Меню

Мощность тяговых электродвигателей электровозов

Тяговые электродвигатели и их использование на электротранспорте

Тяговый электродвигатель (рис.1) — устройство, которое способно преобразовывать поступающую электрическую энергию (переменного и постоянного тока) в механическую. Такой тип двигателей используется для приведения в движение следующих видов транспорта:

  • электровоза,
  • тепловоза,
  • троллейбуса,
  • трамвая,
  • электромобиля.

Главное отличие таких силовых агрегатов от электродвигателей больших мощностей состоит в том, что им необходимы определенные условия для монтажа, а также достаточно ограниченное место для размещения. В результате этого и возникла спецификация конструкции, которой характеризуется тяговый электродвигатель.

В отличие от электродвигателей общего назначения тяговые способны вести свою работу во множестве режимов. Данные режимы сопровождаются изменением в частоте вращения ротора.

К лассификация тяговых двигателей

Существуют следующие разновидности данных устройств:

  • по используемому току (постоянные и переменные),
  • по конструкции (линейные и вращающиеся),
  • по типу (синхронные и асинхронные),
  • по системе передачи усилия (индивидуальный и групповой),
  • по способу питания (от контакной сети и от аккумулятора).

Зачастую эксплуатация такого устройства, как тяговый электродвигатель, может быть связана с механическими и тепловыми перегрузками, толчками и тряской. Именно поэтому его конструкция отличается повышенной прочностью узлов и деталей — как в механической, так и электрической части. Также токовые части обладают специальной влагостойкой и теплостойкой изоляцией.

Использование тяговых двигателей в электротра нс порте

В связи с активным внедрением в жизнь человека экологичных машин возникла потребность в использовании такого устройства, как тяговый электродвигатель для автомобиля. Именно он является главной движущей силой в такого рода транспортных средствах. В основе его работы лежит электромагнитная индукция. Движущая сила возникает в замкнутом контуре в результате изменения магнитного потока.

Чаще всего сам двигатель размещается между продольными балками спереди от батареи. В качестве конструкции передачи к ведущим колесам используется задний мост с карданной передачей. Допустимо использование цепной передачи в случае трехколесных моделей электромобилей. В такой ситуации монтаж осуществляет на подрамнике на задней оси.

Тяговый электродвигатель для автомобиля может быть как переменного, так и постоянного тока. Главная его задача состоит в передаче крутящего момента. Такой двигатель несколько отличается от классической электромеханической машины за счет своих компактных размеров и большой мощности.

Тяговый электродвигатель для электромобиля допустимо использовать в системе «мотор–колесо» (рис. 2), которая еще не нашла активного применения и чаще всего ее можно заметить только в концепт-карах. В качестве исключения можно назвать электромобиль Volage, который поступит в продажу в скором времени.

Тяговый электродвигатель постоянного тока обладает рядом преимуществ, а именно:

  • компактные размеры и малый вес,
  • простота эксплуатации,
  • длительный срок службы,
  • отсутствие вредного воздействия на окружающую среду,
  • отличный КПД,
  • возможность рекуперации.

Стоит заметить, что существенные недостатки попросту отсутствуют, но один из них состоит в несовершенстве источников тока, которые и не позволяют внедрить эту технологию в массовое производство. Однако технический прогресс не стоит на месте, а значит, в скором времени практически каждый крупный производитель транспортных средств наладит производство автомобилей на электрических двигателях.

Источник



Мощность тягового двигателя и его КПД, нагрев и охлаждение

Nbsp; ФИЛИАЛ ОАО «РЖД» ЗАБАЙКАЛЬСКАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ УЧЕБНЫЙ ЦЕНТР ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КВАЛИФИКАЦИЙ СВОБОДНЕНСКОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ

