Раздел 1. Элементы электрической тяги.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТЯГА

Программа, методические указания и задания

Для контрольной работы

Для учащихся заочной формы обучения

по специальности 2-37 01 05 “Городской

электрический транспорт”

Автор О.А.Метлицкая

Рецензент О.Л. Симоненкова

Указания рассмотрены и рекомендованы для

внедрения в учебный процесс на:

- заседании цикловой комиссии спец предметов

специальностей 2-37 01 05, 2-53 01 05

Протокол №­­­______ от ________________

Председатель комиссии А.Л.Седюкова

- заседании экспертного методического совета

Заседание №­­­______ от ________________

Содержание

Пояснительная записка 2

Примерный тематический план 3

Методические указания по дисциплине 4

Оценка учебной деятельности учащихся 31

Задания для контрольной работы 36

Методические рекомендации по выполнению

контрольной работы 41

Список рекомендуемой к использованию литературы 44

Приложение А

Общая часть

Пояснительная записка

Программа предмета «Электрическая тяга» предусматривает изучение элементов электрической тяги, тяговых характеристик подвижного состава и торможение подвижного состава.

В результате изучения предмета учащиеся должнызнать на уровне

представления:

- классификацию подвижного состава городского электрического транспорта,

- основные направления развития тягового привода,

- принципиальные схемы тягового привода,

понимания:

- режимы движения подвижного состава городского электрического транспорта,

- общее устройство и тяговые характеристики подвижного состава городского электрического транспорта,

- способы пуска тягового двигателя и системы торможения подвижного состава городского электрического транспорта.

Учащиеся должны уметь:

- рассчитывать силы тяги и торможения подвижным составом;

- рассчитывать электромеханические характеристики тяговых двигателей;

- читать схемы включения тягового двигателя.

Изучение курса «Электрическая тяга» базируется на следующих дисциплинах: «Основы электропривода», «Основы промышленной электроники», «Электрооборудование городского транспорта», «Электрические аппараты», «Электрические машины».

Для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических навыков и умений программой дисциплины предусматривается проведение практических занятий, которые целесообразно выполнять после изучения соответствующих тем.

Материал необходимо излагать с широким применением средств обучения и вычислительной техники, демонстрацией образцов изделий, приборов, элементов электрической тяги и т.д.

Предусматривается проведение одной обязательной контрольной работы.

Для заочного отделения предусматривается на лекционные занятия – 16 часов, на практические занятия - 4 часа.

Тематика лекционных занятий и практических работ выбирается преподавателем из примерного тематического плана, исходя из значимости, уровня подготовки учащихся, наличия технических средств.

Примерный тематический план

Наименование разделов и тем	Количество часов
2 – 37 01 05
Всего	В т.ч. практических работ
Введение
Раздел 1. Элементы электрической тяги
Тема 1.1. Режимы движения подвижным составом
Тема 1.2. Реализация сил тяги и торможения
Практическая работа №1 «Расчет сил тяги и торможения подвижным составом»
Раздел 2. Характеристики тяговых электродвигателей
Тема 2.1. Электромеханические характеристики на валу тяговых двигателей
Тема 2.2. Электромеханические характеристики на ободе вращающегося колеса
Практическая работа №2 «Расчет электромеханических характеристик тяговых двигателей»
Тема 2.3. Тяговые характеристики электроподвижного состава
Тема 2.4. Сравнение тяговых электродвигателей
Раздел 3. Пуск и регулирование скорости подвижного состава
Тема 3.1. Способы пуска подвижного состава
Тема 3.2. Регулирование скорости тягового двигателя
Тема 3.3. Характеристики двигателей при изменении напряжения
Тема 3.4. Характеристики двигателей при изменении воэбуждения
Тема 3.5. Тиристорно-импульсное управление тягового двигателя
Раздел 4. Торможение подвижного состава
Тема 4.1. Системы торможения
Тема 4.2. Рекуперативное торможение
Тема 4.3. Реостатное торможение
Обязательная контрольная работа №1
Тема 4.4. Рекуперативно-реостатное торможение
Расчетно-графическая работа «Определение допустимой тормозной скорости на заданном участке»
Итого:

Методические указания по дисциплине «Электрическая тяга»

Введение

Цели и задачи предмета в подготовке техников-электриков, его связь с другими специальными предметами.

