Электромеханические характеристики тягового электродвигателя, отнесенные к ободу колеса

4 Электромеханические характеристики тягового электродвигателя, отнесенные к ободу колеса

Для оценки силы тяги локомотива и скорости движения поезда электромеханические характеристики на валу тягового электродвигателя пересчитываются на  обод  колеса.

Зависимость линейной скорости на ободе колеса от тока, потребляемого тяговым электродвигателем, υ(I_д) принято называть скоростной характеристикой, а   зависимость  силы тяги одного тягового электродвигателя от тока, потребляемого тяговым электродвигателем, F_кд (I_д) – электротяговой характеристикой.

Уравнение скоростной характеристики может быть получено следующим образом.

1) Линейная скорость на ободе движущегося   колеса, м/с,

                                                             (4.1)

где  D – диаметр движущегося колеса, м;

 – число оборотов колеса, об/мин;

         n – число оборотов якоря тягового электродвигателя, об/мин;

        μ – передаточное отношение  зубчатой  передачи,  равное отношению числа зубьев зубчатого колеса  колесной  пары  к числу зубьев зубчатого колеса, соединенного с валом  тягового электродвигателя.

 Соответственно линейная скорость,  выраженная  в км/ч,

                                                                             (4.2)

Уравнение скоростной характеристики  получим, если в выражение (4.2)   подставим   значение n из уравнения  (3.5), т.е.

                                                 (4.3)

где

При   вычислении   скорости υ и   построении   скоростной характеристики следует знать основную характеристику (кривую намагничивания)   ферромагнитного  материала,  из кото­рого выполнены главные полюса тягового электродвигателя – В(Н) или Ф(I).

Кривая намагничивания ферромагнитного материала В (Н) имеет две области (рисунок 4.1): первая область, в которой магнитная индукция В или магнитный поток Ф пропорциональны    напряженности    магнитного   поля Н    или  току  I (Ф = кI); вторая область, в которой  эта пропорциональность отсутствует,  а    при   больших   значениях    тока   имеет   место область   насыщения,   когда   магнитная   индукция В  или  маг­нитный   поток   принимают  некоторую  постоянную  величину. Эта   закономерность   изменения   Ф от  I  определяет  и   ход скоростной   характеристики   (рисунок 4.2). Для  тягового  электродвигателя с последовательным    возбуждением   скорость  υ уменьшается   с   ростом   тока – сначала   резко,   а  затем – медленно.

Рисунок 4.1 – Кривая намагничивания ферромагнитного   материала

Рисунок 4.2 – Скоростная характеристика

Вращающий момент М_к, действующий на колесную пару, может  быть  заменен  парой  сил  F_кд с  плечом  D/2,  приложенных к оси колесной пары и к точке касания обода колеса с рельсом  (рисунок 4.3).

Касательная сила тяги  (сила тяги движущейся колесной пары), Н,

                                            (4.4)                      

где М_к – вращающий  момент,    действующий   на    колесную пару, Нּм;

        D – диаметр колеса, м.

Вращающий момент, действующий   на   колесную   пару,

                                                              (4.5)

где М_дв=М_эм – электромагнитный вращающий  момент,   действующий   на   якорь  тягового  электродвигателя;

                    μ – передаточное отношение зубчатой передачи;

                   η_к – КПД передачи.

Следовательно,  сила  тяги  на  ободе колеса,  Н,

                                                          (4.6)

Рисунок 4.3 – Схема образования силы тяги локомотива

Уравнение    электротяговой    характеристики     F_кд(I_д) получим следующим образом.

1) Назовем силу тяги на ободе колеса (без учета потерь) электромагнитной силой тяги, т. е.

                                            (4.7)

Подставив в выражение    (4.7)   значение  М_дв  из   (3.7), получим

                                            (4.8)

 где   

2)  Сила тяги на ободе колеса меньше электромагнитной силы вследствие  наличия  механических  и  магнитных  потерь в тяговом электродвигателе и потерь в передаче, т. е,

                                                          (4.9)

Для   тягового   электродвигателя   со   схемой   последовательного    возбуждения    зависимости    F_{кд эм}(I_д)    и   F_кд(I_д) показаны на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Зависимость изменения электромагнитной силы тяги на ободе колеса от тока тягового электродвигателя