Устройство электровоза

Электрические машины

Преподаватель П.В. Старшинов

Классификация электрических машин. 59

Принцип работы электрических машин постоянного тока. 59

Принцип работы двигателя. 59

Принцип работы генератора. 60

Тормозной эффект 61

Реверсирование ТЭД. 61

Мощность тягового двигателя и его КПД, нагрев и охлаждение. 62

Уравнения электрического равновесия для электрических машин. 64

Регулирование частоты (скорости) вращения тягового двигателя. 65

Изменение величины подводимого напряжения U. 65

Изменение величины сопротивления R в цепи обмотки якоря. 65

Изменение величины магнитного потока Ф главных полюсов. 65

Особенности коммутации тягового электродвигателя. 67

Электрическое торможение. 70

Конструкция тягового электродвигателя НБ-418К6. 71

Электродвигатель тяговый пульсирующего тока НБ-520В. 79

Испытание тяговых двигателей. 90

Общие сведения о вспомогательных машинах. 91

Асинхронный двигатель АЭ92-4/02. 91

Фазорасщепитель НБ-455А. 93

Маслонасос тягового трансформатора 4тт-63/10. 95

Электродвигатели НВА. 96

Электродвигатель П-11М. 98

Электродвигатель ДМК-1/50. 99

Электродвигатель П22К-50У2. 99

Классификация электрических машин

Электрические машины применяемые на подвижном составе можно классифицировать следующим образом:

1. По назначению:

Читайте также:  Подбор форсунок гбо 4 поколения по мощности двигателя

а)ТЭД – тяговые электродвигатели;

б)Генераторы;

в)Вспомогательные машины.

2. По роду потребляемого тока:

а)Постоянного тока;

б)Пульсирующего тока;

в)Коллекторные однофазные переменного тока;

г)Асинхронные трехфазные переменного тока (без коллекторные)

3. По способу возбуждения:

а)Последовательное (серисное);

б)Параллельное (шунтовое);

в)Независимое;

г)Смешанное.

4. По способу охлаждения:

а)С принудительным независимой вентиляцией;

б)С принудительным зависимой вентиляцией;

в)С самовентиляцией;

г)С естественной вентиляцией.

Принцип работы электрических машин постоянного тока

Электрические машины разделяют по назначению на два основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели. Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели — для приведения в движение колесных пар локомотивов, вращения валов вентиляторов, компрессоров и т.п.

В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую.

Принцип действия любой электрической машины основан на использовании явлений электромагнитной индукции и возникновения электромагнитных сил при взаимодействии проводников с током и магнитного поля. Эти явления имеют место при работе как генератора, так и электродвигателя. Поэтому часто говорят о генераторном и двигательном режимах работы электрических машин.

Принцип работы двигателя

Если по проводнику пропустить электрический ток то вокруг него возникает магнитное поле направление которого определяется по правилу БУРАВЧИКА.

Если проводник с током поместить в другое внешнее магнитное поле, то при взаимодействии магнитного поля проводника с внешним магнитным полем возникает электромагнитная сила старающаяся вытолкнуть проводник с током из внешнего магнитного поля. Направление этой силы определяется по правилу левой руки.

Левую руку располагают так, чтобы магнитные силовые линии внешнего поля входили в ладонь, а четыре выпрямленные пальца были вытянуты по направлению тока в проводнике, тогда большой палец отогнутый на 90 О покажет направление действующей на проводник электромагнитной силы.

На этом основан принцип работы двигателя постоянного тока.

Простейшим двигателем постоянного тока является рамка помещенная между двумя полюсами магнита (север, юг). Для того чтобы рамка всегда вращалась в одну сторону необходимо чтоб под каждым полюсом магнита находились проводники с одним и тем же направлением тока, т.е необходимо менять постоянно направление тока в рамке. Эту работу выполняет коллекторно-щеточный узел машины.

Принцип работы генератора

Принцип генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Если проводник перемещать в магнитном поле, то в нем возникает ЭДС (электродвижущая сила) направление которой определяется по ПРАВИЛУ ПРАВОЙ РУКИ.

Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии внешнего магнитного поля, а отставленный на 90 О большой палец расположить по направлению движения проводника, то четыре пальца покажут направление ЭДС в проводнике.

Если проводник подключить к потребителю и замкнуть цепь, то потечет ток совпадающий по направлению с ЭДС.