Классификация городского электрического транспорта и системы электрической тяги.

Электрическая тяга на городском электрическом транспорте.

Литература [1], [3], [4].

Методические указания

Для изучения материала данной темы необходимо ознакомиться с основными режимами движения подвижного состава: под током (режим тяги), выбег (движение без тока) и торможение. Во всех этих режимах на подвижной состав (ПС) действует сила тяжести и сила сопротивления движению.

В режиме тяги к ПС приложена сила тяги, развиваемая тяговыми электродвигателями. В режиме выбега тяговые двигатели отключаются от контактной сети, и подвижной состав движется по инерции под действием сил сопротивления движению, направленных против движения. В режиме торможения на ПС действует направленная против движения тормозная сила.

Движение ПС по рельсовому и безрельсовому пути характеризуется зависимостями скорости от пройденного пути v(t) и пути от времени l(t), называемых кривыми движения.

Расчет этих зависимостей производится с помощью уравнения движения ПС, которое устанавливает в дифференциальной форме связь между скоростью v, временем t и пройденным путем l и дает возможность построить кривые движения.

Учащиеся должны знать допущения, принимаемые при выводе уравнения движения:

· ПС принимают за материальную точку, которая расположена условно в центре тяжести ПС;

· Эта материальная точка движется поступательно под воздействием равнодействующей от всех сил F_д, действующих на подвижной состав. Сила F_д направлена по движению ПС и может быть как положительной, так и отрицательной.

Учащиеся должны уметь выводить уравнение движения подвижного состава и знать применение его к различным видам движения.

Уравнение движения первой формы

m(1+g)dn/dt = F_д или m_прdn/dt = F_д

где F_д - равнодействующая всех сил сопротивления движению, тяги и торможе-

ния (так называемая действующая сила),

dn, dt – приращение соответственно скорости и времени подвижного состава,

m_пр - приведенная масса,

g - коэффициент инерции вращающихся частей.

На ПС действуют сила тяги F, тормозная сила B, сила тяжести ПС G = mg и силы сопротивления движению W. Равнодействующей всех сил, одновременно приложенных к ПС, является действующая сила

F_д = F-W-B

или в удельных величинах

f_д = f-w-b

где f = F/(mg) – удельная сила тяги, Н/кН;

w = W/(mg) – удельное сопротивление движению, Н/кН;

b = B/(mg) – удельная тормозная сила, Н/кН;

f_д = F_д/(mg) – удельная действующая сила, Н/кН.

Различают три режима: тяга, выбег и торможение.

Режим тяги

F_д = F-W

Режим выбега

F_д = -W

Режим торможения

F_д = -(B+W)

На рис.1.1 показаны силы, которые приложены к четырехосному вагону в режиме тяги (точка О – центр тяжести вагона).

Вопросы для самоконтроля

1. Чем отличаются режимы движения подвижного состава? Какие силы действуют в каждом из них?

2. Какие допущения применяются при выводе уравнения движения подвижного состава?

3. Что такое коэффициент инерции вращающихся частей и приведенная масса подвижного состава?

4. Каковы размерности величин, входящих в уравнение движения?

5. Что понимают под удельной силой?

6. Какие зависимости называют кривыми движения?

Тема 1.2. Реализация сил тяги и торможения.

Образование силы тяги; ограничение силы тяги; образование тормозной силы; физические процессы образования силы сцепления; коэффициент сцепления.

Литература [1], [3].

