минует загрязненный участок рельсов) может не прекратиться начавшееся боксование, так как мал коэффициент трения при развившейся большой скорости у оси с боксующим двигателем. Чтобы прекратить боксование, машинист должен применить песок или уменьшить силу тяги электровоза, например, сняв ослабление возбуждения двигателя либо включив секции пускового реостата. Эти действия связаны с потерями силы тяги, скорости, дополнительным расходом электроэнергии и задержкой поезда. Происходящее при последовательном соединении тяговых двигателей перераспределение напряжений приводит к работе боксующего двигателя на более высокой характеристике. (Вспомним, что частота вращения двигателя прямо пропорциональна подводимому напряжению (см. с. 29) Это приводит к снижению вероятности восстановления сцепления без участия машиниста.
Значительно увеличивается вероятность автоматического восстановления сцепления после его срыва, если тяговый двигатель имеет жесткую характеристику (см. рис. 11, а). В этом случае даже небольшое увеличение частоты вращения якоря двигателя у колесной пары, начавшей боксовать, вызывает резкое снижение силы тяги, и скорость проскальзывания колес возрастает незначительно. Как только восстановятся нарушенные по каким-либо причинам условия сцепления, боксование колесной пары прекратится без вмешательства машиниста. Жестким характеристикам свойственно еще одно немаловажное преимущество. Уже отмечалось, что электровоз имеет семейство тяговых характеристик (так, для электровоза ВЛ10 их число равно 15, см. рис. 42). При независимом возбуждении можно получить большее число их в пределах, допустимых по сцеплению, току и скорости движения, плавно изменяя ток возбуждения с помощью полупроводниковых преобразователей. Примерно то же можно обеспечить при смешанном возбуждении двигателей (последовательное и независимое), изменяя соотношение токов, независимого и последовательного возбуждения.
На электровозах постоянного тока возникают затруднения с применением независимого возбуждения. Это связано со сложностью структуры полупроводниковых преобразователей, так как для независимого питания обмоток возбуждения тяговых двигателей необходимо сначала преобразовать постоянный ток в переменный, затем понизить напряжение, выпрямить его и регулировать напряжение с помощью тиристоров.
Кроме того, при резком изменении напряжения в контактной сети (это возможно в эксплуатации) могут возникнуть большие броски тока в обмотках возбуждения и якоря, а значит, и резкие изменения силы тяги со всеми вытекающими отсюда последствиями. Для ограничения бросков тока необходимо устанавливать специальные устройства.
Более благоприятны условия для использования преимуществ независимого возбуждения на электровозах переменного тока. Независимое возбуждение тяговых двигателей в режимах электрического торможения как реостатного, так и рекуперативного применено на электровозах ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ80Р (см. рис. 67). В режиме тяги резкие колебания напряжения в контактной сети переменного тока в достаточной степени сглаживаются индуктивностью обмоток тяговых трансформаторов, реакторов и дросселей, поэтому дополнительных сглаживающих устройств не требуется.
Тяговые двигатели переменного тока всегда соединены параллельно, и поэтому исключаются неприятности, вызываемые боксованием одной или тем более нескольких колесных пар, обусловленные их последовательным соединением. Однако и при параллельно соединенных тяговых двигателях может возникнуть боксование какой-либо колесной пары. В этом случае ток соответствующего двигателя уменьшается, так как возрастает э. д. с. в обмотке якоря. В связи с этим повышается напряжение на выпрямительной установке и на всех остальных тяговых двигателях, ток их несколько возрастает, а следовательно, возрастает и сила тяги. В результате компенсируется потеря силы тяги колесной пары, у которой нарушено сцепление.
В случае независимого возбуждения уменьшается скольжение боксующей пары (по сравнению со скольжением при последовательном возбуждении), т. е. меньше потеря силы тяги, более интенсивно увеличивается напряжение, а следовательно, ток и сила тяги небоксующих колесных пар. Благодаря этому общая сила тяги электровоза снижается значительно меньше, чем при последовательном возбуждении двигателей.
форсунок в ультразвуковых ваннах и на стендах
Дезинфицирующие средства
широкого применения для дезинфекции на объектах железнодорожного транспорта, пищевой промышленности, ЛПУ, ветеринарного надзора
Моющие средства
для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.
Электродвигатели постоянного тока применяют в тех электроприводах, где требуется большой диапазон регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.
Как устроены электродвигатели постоянного тока
Работа электрического двигателя постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Из основ электротехники известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по правилу левой руки :
где I — ток, протекающий по проводнику, В — индукция магнитного поля; L — длина проводника.