где: – индукция магнитного поля;

– активная длина проводника;

— скорость перемещения проводника.

Индукция показывает насыщенность пересекаемой площади силовыми линиями магнитного потока, следовательно, чем больше магнитное поле, тем больше наводимая ЭДС.

Тормозной эффект

В режиме генератора в обмотках якоря наводится ЭДС и при подключении нагрузки появляется ток совпадающий по направлению с ЭДС. При появлении тока в электрической машине начинает работать правило левой руки т.е. появляется электромагнитная сила Fм направленная против направления вращения якоря, следовательно возникающая электромагнитная сила тормозит якорь. На данном явлении основана работа электрического торможения (реостатного, рекуперативного).

Величина электромагнитной силы определяется как:

— конструктивная постоянная электрической машины;

— магнитный поток создаваемый полюсами;

— ток якоря.

В соответствии с формулой для увеличения тормозной силы необходимо увеличить значение тока якоря или величину магнитного потока полюсов.

Для увеличения магнитного потока необходимо увеличить значение тока протекающего по обмоткам возбуждения главных полюсов, т.е. .

Для увеличения тока якоря уменьшают значение сопротивления (БТС блоки тормозных сопротивлений) подключаемого к обмотке возбуждения в режиме электрического торможения.

Реверсирование ТЭД

Реверсировать двигатели (рис. 1, а) можно двумя способами:

1. не меняя направления тока в обмотке якоря, изменить направление магнитного потока, изменив направление тока в обмотке возбуждения (рис. 1,б);

Читайте также:  Формула максимальная мощность гидропривода

2. не меняя направление магнитного потока, изменить направление тока в обмотке якоря (рис. 1, в).

Рис 1. Способы реверсирования тяговых двигателей

На электровозах, как правило, реверсируют двигатели изменением направления магнитного потока. Это объясняется тем, что напряжение, приходящееся на обмотку возбуждения, меньше напряжения на якоре. Поэтому аппараты, осуществляющие реверсирование путем изменения тока в обмотке возбуждения, получаются проще, так как они работают под меньшим напряжением.

Однако на электровозах серии ВЛ10 и на части электровозов ВЛ8 для упрощения силовой схемы реверсирование тяговых двигателей осуществляют, изменяя направление тока в якорях тяговых двигателей.

Реверсируют тяговые двигатели электрическими аппаратами, называемыми реверсорами.

Изменение направления тока в обмотках возбуждения в зависимости от положения контакторов, а тем самым и контактов 1, 2, 3, 4 показано на рис. 2.

Рис. 2. Схема кулачкового реверсора

Мощность тягового двигателя и его КПД, нагрев и охлаждение

Мощность – это работа выполняемая за единицу времени, измеряется в Вт (Ватт).

Различают два вида мощности тягового двигателя:

v Часовая мощность – это мощность с которой двигатель через один час работы достигает предельной температуры нагрева, от чего может выйти из строя.

v Продолжительная мощность – это такая мощность когда двигатель может работать без перегрева в течении длительного времени.

Основным параметром работы двигателя и его использования является КПД (коэффициент полезного действия), которое определяется как отношение отдаваемой мощности к потребляемой.

В свою очередь потребляемая мощность изменяется прямопрапорционально потребляемому напряжению и току.

Отдаваемая мощность также изменяется прямопрапорционально потребляемому напряжению и току, но минус мощность расходуемая на потери в двигатели.

Потери мощности в двигателе складываются из: механических потерь, электрических потерь, магнитных и добавочных потерь.

— механические потери возникают в результате трения в якорных подшипниках, вентиляции, трение щеток, данные потери составляют 0,2% от мощности машины;

— электрические потери возникают за счет омического сопротивления в обмотках якоря и за счет падения напряжения в щеточных контактах;

— магнитные потери возникают при перемагничивании стали сердечников полюсов и якоря

— добавочные потери возникают от вихревых токов в меди из-за неравномерной индукции слоя якоря.