Методические указания

Учащийся должен изучить, как образовываются силы тяги и торможения, реализующиеся движущимися колесными парами. Движущимися называются колесные пары или колеса, которые приводятся во вращение тяговыми электродвигателями.

Для поступательного движения ПС необходимо наличие внешних сил. Такая внешняя сила возникает в результате сцепления движущих колес с рельсами или дорожным покрытием.

Силу, которая обусловлена вращающим моментом тягового двигателя, называют силой тяги.

Сила тяги ограничивается предельно допустимой силой сцепления, имеющей природу сил трения. Если этот предел будет превышен, произойдет срыв сцепления. Движущие колеса начнут скользить относительно пути в точке касания. При этом их угловая скорость w¢ будет больше угловой скорости w, соответствующей поступательной скорости v, а значение угловой скорости w_ск колес по рельсам w¢=w+w_ск. Начнется боксование колес, при котором происходит повышенный износ бандажей (или шин) и пути.

Если в режиме торможения тормозная сила превысит предельно допустимую силу сцепления, произойдет заклинивание колес. Тормозные колеса начнут скользить относительно пути в точке касания. Это явление называется юзом. При юзе резко уменьшается тормозная сила, т.к. она определяется коэффициентом трения качения между колесом и рельсом при скольжении их относительно друг друга. А коэффициент скольжения всегда меньше коэффициента сцепления. Юз – опасное явление для безопасности движения, т.к. во время юза увеличиваются время торможения и тормозной путь. Кроме того, во время юза при скольжении колес происходит сильное истирание бандажей колесных пар или шин троллейбуса.

Учащиеся должны уметь пользоваться законами сцепления:

а) наибольшая сила тяги подвижного состава не должна превышать предельной силы сцепления;

б) наибольшая тормозная сила подвижного состава не должна превосходить предельной силы сцепления;

в) если сила тяги подвижного состава или тормозная сила больше предельной силы сцепления, нормальное движение подвижного состава невозможно (в режиме тяги возникает боксование, в режиме торможения – юз).

На ПС, как правило, имеется несколько колесных пар. Коэффициент сцепления ПС y в целом всегда меньше коэффициента сцепления колеса y_к. Это обусловлено причинами:

1. Неравенство силы тяги или тормозной силы отдельных осей вследствие неодинаковости диаметров движущих колес и электромеханических характеристик двигателей,

2. Разный вес, приходящийся на движущие и тормозные оси,

3. Загрязнение рельсов и бандажей колес (дорожного покрытия и шин).

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое боксование и юз?

2. Какие процессы возникают при взаимодействие колес с дорожным покрытием?

3. Что такое контактная площадка?

4. Что понимают под зоной скольжения?

5. Почему коэффициент сцепления является одним из основных факторов, влияющих на эксплуатационные и технико-экономические показатели электрического транспорта?

Методические указания

Электромеханическими характеристиками на валу электрического двигателя называются зависимости частоты вращения двигателя от тока, вращающего момента от тока и коэффициента полезного действия от тока при напряжении питания, равном номинальному.

В электроподвижном составе ГЭТ в основном применяются ДПТ последовательного, параллельного, смешанного и независимого возбуждения. Каждая система возбуждения обладает своими характерными особенностями, которые и определяют степень пригодности двигателя для той или иной цели.

На рис.1.2 представлены электромеханические характеристики на валу якоря тягового двигателя ДК-254Б: скоростная n(I), вращающего момента M(I), КПД h_д(I).

Учащиеся должны уметь рассчитывать и строить электромеханические характеристики на валу двигателя.

Вопросы для самоконтроля

1. Чем определяется режим работы подвижного состава при движении его под током?

2. Что такое электродвижущая сила и как она определяется?

Тема 2.2. Электромеханические характеристики на ободе движущегося колеса.

Расчётные выражения для определения электромеханических характеристик на ободе движущегося колеса; расчёт электромеханических характеристик; характеристики двигателей последовательного возбуждения; характеристики двигателя параллельного возбуждения; характеристики двигателя смешанного возбуждения.