При пересечении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится электродвижущая сила, которая по отношению к току в проводнике направлена против него, поэтому он а называется обратной или противодействующей (противо-э. д. с). Электрическая мощность в двигателе преобразуется в механическую и частично тратится на нагревание проводника.
Коммутация в электродвигателях постоянного тока
В момент коммутации в короткозамкнутой секции обмотки под влиянием собственного магнитного поля наводится э. д. с. самоиндукции. Результирующая э. д. с. вызывает в короткозамкнутой секции дополнительный ток, который создает неравномерное распределение плотности тока на контактной поверхности щеток. Это обстоятельство считается основной причиной искрения коллектора под щеткой. Качество коммутации оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и определяется по шкале степеней искрения.
Способы возбуждения электродвигателей постоянного тока
По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делят на четыре группы :
1. С независимым возбуждением, у которых обмотка возбуждения НОВ питается от постороннего источника постоянного тока.
2. С параллельным возбуждением (шунтовые), у которых обмотка возбуждения ШОВ включается параллельно источнику питания обмотки якоря.
3. С последовательным возбуждением (сериесные), у которых обмотка возбуждения СОВ включена последовательно с якорной обмоткой.
4. Двигатели со смешаным возбуждением (компаундные), у которых имеется последовательная СОВ и параллельная ШОВ обмотки возбуждения.
Типы двигателей постоянного тока
Двигатели постоянного тока прежде всего различаются по характеру возбуждения. Двигатели могут быть независимого, последовательного и смешанного возбуждения. Параллельное возбуждение можно не рассматривать. Даже если обмотка возбуждения подключается к той же сети, от которой питается цепь якоря, то и в этом случае ток возбуждения не зависит от тока якоря, так как питающую сеть можно рассматривать как сеть бесконечной мощности, а ее напряжение постоянным.
Обмотку возбуждения всегда подключают непосредственно к сети, и поэтому введение добавочного сопротивления в цепь якоря не оказывает влияния на режим возбуждения. Той специфики, которая существует при параллельном возбуждении в генераторах, здесь быть не может.
В двигателях постоянного тока малой мощности часто используют магнитоэлектрическое возбуждение от постоянных магнитов. При этом существенно упрощается схема включения двигателя, уменьшается расход меди. Следует однако иметь в виду, что, хотя обмотка возбуждения исключается, габариты и масса магнитной системы не ниже, чем при электромагнитном возбуждении машины.
Свойства двигателей в значительной мере определяются их системой возбуждения.
Следует, однако, иметь в виду, что скорость вращения рабочих органов производственных машин существенно ниже. Поэтому между двигателем и рабочей машиной приходится устанавливать редуктор. Чем больше скорость двигателя, тем более сложным и дорогим получается редуктор. В установках большой мощности, где редуктор представляет собой дорогостоящий узел, двигатели проектируются на существенно меньшие скорости.
Следует еще иметь в виду, что механический редуктор всегда вносит значительную погрешность. Поэтому в прецизионных установках желательно использовать тихоходные двигатели, которые можно было бы сочленить с рабочими органами либо напрямую, либо посредством простейшей передачи. В связи с этим появились так называемые высокомоментные двигатели на низкие скорости вращения. Эти двигатели нашли широкое применение в металлорежущих станках, где сочленяются с органами перемещения без каких-либо промежуточных звеньев посредством шарико-винтовых передач.
Электрические двигатели отличаются также по конструктивным при знакам, связанным с условиями их работы. Для нормальных условий используются так называемые открытые и защищенные двигатели, охлаждаемые воздухом помещения, в котором они устанавливаются.
Воздух продувается через каналы машины посредством вентилятора, размещенного на валу двигателя. В агрессивных средах используются закрытые двигатели, охлаждение которых осуществляется за счет внешней ребристой поверхности или наружного обдува. Наконец, выпускаются специальные двигатели для взрывоопасной среды.
Для уменьшения индуктивности обмотки ее укладывают не в пазы, а на поверхность гладкого якоря. Крепится обмотка клеющими составами типа эпоксидной смолы. При малой индуктивности обмотки существенно улучшаются условия коммутации на коллекторе, отпадает необходимость в дополнительных полюсах, может быть использован коллектор меньших размеров. Последнее дополнительно уменьшает момент инерции якоря двигателя.
Еще большие возможности для снижения механической инерции дает использование полого якоря, представляющего собой цилиндр из изоляционного материала. На поверхности этого цилиндра располагается обмотка, изготовляемая печатным способом, штамповкой или из про волоки по шаблону на специальном станке. Крепление обмотки осуществляется клеющими материалами.