Работоспособность двигателя определяется нагревом обмоток катушек полюсов и обмоток якоря, поэтому для них установлены допустимые пределы температуры нагрева, определяемые ГОСТом.

Тепловое равновесие в машине должно устанавливаться при такой температуре которая не вызывает разрушение изоляции, для этого применяют различные устройства и типы охлаждения электрических машин (смотри классификацию электрических машин).

Дата добавления: 2018-05-02 ; просмотров: 1063 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Сила тяги и тяговые характеристики локомотивов — Характеристики тяговых электродвигателей постоянного тока

Содержание материала

  • Сила тяги и тяговые характеристики локомотивов
  • Сцепление ведущих колес локомотива с рельсами
  • Физическая природа сцепления ведущих колес локомотива с рельсами
  • Коэффициент сцепления и методы его оценки
  • Тяговая характеристика автономного локомотива
  • Тяговые свойства тепловозного дизеля
  • Характеристики электрических передач тепловозов
  • Построение тяговой характеристики тепловоза по характеристикам электродвигателей
  • Опытные тяговые характеристики тепловозов с электрической передачей
  • Опыт создания тепловозов с электрической передачей переменного тока
  • Тяговые характеристики тепловозов с гидравлической передачей
  • Опытные тяговые характеристики тепловозов с гидравлической передачей
  • Тяговые характеристики тепловозов с механической передачей
  • Характеристики тяговых электродвигателей постоянного тока
  • Регулирование скорости движения и тяговые характеристики эпс постоянного тока
  • Тяговые характеристики элекроподвижного состава постоянного тока
  • Характеристики электроподвижного состава переменно-постоянного тока
  • Тяговые свойства электровозов с бесколлекторными электродвигателями

Тяговые характеристики электроподвижного состава
Характеристики тяговых электродвигателей постоянного тока электроподвижного состава
На электровозах и электропоездах постоянного и переменно-постоянного тока применяют тяговые электродвигатели постоянного тока. Форма тяговых характеристик электроподвижного состава (э.п.с.), в основном, определяется электромеханическими характеристиками тяговых электродвигателей (ТЭД), приведенных к валу двигателя, а именно: nд =f(Iд) — частоты вращения якоря ТЭД от его тока при заданном напряжении питания от контактной сети UKC; Мд =f(I ) — вращающего момента на якоре ТЭД от тока; ηд = f(Iд) — к.п.д. тягового электродвигателя от тока якоря. Электромеханические характеристики тяговых электродвигателей э.п.с. получают при стендовых испытаниях на заводе-изготовителе.
При тяговых расчетах электромеханические характеристики тягового электродвигателя обычно приводят к ободу колес колесной пары электровозов и электропоездов и получают электромеханические характеристики колесно-моторного блока [5]:
V=f(Iд) — скорости движения колесной пары э.п.с. от тока якоря ТЭД;

Читайте также:  Как определить что кому не хватает мощности блока питания

F = f(Iд) — касательной силы тяги колесной пары э.п.с. от тока якоря ТЭД; ηэ=f(Iд)- К.П.Д. колесно-моторного блока э.п.с. от тока якоря ТЭД.
При пересчете электромеханических характеристик тяговых электродвигателей на характеристики колесно-моторных блоков используют следующие формулы:

  1. скорость движения колесной пары э.п.с., км/ч:

(2.34)
где С — постоянный коэффициент для данной серии локомотива:

где С8 — конструктивная постоянная тягового электродвигателя; μ — передаточное число тяговых редукторов колесной пары; DK — диаметр колес колесной пары, м;

  1. касательная сила тяги на ободе колес колесной пары, Н:

(2.35)
где ΔF — потери силы тяги, вызванные магнитными и механическими потерями в колесно-моторном блоке, Н:

где ΔΡΜaгн — потери мощности в магнитной системе ТЭД, кВт; ∆Рмех — механические потери мощности в якорных подшипниках и щеточном аппарате ТЭД, кВт; ∆Р — потери мощности в тяговых редукторах колесной пары и моторно-осевых подшипниках ТЭД, кВт; V — скорость движения, км/ч;

  1. коэффициент полезного действия колесно-моторного блока э.п.с.