Литература [1], [3].

Методические указания

Зависимости скорости, силы тяги и КПД двигателя с учетом потерь энергии в передаче от тока двигателя называются электромеханическими характеристиками на ободе движущего колеса.

Учащиеся должны научиться отличать характеристики разных способов возбуждения двигателей.

У двигателей последовательного возбуждения магнитодвижущая сила (МДС) пропорциональна току якоря I. Поэтому зависимость СФ(I) близка по форме к зависимости магнитного потока Ф(I_в), снятой при независимом возбуждение и отсутствии нагрузки.

На рис.1.3 представлены зависимости СФ от магнитодвижущей силы F_m при различных значениях тока якоря и зависимость механических и магнитных потерь от частоты вращения якоря при различных значениях магнитодвижущей силы для трамвайного двигателя ДК-254Б.

Чтобы построить зависимость СФ(I), необходимо воспользоваться нагрузочными характеристиками Ф(I_в), снятыми при различных токах якоря. На каждой из кривых Ф(I_в) следует отметить точку, соответствующую I_в, равному току якоря I, для которого построена эта кривая. Соединив эти точки, найдем зависимость СФ(I) (на рис.1.4 жирная линия).

Скорость двигателя v, приведенная к ободу движущего колеса, приблизительно пропорциональна потоку; при токе, близком к нулю, она близка к бесконечности. С увеличением тока скорость вначале резко падает, что соответствует прямолинейной части характеристики СФ(I). При дальнейшем увеличении тока по мере насыщения магнитной цепи машины скорость снижается в меньшей степени, как это показано на рис. 1.5.

Электромеханические характеристики на ободе движущего колеса зависят от диаметра колеса D_к, передаточного отношения редуктора m и его КПД h_з (рис.1.6). Если эти величины изменяются, то изменяется и характер электромеханических характеристик данного двигателя на ободе колеса. Поэтому на электромеханических характеристиках двигателя на ободе колеса обязательно указываются значения D_к, m и h_з.

У двигателя параллельного возбуждения обмотку возбуждения к сети подключают через регулируемый реостат. Ток возбуждения пропорционален приложенному напряжению, следовательно, МДС не зависит от тока якоря. С увеличением тока якоря I магнитный поток СФ незначительно уменьшается из-за размагничивающего действия реакции якоря (рис.1.7). Скоростная характеристика v(I) жесткая, т.е. скорость почти не зависит от нагрузки. С увеличением нагрузки скорость только незначительно уменьшается вследствие увеличения падения напряжения в цепи двигателя Ir.

Характеристика электромагнитной силы тяги F_эм(I) изображается прямой линией, проходящей через начало координат, т.к. магнитный поток практически постоянен. Сила тяги отличается от электромагнитной силы на значение потерь DF и пересекает ось абсцисс при токе ХХ I_х.

Если приложить к ПС внешнюю силу, направленную по движению, то скорость ПС и ЭДС начнут увеличиваться. При некоторой скорости, равной v₀, ЭДС двигателя станет равной приложенному напряжению U_д. Ток в двигателе станет равным нулю. При дальнейшем увеличении скорости ЭДС станет больше приложенного напряжения, и ток в двигателе изменит свое направление.

Т.к. направление магнитного потока при этом не изменится, то сила тяги тоже изменит свой знак и будет направлена против движения, следовательно, станет тормозной силой. Тяговый двигатель при этом автоматически перейдет в генераторный режим и будет отдавать энергию в тяговую сеть.

Такой режим называется рекуперативным торможением. При этом двигатели будут тормозить ПС, одновременно возвращая электрическую энергию в питающую сеть.

Характеристики двигателей согласно-смешанного возбуждения представлены на рис.1.8, а встречно-смешанного на рис.1.9.

При изучение данной темы учащиеся должны научиться рассчитывать и строить электромеханические характеристики на ободе колеса.