Внутри вращающегося цилиндра располагается стальной сердечник, необходимый для создания путей прохождения магнитного потока. В двигателях с гладким и полым якорями вследствие увеличения зазоров в магнитной цепи, обусловленного внесением в них обмотки и изоляционных материалов, требуемая намагничивающая сила для проведения необходимого магнитного потока существенно возрастает. Соответственно магнитная система получается более развитой.
К числу малоинерционных двигателей относятся также двигатели с дисковыми якорями. Диски, на которые наносятся или наклеиваются обмотки, изготовляются из тонкого изоляционного материала, не подверженного короблению, например из стекла. Магнитная система при двухполюсном исполнении представляет собой две скобы, на одной из которых размещены обмотки возбуждения. В связи с малой индуктивностью обмотки якоря машина, как правило, не имеет коллектора и съем тока осуществляется щетками непосредственно с обмотки.
Следует еще упомянуть о линейном двигателе, обеспечивающем не вращательное движение, а поступательное. Он представляет собой двигатель, магнитная система которого как бы развернута и полюсы устанавливаются на линии движения якоря и соответствующего рабочего органа машины. Якорь обычно выполняется как малоинерционный. Габариты и стоимость двигателя велики, так как необходимо значительное число полюсов для обеспечения перемещения на заданном отрезке пути.
Пуск двигателей постоянного тока
В начальный момент пуска двигателя якорь неподвижен и противо-э. д. с. и напряжение в якоре равна нулю, поэтому Iп = U / Rя.
Двигатели мощностью до 1 кВт допускают прямой пуск.
Величина сопротивления пускового реостата выбирается по допустимому пусковому току двигателя. Реостат выполняют ступенчатым для улучшения плавности пуска электродвигателя.
В начале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости якоря возникает противо-э. д. с, которая ограничивает пусковые токи. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к якорю напряжение.
Регулирование частоты вращения электродвигателя постоянного тока
Частота вращения двигателя постоянного тока:
где U — напряжение питающей сети; Iя — ток якоря; R я — сопротивление цепн якоря; kc — коэффициент, характеризующий магнитную систему; Ф — магнитный поток электродвигателя.
Из формулы видно, что частоту вращения электродвигателя постоянного тока можно регулировать тремя путями: изменением потока возбуждения электродвигателя, изменением подводимого к электродвигателю напряжения и изменением сопротивления в цепи якоря.
Механические характеристики электродвигателя постоянного тока при различных способах регулирования частоты вращения
Торможение электродвигателей постоянного тока
В электроприводах с электродвигателями постоянного тока применяют три способа торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.
Рекуперативное торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется в том случае, когда включенный в сеть электродвигатель вращается исполнительным механизмом со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода. Тогда э. д. с, наведенная в обмотке двигателя, превысит значение напряжения сети, ток в обмотке двигателя изменяет направление на противоположное. Электродвигатель переходит на работу в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. Одновременно на его валу возникает тормозной момент. Такой режим может быть получен в приводах подъемных механизмов при опускании груза, а также при регулировании скорости двигателя и во время тормозных процессов в электроприводах постоянного тока.
Торможение противовключением электродвигателя постоянного тока осуществляется путем изменения полярности напряжения и тока в обмотке якоря. При взаимодействии тока якоря с магнитным полем обмотки возбуждения создается тормозной момент, который уменьшается по мере уменьшения частоты вращения электродвигателя. При уменьшении частоты вращения электродвигателя до нуля электродвигатель должен быть отключен от сети, иначе он начнет разворачиваться в обратную сторону.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
В этой статье я расскажу о том, что такое возбуждение в двигателях постоянного тока и «с чем его едят».
Наверное, каждый из нас в детстве имел игрушки с электроприводом. Те же, кто в те годы отличался любопытностью, не упустили возможность разобрать эти игрушки, дабы посмотреть, а что там внутри.
Заглянув внутрь такой игрушки, нами был найден маленький электромоторчик постоянного тока. Естественно, тогда мы и не задумывались над тем, почему он работает. Некоторые из нас, найдя в игрушке моторчик, решались разобрать и его. Вот эти-то любопытные товарищи, разобрав моторчик, находили там постоянный магнит (иногда не один), щетки и якорь с коллектором.
Что такое возбуждение в двигателях постоянного тока
Так вот, как раз постоянный магнит и является простейшей системой возбуждения для моторов постоянного тока. Ведь якорь моторчика вращается только тогда, когда вокруг него присутствует постоянное магнитное поле, которое и создается при помощи постоянного магнита.
Двигатели постоянного тока промышленных масштабов в качестве возбудителей используют специальные обмотки, именуемые обмотками возбуждения.
Подключение же этих обмоток может быть самым различным. Они могут включаться параллельно якорю, последовательно с ним, смешано и, даже, независимо от них.