где Δρπ — потери в тяговых редукторах и моторно-осевых подшипниках в процентах от подведенной мощности, %. Величина Δρπ определяется по графикам Δρπ = f(Р1) [12].
Необходимо отметить, что форма электромеханических характеристик тяговых электродвигателей и колесно-моторных блоков э.п.с. напрямую зависит от принятой системы возбуждения двигателей.
На рис. 37 представлены схемы основных систем возбуждения тяговых электродвигателей э.п.с.: последовательного (рис. 37, а), параллельного (рис. 37, б), смешанного возбуждения при согласном (рис. 37, в) и встречном (рис. 37, г) включении последовательной и параллельной обмоток и независимого возбуждения (рис. 37, б). Расчетные тяговые характеристики электровозов стяговыми электродвигателями, имеющими вышеперечисленные системы возбуждения, приведены на рис. 38. Из кривых FK =f(V), представленных на рис. 38, следует, что тяговая характеристика электровоза с двигателями последовательного возбуждения (кривая 1) наиболее приближена к идеальной тяговой характеристике локомотива с электрическим приводом колесных пар (кривая 4) и позволяет наиболее полно использовать мощность тягового электродвигателя в эксплуатации. Тем не менее в зоне малых скоростей движения электровоза, когда тяговые электродвигатели работают при больших токах якоря /д, наблюдается увеличение жесткости характеристик локомотива. Жесткость характеристик электродвигателей и электровоза в целом определяется темпом изменения силы тяги FK от скорости V. Тяговые характеристики локомотивов называют жесткими при резком изменении функции FK=f(V) (например, кривая 2 на рис. 38) и мягкими при плавном изменении кривой FK=f(V).
В свою очередь, тяговые характеристики электровозов с электродвигателями параллельного, смешанного и независимого возбуждения имеют более высокую степень жесткости, чем при последовательном возбуждении.
Вышеперечисленные системы возбуждения тяговых электродвигателей обладают целым рядом достоинств и недостатков и нашли практическое применение на различных сериях электровозов.
Так, для электровозов постоянного тока с контакторно-реостатным управлением признано целесообразным [5] применение тяговых электродвигателей с системами последовательного или смешанного возбуждения с мягкими тяговыми характеристиками.

Рис. 37. Схемы систем возбуждения тяговых электродвигателей электроподвижного состава: а — последовательного; б — параллельного; в — смешанного при согласном включении обмоток; г — смешанного при встречном включении обмоток; д — независимого возбуждения


Рис. 38. Расчетные тяговые характеристики электровозов с электродвигателями, имеющими разные системы возбуждения: 1 — при последовательном; 2 — при параллельном и независимом; 3 — при смешанном; 4 — идеальная характеристика

На электровозах переменно-постоянного тока и э.п.с. постоянного тока с импульсным регулированием предпочтительнее оказалось использование тяговых двигателей с независимым возбуждением и
жесткими характеристиками. Такие характеристики тяговых электродвигателей позволяют уменьшить интенсивность процессов боксования локомотива и, соответственно, увеличить критические веса водимых поездов. Широкое применение силовых полупроводников на э.п.с. позволяет несколько сгладить серьезные недостатки независимого возбуждения ТЭД — сильный разброс токов нагрузки между параллельно работающими ТЭД локомотива и чувствительность к колебаниям напряжения в контактной сети.
Сравнительные испытания электровозов ВЛ80р с последовательным возбуждением тяговых электродвигателей и ВЛ80Р с независимым возбуждением с поездами, проведенные ВНИИЖТом [7,8], показали, что коэффициент тяги электровозов ВЛ80рн на 8,4 % выше, чем ВЛ80р; во время разгона, т.е. в диапазоне высоких токовых нагрузок жесткость тяговых характеристик электровозов ВЛ80РН и ВЛ80р сближается и их тяговые возможности почти не отличаются.

Источник

Adblock
detector