Вопросы для самоконтроля

1. Почему для одного и того же тягового двигателя возможны различные электромеханические характеристики на ободе колеса?

2. С какой системой возбуждения двигатель обладает неустойчивой механической характеристикой?

3. Как определяется КПД двигателя?

4. Двигатель какого возбуждения может автоматически переходить в генераторный режим?

Тема 2.3. Тяговые характеристики электроподвижного состава.

Понятие о тяговых характеристиках; построение тяговых характеристик; тяговые характеристики двигателей различных систем возбуждения.

Литература [1], [2], [3], [5].

Методические указания

Зависимость между силой тяги подвижного состава и его скоростью на той или иной ступени регулирования и соответствующих ей параметрах схемы включения двигателя называется тяговой характеристикой подвижного состава.

Тяговую характеристику строят на основании электромеханических характеристик двигателя на ободе колеса (рис.1.10). Скорость переносят без изменения, а силу тяги ПС определяют по формуле

F_л = Fz_м

где z_м – число ведущих осей в ПС.

Необходимо строить эти характеристики для всех ступеней регулирования, применяемых на данном ПС.

Тяговые характеристики могут иметь различный вид в зависимости от типа двигателей и системы тяги. На практике в основном используются падающие тяговые характеристики, т.е. с увеличением скорости сила тяги снижается. Но степень ее снижения может быть различна у разных двигателей. Она характеризуется коэффициентом жесткости

c = - dF/dt

Знак минус введен потому, что падающая характеристика удовлетворяет неравенству dF/dt<0.

Характеристики, у которых сила тяги резко снижается с увеличением скорости, т.е. с высоким коэффициентом жесткости (dF/dt®¥), называются жесткими. Жесткой характеристикой обладает двигатель постоянного тока параллельного возбуждения. Характеристики, у которых скорость резко изменяется с изменением силы тяги, т.е. с низким коэффициентом жесткости dF/dt®0, называются мягкими. К ним относятся характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. В большинстве случаев для целей тяги наиболее благоприятными являются мягкие тяговые характеристики.

Наибольшая допустимая нагрузка тягового двигателя ограничивается его механической прочностью, устойчивой коммутацией и опрокидывающим моментом. Для каждого двигателя при определенной схеме его включения установлен наибольший допустимый ток I_{п max}, выше которого двигатель нагружать нельзя. Этому току соответствует максимальная сила тяги F_{л max}

Тяговые характеристики имеют ограничение также по наибольшей допустимой скорости движения, которая является конструкционной скоростью v_констр. Эта скорость определяется прочностью тягового двигателя и конструктивными качествами всего подвижного состава.

Тяговые характеристики двигателей различных систем возбуждения (рис.1.11) В тяговой характеристике двигателя последовательного возбуждения (кривая 1) в зоне малых скоростей сила тяги при увеличении скорости резко падает. При дальнейшем увеличении скорости сила тяги изменяется незначительно, т.е. тяговая характеристика становится мягкой.

Тяговая характеристика двигателя параллельного возбуждения жесткая и близка к прямой линии (кривая 2). Кривая 3 изображает тяговую характеристику двигателя согласно-смешанного возбуждения.

Вопросы для самоконтроля

1. Какой тип двигателя имеет жесткие тяговые характеристики?

2. Какой тяговой характеристикой должен обладать двигатель, чтобы ПС не боксовал?

3. Какими тяговыми характеристиками должны обладать тяговые двигатели, если их установлено на ПС несколько?

Тема 2.4. Сравнение двигателей различных систем возбуждения.

Требования, предъявляемые к тяговым двигателям; электрическая устойчивость; механическая устойчивость; распределение нагрузок; склонность к возникновению боксования; воздействие на энергосистему; конструктивные показатели и оценка двигателей.

Литература [1], [3].

