Величина тока, протекающего через обмотку якоря двигателя при его работе,
Скорость вращения якоря
Нагрузкой для тяговых двигателей является механическое сопротивление, которое приходится преодолевать подвижному составу при движении и которое можно представить в виде вращающего момента на валу двигателя, действующего против вращающего момента, создаваемого током и магнитным полем двигателя. При равенстве этих моментов якорь двигателя будет вращаться с постоянной скоростью, при нарушении равенства этих моментов, т. е. при изменении нагрузки, вращение якоря будет ускоряться или замедляться, что вызовет соответствующие изменения величины противоэлектродвижущей силы.
Изменение величины противоэлектродвижущей силы в якоре Е в свою очередь приведет к изменению величины вращающего момента тягового двигателя электропоезда.
Ток в якоре двигателя устанавливается всегда такой, что развиваемый двигателем вращающий момент равен тормозящему моменту нагрузки; при увеличении нагрузки величина тока увеличивается, при уменьшении нагрузки — уменьшается.
Мощность Р, потребляемая двигателем,
Полезная механическая мощность Рп, развиваемая двигателем на валу, всегда меньше потребляемой им мощности Р из сети, так как при работе электродвигателя в нем имеются электрические, магнитные и механические потери. Таким образом, полезная механическая мощность
Отношение полезной механической мощности на валу якоря двигателя к потребляемой им из сети мощности называется коэффициентом полезного действия — к. п. д.
К. п. д. обозначается буквой η, величина его всегда меньше единицы и выражается формулой
Следовательно, полезная механическая мощность на валу двигателя будет равна
Часовой мощностью двигателя называют наибольшую мощность, развиваемую на валу, работая с которой двигатель, находящийся в холодном состоянии, достигает предельной температуры нагрева обмоток в течение одного часа.
Длительной мощностью двигателя называют наибольшую мощность, развиваемую на валу, при которой двигатель может длительно работать без повышения температуры его частей свыше допустимой величины.
Токи, соответствующие часовой и длительной мощности, носят названия часового и длительного тока.
В момент пуска тягового двигателя в цепь его якоря для ограничения величины тока вводится дополнительное сопротивление Rдоп, называемое пусковым сопротивлением. Величина пускового тока Iпус в момент пуска равна
С увеличением скорости вращения якоря противоэлектродвижущая сила увеличивается, величина тока уменьшается. С уменьшением Iпус снижается вращающий момент М, а следовательно, и создаваемая им сила тяги F, что не обеспечивает постоянного ускорения поезда во время разгона. Поэтому по мере разгона поезда пусковые сопротивления выводят из цепи двигателя ступенями, что приводит к ступенчатым колебаниям тока, а следовательно, и силы тяги.
Пределы колебания пускового тока подбираются такими, чтобы среднее значение величины тока во время пуска соответствовало той силе тяги, при которой поезд получил бы заданное ускорение. Принципиальная диаграмма величин тока в период пуска тягового двигателя последовательного возбуждения приведена на рис. 9.
В условиях моторвагонной тяги вывод ступеней пусковых сопротивлений производится автоматически, в зависимости от величины тока двигателей. Это достигается работой специального реле. Ток, при котором происходит переключение реле, называется током уставки. После вывода последней ступени пускового сопротивления скорость вращения якорей двигателей при постоянной величине подведенного напряжения будет определяться изменениями нагрузки, приложенной к валам двигателей.
Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока на моторвагонном подвижном составе производят путем переключения их с последовательного (рис. 10, а) на последовательно-параллельное (рис. 10, б) соединение. В этом случае подводимое к двигателю напряжение увеличивается вдвое. Используется также режим ослабления магнитного поля двигателя за счет шунтировки обмоток главных полюсов сопротивлением, подключаемым параллельно обмотке. Это приводит к уменьшению магнитного потока. При этих способах регулирования скорость вращения якоря двигателя увеличится, так как
Перемена направления вращения якоря двигателя осуществляется изменением направления тока либо в якоре, либо в обмотке возбуждения. На моторных вагонах всех серий применен второй способ. Переключающий аппарат называется реверсором.
Графическое изображение зависимости изменения вращающего момента М, скорости вращения якоря n и к. п. д. η двигателя от тока при постоянном значении напряжения U называется электромеханической характеристикой тягового двигателя. На рис. 11 приведена электромеханическая характеристика двигателя последовательного возбуждения. Эти двигатели имеют мягкую скоростную характеристику, т. е. скорость их вращения резко уменьшается при увеличении нагрузки и, наоборот, возрастает при снижении нагрузки.
Двигатели последовательного возбуждения автоматически регулируют величину потребляемой ими мощности. Изменения нагрузки не сопровождаются резкими изменениями мощности двигателей, благодаря чему контактная сеть и тяговые подстанции нагружаются более или менее равномерно. С другой стороны, изменения величины напряжения питающей сети не вызывают резкого изменения величины тока двигателей.
Мягкая скоростная характеристика двигателей последовательного возбуждения позволяет на равнинных участках пути, где нагрузка невелика, легко разогнать поезд, с тем чтобы, потом преодолеть тяжелый подъем за счет использования инерции поезда. В момент трогания поезда двигатели развивают большой вращающий момент.
У двигателей последовательного возбуждения, работающих на одном и том же моторном вагоне, различия в характеристиках и в диаметре бандажей колесных пар не вызывают резкой неравномерности в распределении нагрузок.
Рис. 9. Диаграмма изменения пускового тока тягового двигателя
Рис. 10. Схемы соединения тяговых двигателей: а — последовательное; б — последовательно-параллельное
Рис: 11. Электромеханическая характеристика тягового двигателя последовательного возбуждения