Возбуждающая обмотка состоит из значительно большего числа витков, нежели якорная. В связи с этим ток якорной обмотки в десятки раз превосходит ток возбуждающей. Скорость вращения такого движка может меняться в зависимости от нагрузки и магнитного потока. Благодаря свойствам подключения, движки параллельного включения довольно мало подвержены перемене частоты вращения.
Теперь рассмотрим вариант раздельного подключения рабочей и возбуждающей обмоток. Такой движок именуется мотором с независимым возбуждением.
Скорость такого движка может регулироваться при помощи смены сопротивления якорной цепи, или магнитного потока.
Тут есть небольшой нюансик: не стоит слишком уменьшать ток возбуждения при таком включении двигателя, поскольку это чревато очень большим подъемом якорного тока. Тем же самым опасен и обрыв цепи возбуждения этих двигателей. Кроме того, если нагрузка мотора с таким включением мала, либо при его включении на холостой ход может произойти такой сильный его разгон, что возникнет опасность для движка.
Как я уже говорил, разновидностью ДПТ независимого возбуждения считаются устройства, имеющие в качестве возбудителя постоянные магниты. Скажу несколько слов и о них.
Поскольку ДПТ и машины синхронного типа могут использовать вместо возбудителей постоянные магниты, то подобный вариант считается достаточно привлекательным. И вот почему:
Теперь о последовательном включении обмоток (двигатели с последовательным возбуждением).
В этом варианте подключения якорный ток будет являться и возбуждающим. Это становится причиной изменения магнитного потока в сильной зависимости от нагрузки. Это является причиной большой нежелательности пуска их на холостом ходу и при маленькой нагрузке.
Применение же такое включение нашло там, где требуется значительный момент пуска, либо возможность выдерживания кратковременных перегрузок. В связи с этим их применяют, как средства тяги для трамваев, троллейбусов, электровозов, метро и подъемных кранов. Кроме того, их применяют, как средство запуска для ДВС (в качестве стартеров).
Последним вариантом включения движков постоянного тока считается их смешанное включение.
Каждый из полюсов этих моторов оснащен парой обмоток, одна из которых параллельная, а другая – последовательная. Подключать их возможно двумя способами:
Соответственно, в зависимости от варианта подключения (от чего меняется и соотношение магнитных потоков) такой мотор может оказаться приближен либо к устройству, имеющему последовательное возбуждение, либо к движку с параллельным возбудом.
В большинстве случаев основной обмоткой у них считают последовательную обмотку, а параллельную – вспомогательной. За счет параллельной обмотки у таких моторов скорость при небольших нагрузках, практически не растет.
Если требуется получение значительного момента при пуске и возможность регулирования скорости на переменных нагрузках, используется подключение согласного типа. Встречное же подключение используется при необходимости получения постоянной скорости при изменяющейся нагрузке.
Если возникает необходимость реверсирования ДПТ (смены направления его вращения), то меняют направление тока в одной из его рабочих обмоток.
Методом смены полярности подключения клемм двигателя возможно поменять направление только тех моторов, которые включены по независимой схеме, либо движков с постоянным магнитом в качестве возбудителя. Во всех иных устройствах необходима смена направления тока в одной из рабочих обмоток.
Кроме того, движки постоянного тока нельзя включать методом подключения полного напряжения. Это связано с тем, что величина их пускового тока, примерно в 2 десятка раз выше номинального (это зависит от размеров и скорости двигателя). Токи пуска движков больших размеров могут и в полсотни раз превосходить их номинальный рабочий ток.
Токи больших величин способны вызвать эффект кругового искрения коллектора, в результате чего коллектор разрушается.
Чтобы выполнить включение ДПТ, используется методика плавного включения, либо применение пусковых реостатов. Включение прямого типа возможно лишь на небольших напряжениях и для маленьких движков, имеющих большое сопротивление якорной обмотки.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил.
Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.
Всего доброго.
Короткая заметка:Без встраиваемых светодиодных потолочных светильников, вы не добьетесь оригинального светового дизайна на кухне. Перейдя по ссылке, вы сможете узнать, как просто, можно организовать интерьер света.
Рекуперативное торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется в том случае, когда включенный в сеть электродвигатель вращается исполнительным механизмом со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода. Тогда э. д. с, наведенная в обмотке двигателя, превысит значение напряжения сети, ток в обмотке двигателя изменяет направление на противоположное. Электродвигатель переходит на работу в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. Одновременно на его валу возникает тормозной момент. Такой режим может быть получен в приводах подъемных механизмов при опускании груза, а также при регулировании скорости двигателя и во время тормозных процессов в электроприводах постоянного тока.