Методические указания

При изучении данной темы учащиеся должны знать требования, предъявляемые к тяговым двигателям:

· электрическая устойчивость, т.е. способность автоматически стремиться к состоянию электрического равновесия при переходе с одного режима на другой;

· механическая устойчивость, т.е. способность автоматически приближаться к состоянию динамического равновесия;

· равномерное распределение нагрузок между параллельно работающими двигателями;

· максимальное использование сцепного веса;

· устойчивость коммутации;

· наименьшее воздействие на энергосистему;

· возможность плавного регулирования скорости и применения рекуперации;

· простота конструкции.

Анализ электрической устойчивости работы тяговых двигателей проводится при следующих допущениях:

· пренебрегаем вихревыми токами, возникающими в двигателе;

· рассматриваем только силовую цепь двигателя и считаем, что при случайных отклонениях от состояния равновесия в силовой цепи токи в параллельных ветвях остаются неизменными.

Разница электромеханических характеристик двигателей одного и того же типа приводит к тому, что скорости двигателей при одном и том же значении момента неодинаковы.

Эти различия характеристик приводят к неравномерному распределению нагрузок между двигателями и, как следствие этого, неодинаковому потреблению токов.

С точки зрения системы электроснабжения наиболее предпочтительными являются мягкие характеристики.

Регулирование скорости и рекуперация. С этой точки зрения двигатели параллельного и согласно-смешанного возбуждения имеют преимущества по сравнению с двигателем последовательного возбуждения. Одним из основных преимуществ этих двигателей является автоматический переход в генераторный режим, что позволяет легко осуществлять рекуперативное торможение.

Конструктивные показатели и оценка двигателей. В этом отношении двигатели последовательного возбуждения, имеющие простую обмотку возбуждения из обмоточной меди с большой площадью сечения, обладают значительными преимуществами по сравнению с двигателями параллельного и согласно-смешанного возбуждения, у которых параллельная обмотка, имеющая много витков из провода малой мощности сечения, ненадежна как в механическом, так и в электрическом отношении. Наличие параллельной обмотки в сою очередь приводит к увеличению габаритов и усложнению конструкции двигателя.

В результате сравнения двигателей различных систем возбуждения наиболее полно удовлетворяют условиям электрической тяги двигатели последовательного возбуждения. На трамваях и троллейбусах нашли применение двигатели согласно-смешанного возбуждения благодаря возможности простого регулирования скорости в широких пределах, а также простоте осуществления рекуперативного торможения. Двигатели параллельного возбуждения в электрической тяге используются редко.

При применении двигателей независимого возбуждения, получающих питание от управляемого тиристорного преобразователя, возможно получение любых характеристик – мягких или жестких. Недостатком такой системы является установка относительно мощного тиристорного преобразователя, обеспечивающего необходимую форсировку по току двигателя в переходных режимах.

Вопросы для самоконтроля

1. При каких допущениях проводится анализ электрической устойчивости?

2. К чему приводит различие характеристик двигателей, установленных на одном и том же подвижном составе?

Методические указания

Учитывая, что для электрического городского подвижного состава характерны частые остановки с последующими пусками, параметры пускового периода необходимо выбирать так, чтобы обеспечивались наиболее экономичные и безопасные условия его работы.

При изучении данной темы учащиеся должны знать (и уметь обосновать целесообразность применения той или иной) системы пуска:

· плавный реостатный пуск, при котором в течение всего времени пуска поддерживается неизменный пусковой ток;

· ступенчатый реостатный пуск;

· безреостатный пуск, который осуществляется с помощью импульсных преобразователей.

При плавном реостатном пуске последовательно с двигателем включается пусковой реостат. Для поддержания неизменным пускового тока необходимо плавно выводить пусковой реостат по мере увеличения скорости.

Плавным регулированием сопротивления пускового реостата обладают системы пуска с многокулачковыми или коллекторными контроллерами, с угольными реостатами. Т.к. плавное регулирование пускового реостата связано с усложнением системы управления, то на электроподвижном составе применяется ступенчатое выведение пускового реостата.

