Загальні відомості про тягові електродвигуни.
УМОВИ РОБОТИ ТЯГОВИХ ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ. ВИМОГИ,
Пред'являються до НИМ.
Тягові електродвигуни в режимі тяги служать для перетворення електричної енергії в механічну енергію, тобто для утворення сили тяги електровоза. У режимі електричного гальмування вони служать для перетворення кінетичної енергії поїзда в електричну енергію.
Тягові електродвигуни працюють в більш важких умовах, ніж стаціонарні електродвигуни, так як схильні до дії зовнішнього середовища (пилу, вологи, снігу, коливань температури зовнішнього середовища), вібрації від впливу шляху на електровоз, зміни навантаження в широких межах і коливань напруги в контактній мережі. Тому до тяговим електродвигунів пред'являється ряд особливих вимог. Вони повинні мати:
· Мати велику потужність при малих габаритах;
· Володіти високою перевантажувальної здатністю і витримувати часті пуски;
· Забезпечувати зміна швидкості в широких межах;
· Мати хорошу комутацію при динамічних впливах на нього на нього колісної пари, коливань напруги в контактній мережі та запилення зовнішнього середовища остова;
· Мати високу міцність;
· Стійко працювати як в режимі двигуна, так і в режимі генератора.
ПРИНЦИП РОБОТИ ЕЛЕКТРОДВИГУНА.
Провідник зі струмом в магнітному полі постійного магніту. На провідник зі струмом, поміщений в магнітне поле постійного магніту, діє електромагнітна сила. Ця сила прагне виштовхнути його за межі поля, переміщаючи провідник перпендикулярно магнітним силовим лініям поля. Напрямок цієї сили визначається правилом Лівою руки: долоню лівої руки розташувати так, щоб магнітні силові лінії поля входили в неї, чотири витягнутих пальці розташувати у напрямку струму, розташований під прямим кутом великий палець вкаже напрям електромагнітної сили F (рис.1, а)
Мал. 1. Провідник зі струмом в магнітному полі постійного магніту (а),
виток зі струмом в магнітному полі постійного магніту (б),
освіту електромагнітної сили (в).
Примітка: електромагнітні сили утворюються в результаті взаємодії магнітного поля провідника із зовнішнім магнітним полем (рис.1, в) З правого боку магнітні силові лінії обох полів спрямовані узгоджено, а з лівого боку - спрямовані назустріч один одному. Магнітне поле з правого боку зовнішнього магнітного поля посилене, а з лівого боку - навпаки ослаблене. Під дією посиленого магнітного поля провідник виштовхується в сторону ослабленого магнітного поля з силою F. Ця сила пропорційна силі струму, індукції магнітного поля і довжині провідника.
Виток зі струмом в магнітному полі постійного магніту. На кожну сторону провідника, вигнутого у вигляді витка, поміщеного в магнітне поле постійного магніту вертикально, також діє електромагнітні сили F. Їх напрямок також визначається за правилом лівої руки (рис.1, б). Ці дві сили утворюють пару сил, під дією якої утворюється електромагнітний момент М. Він викликає поворот витка, в даному прикладі, за годинниковою стрілкою і виражається формулою М = F 'Д, де Д - відстань між витками або плече цих сил. Виток буде повертатися до тих пір, поки він перетинає магнітні силові лінії поля, тобто поки він не займе положення, перпендикулярне магнітних силових ліній поля. Подальший його поворот припиниться, тому що крутний момент М дорівнюватиме нулю.
Висновок: один виток зі струмом поміщений в магнітне поле постійного магніту, що не буде обертатися постійно.
Електродвигун. Для того щоб крутний момент був постійним, необхідно між постійними магнітами розташувати кілька таких витоків. У той час, коли один виток розташований перпендикулярно магнітним силовим лініям і його М = 0. інший - в цей же час перетинає магнітні силові лінії поля і створює крутний момент. Потім цей момент буде створювати наступний виток і т.д. Таке конструктивне рішення для створення постійного крутного моменту і використовується в електродвигуні.
Основні елементи електродвигуна (рис.2).
Для кріплення всіх деталей застосовують остов, який є одночасно і магнітопроводом.
Замість постійних магнітів застосовують електромагніти, звані головними полюсами. Вони складаються з осердя, зібраного з листів електротехнічної сталі, і котушки. Головні полюси створюють основний магнітний потік двигуна. Котушки полюсів з'єднуються між собою послідовно і утворюють обмотку головних полюсів або обмотку збудження.
- витки (секції), що утворюють обмотку якоря, комплектують в котушки і закріплюють в круглому осерді. Він виготовляється з листів електротехнічної сталі. Цей сердечник напрессован на вал, який обертається в підшипниках, закріплених в підшипникових щитах остова. Обмотка і сердечник разом складають якір і називаються, відповідно, обмотка якоря і сердечник якоря;
- для підведення струму до обмотки якоря застосовують щітковий апарат і колектор, в пластини якого упаяні секції обмотки якоря.
Рис.2. Розріз електродвигуна постійного струму.
У тяговому електродвигуні обмотка збудження і обмотка якоря з'єднуються між собою послідовно і підключаються до контактної мережі. Так як на кожну сторону секцій обмотки якоря діють електромагнітні сили F, в результаті взаємодії цих сил, як розглядалося вище, і утворюється безперервний обертовий момент М. (рис. 3, а). Цей момент обертає якір з певною частотою n.
Оскільки електромагнітні сили утворюються в результаті взаємодії магнітного поля з зовнішнім полем, то освіту крутного моменту електродвигуна можна сформулювати так: "Момент, що обертає електродвигуна утворюється в результаті взаємодії магнітного поля якоря з магнітним полем головних полюсів"
При обертанні секцій обмотки якоря в магнітному полі головних полюсів в них індукується е.р.с. (електрорушійна сила). Її напрямок визначається Правилом лівої руки (Мал. 3, б): якщо долоню правої руки розташувати так, щоб магнітні силові лінії поля входили в долоню, відігнутий великий па-ник поєднати з напрямком руху провідника, то витягнуті чотири пальці вкажуть напрямок індукованої е. д.с. З Рис.3, б видно, напрямок її протилежно току, що протікає по секції, а значить і додається до нього напруги. Тому, щоб якір не припинив обертання, прикладена до нього напруга, має бути більше сумарної ЕРС всіх його секцій. Так як ця е.р.с. спрямована проти струму, що протікає по секціях обмотки якоря, її називають протидії е.р.с. а оскільки вона активується при обертанні якоря, її називають ще й е.р.с. обертання.
Рис.3. Електрична схема електродвигуна (а), освіту е.р.с. (Б).
Таким чином, при роботі електромашини в режимі електродвигуна:
· Електромагнітний момент М частота обертання nсовпадают у напрямку, що характеризує віддачу машиною механічної енергії;
· В провідниках обмотки якоря виникає е.р.с. спрямована проти струму і зовнішньої напруги, що викликає необхідність споживання машиною електричної енергії.