Определение электромеханических характеристик тягового электродвигателя постоянного тока, страница 3

            P.S. При изменении подведенного напряжения по закону  и поддержание мощности на зажимах ТГ (), при , ,  скоростные характеристики носят аналогичный характер.

            Из формулы (2.12) и характеристик (рис. 2.3.) видно, что двигатель последовательного возбуждения нельзя пускать в режимах близких к холостому ходу (без нагрузки на валу), так как при этом частота вращения якоря резко возрастает и возможны механические разрушения ТЭД (разрыв бандажей, порча обмотки якоря и т.д.).

            Такие режимы могут возникнуть при работе ТЭД на испытательном стенде учебной лаборатории, локомотивном депо и т.д.

            Характеристика  . Такая электромеханическая характеристика называется также моментной характеристикой.

            Анализ моментной характеристики проведен на основе формулы электромагнитного вращающего момента

                                                                                                  (2.13)

            где  - постоянная двигателя (обозначения приведены выше см. формулу (2.2)).

            Также как и ранее принимаем допущение, что магнитная система ТЭД не насыщается   , тогда

                                                                        (2.14)

            где - коэффициент.

            Согласно (2.14), момент двигателя с последовательным возбуждением зависит от квадрата тока якоря (это обстоятельство важно при трогании тепловоза с места, когда ТЭД должен развивать большой вращающий момент).

            Анализ моментной характеристики показал, что при небольших токах нагрузки, когда электромагнитная система ненасыщенна, характеристика имеет вид параболы. С увеличением тока нагрузки   магнитная цепь двигателя насыщается и пропорциональность между потоком  и током  нарушается.

            Характеристика при этом отклоняется от параболы, возрастает все медленнее в области больших нагрузок (при насыщении) переходит в прямую линию.

            Влияние напряжения . При увеличении подведенного напряжения и при том же токе нагрузки возрастает частота вращения якоря ТЭД (см. формулу 2.12). При этом согласно механической характеристики ТЭД с последовательным возбуждением (рис. 2.4), момент

Рис.2.4. Механическая характеристика ТЭД с последовательной обмоткой возбуждения.

двигателя уменьшается по гиперболическому закону. Таким образом, чем больше подведенное напряжение , тем моментная характеристика  располагается ниже (рис. 2.5).

рис. 2.5 Электромеханическая (моментная) характеристика ТЭД 

            Влияние коэффициента ослабления тока возбуждения . Из (2.14) видно, чем меньше ток возбуждения, тем момент при том же токе якоря становится меньше. С уменьшением коэффициента ослабления тока возбуждения моментная характеристика располагается ниже (рис. 2.5)

            P.S. При тепловозном режиме работы  () моментные характеристики изменяются аналогично.

            Характеристика . Коэффициент полезного действия представляет собой отношение полезной мощности  (для двигателя – это мощность, развиваемая на валу) к подведенной

                                                         (2.15)

            где - суммарная мощность потерь.

            Потери мощности снижают КПД, вызывают нагрев и ухудшают эксплуатационные свойства. Они бывают следующих видов: магнитные (в стали) , механические , электрические  и добавочные .

            .                                              (2.16)

            Потери , +- называются основными. С изменением нагрузки двигателя изменяются все виды его потерь. Магнитные потери (потери в стали), складываются из потерь на вихревые токи и перемагничивание (гистерезис), возникающие в сердечнике якоря. Они зависят от частоты перемагничивания (частоты вращения якоря), магнитной индукции, толщины листов стали, её магнитных свойств и качества изоляции листов.

            Механические потери складываются из потерь на трение в подшипниках, на трение щеток об коллектор, трение вращающихся частей о воздух. Механические потери возрастают с увеличением скорости вращения.

            Следует отметить, что сумма магнитных и механических потерь мало изменяется в зависимости от нагрузки. Это объясняется тем, что с увеличением тока индукции растут, тогда как частота вращения  уменьшается. Механические и магнитные потери называют постоянными.

            Электрические потери – это потери в обмотках составляющих цепь якоря  и потери в щеточном контакте

                                                                             (2.17)

            где падение напряжения в переходном контакте между щетками и коллектором.

            В процессе работы ТЭД нагревается, что влияет на сопротивление его обмоток, поэтому сопротивление  приводится к рабочей температуре , согласно ГОСТ 2582.

           

            где град.^-1 – температурный коэффициент сопротивления меди;

             - температура окружающей среды, °С.

    Величина энергетических потерь возрастает с увеличением тока нагрузки. Электрические потери это переменные потери.

            Добавочные потери складываются из трудно учитываемых потерь: магнитных потерь в полосных наконечниках; потерь в сердечнике якоря, вызванных искажением основного магнитного потока действием реакции якоря; потерь от вихревых токов в меди обмотки якоря и т. п.

            Принято считать, что добавочные потери очень малы. Они составляют в номинальном режиме около 0,5% мощности двигателя и изменяются пропорционально квадрату тока нагрузки /4/.

            Аналитические зависимости  получать сложно. В каждом случае К.П.Д. двигателя определяется в результате расчетов, проведенных для конкретного ТЭД. Такая методика расчета приведена в /6/.