При ступенчатом реостатном способе пуска уже невозможно поддерживать постоянным пусковой ток I_п, а, следовательно, пусковое ускорение а_п и пусковую силу тяги F_п. Они будут изменяться в некоторых пределах от максимума до минимума. Во время разгона ПС на какой-либо ступени реостата с неизменным сопротивлением ток начнет уменьшаться, т.к. будет возрастать ЭДС по характеристике, соответствующей данной ступени реостата. В момент выключения ступени реостата происходит переход с одной скоростной характеристики на другую, которая соответствует меньшему значению сопротивления пускового реостата. В результате этого резко возрастает ток двигателя.

При изучении данной темы учащиеся должны рассмотреть процесс пуска для одного двигателя при постоянном пусковом токе и следующих допущениях:

· магнитные и механические потери в двигателе малы и ими можно пренебречь,

· сопротивление движению при пуске постоянно.

Вопросы для самоконтроля

1. Почему необходимо включать пусковой реостат?

2. Какие системы пуска вы знаете?

3. Как выбрать значение расчетного пускового тока?

4. Какие способы уменьшения потерь в пусковых реостатах вы знаете?

Тема 3.2. Регулирование скорости.

Общие сведения; способы регулирования: изменения напряжения на зажимах двигателя, включения последовательно с двигателями регулируемого резистора сопротивлением; изменение магнитного потока СФ.

Литература [1].

Методические указания

Скорость двигателя можно регулировать тремя способами:

1. Изменением напряжения на зажимах двигателя;

2. Включением последовательно с двигателями регулируемого резистора сопротивлением;

3. Изменением магнитного потока.

Изменение напряжения на зажимах тягового двигателя при заданном напряжении контактной сети можно осуществить различными путями. На ГЭТ нашли применение переключения тяговых двигателей с последовательного на параллельное соединение; использование импульсного регулирования.

Последовательно-параллельное переключение тяговых двигателей – достаточно экономичный способ и не требует сложного дополнительного оборудования. Однако он обладает следующими недостатками:

· отсутствие плавного регулирования скорости,

· наличие значительного числа коммутационной аппаратуры,

· при последовательном соединение двигателей – мягкие тяговые характеристики, что способствует боксованию.

В настоящее время применяются способы регулирования напряжения с помощью статических полупроводниковых преобразователей на ПС. Наиболее целесообразным является использование тиристорных импульсных регуляторов. В этом случае напряжение контактной сети прикладывается к импульсному регулятору, на выходе которого получается регулируемое в широких пределах напряжение, которое подводится к тяговым двигателям.

При изучении темы необходимо научиться рассчитывать характеристики двигателей при изменении сопротивления реостата.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие переключения тяговых двигателей нашли применение на городском электрическом транспорте?

2. Во сколько увеличивается напряжение, приложенное к двигателю, при последовательно-параллельном соединение двигателей?

Тема 3.3. Характеристики двигателей при изменении напряжения.

Расчёт характеристик двигателей последовательного возбуждения; расчёт характеристик при изменении сопротивления реостата.

Литература [1], [3].

Методические указания

Если для двигателей последовательного возбуждения имеются характеристики при номинальном напряжении, их можно пересчитать на другое напряжение. Для этого необходимо иметь характеристику зависимости магнитного потока от тока.

При регулировании напряжения на зажимах двигателя смешанного возбуждения пересчет характеристик производится таким же способом, как и у двигателей последовательного возбуждения, если ток в параллельной обмотке возбуждения не изменяется.

Учащийся должен знать, что такой способ для длительного регулирования скорости применяется редко, т.к. он обладает существенными недостатками:

· Значительные потери энергии в реостате,

· Скоростные характеристики получаются мягкими, что увеличивает вероятность возникновения боксования.

Как правило, такой способ регулирования применяется в сочетание с перегруппировкой двигателей.

Вопросы для самоконтроля

1. Как влияет на регулирование скорости включение последовательно с тяговым двигателем регулируемого реостата?

2. Как изменяется падение напряжения на сопротивлении реостата по мере возрастания нагрузки?

3. Какими недостатками обладает данный способ регулирования скорости?

Тема 3.4. Характеристики двигателей при изменении возбуждения.

Способы изменения ; характеристики двигателя смешанного возбуждения при изменении возбуждения.

Литература [1], [3].

Методические указания

У двигателей последовательного возбуждения изменение возбуждения можно осуществить различными способами:

· шунтированием обмотки возбуждения;

· секционированием обмотки возбуждения;

· регулирования возбуждения с помощью специального возбудителя;

· импульсным регулированием возбуждения.

Принципиальная схема шунтирования обмотки возбуждения представлена на рис.1.12. В этом случае параллельно обмотке возбуждения ОВ подключается регулируемый реостат R_ш. Индуктивный шунт ИШ служит для сглаживания бросков тока при резком изменении напряжения в контактной сети. Если правильно подобран шунтирующий контур, то всегда сохраняется равенство:

L_ов/r_ов»L_иш/R_иш

При нормальном возбуждении контактор Р разомкнут, и ток якоря I равен току возбуждения I_в. Для ослабления возбуждения контактор Р замыкается, и через обмотку возбуждения ОВ будет протекать только часть тока якоря I_в=I-I_ш. Следовательно, уменьшится магнитный поток СФ и увеличится скорость. Этим способом можно получить необходимое число ступеней ослабления возбуждения.

При секционировании обмотки возбуждения изменение возбуждения осуществляется отключением части обмотки возбуждения путем включения контактора Р2 (рис.1.13). Этот способ не получил распространения, т.к. имеет ряд существенных недостатков:

·усложнение конструкции тягового двигателя, связанное с изготовлением отпаек на обмотке возбуждения;

·наличие такого переходного момента, когда замкнуты оба контакта Р1 и Р2, т.е. часть обмотки возбуждения ОВ практически замкнута накоротко, что может привести к нарушению коммутации и возникновению кругового огня.

Система регулирования возбуждения с помощью специального возбудителя (рис.1.14) состоит в том, что параллельно обмотке возбуждения ОВ через разделительный резистор R подключается специальный возбудитель В. изменяя возбуждение возбудителя, т.е. напряжение на нем, можно изменять в широких пределах ток возбуждения двигателя М. Такой возбудитель может быть как электромашинный, так и тиристорный. Эта схема нашла применение в режиме рекуперации. Резистор R необходим, чтобы от одного возбудителя, возможно было осуществлять питание нескольких обмоток возбуждения параллельно соединенных двигателей.

При изучении данной темы учащиеся должны научиться рассчитывать скоростную характеристику при регулирование возбуждения, исходя из формулы

n¢=(U_д-Ir¢)/CF¢

где n¢ - скорость при измененном возбуждении и токе якоря I;

r¢ - полное сопротивление двигателя при измененном возбуждении;

CF¢ - магнитный поток при токе якоря I.

На рис.1.15 представлены характеристики на ободе движущего колеса двигателя ПВ при номинальном напряжении на двигателе U_д и полном и ослабленном возбуждениях. Кривая КПД при ослабленном возбуждении проходит ниже, чем при полном в области малых нагрузок, вследствие увеличения магнитных и механических потерь. В области средних и больших нагрузок КПД h¢ увеличивается вследствие уменьшения сопротивления цепи возбуждения двигателя. Сила тяги F¢ при ослабленном возбуждении уменьшается, т.к. уменьшается магнитодвижущая сила.

. У двигателей смешанного возбуждения регулирование возбуждения осуществляется изменением тока возбуждения I_ш параллельной обмотки. Коэффициентом регулирования возбуждения этой обмотки называется отношение магнитодвижущей силы при определенной ступени регулирования к магнитодвижущей силе при наибольшем токе возбуждения.

На рис.1.16 представлены характеристики двигателя с