Технический вопрос по эл. двигателям

[Aleks]

Кхм... Ни одного правильного ответа. В целом есть мысли, но от и до - нифига.
Значит так:
Наш объект исследований - один ТЭД электровоза (последовательно соединенные обмотка якоря (ОЯ) и обмотка возбуждения (ОВ) и, замыкающий цепь, включенный им последовательно источник напряжения (U = const).
Первое. Замыкаем цепь, электровоз стоит - частота вращения вала ТЭД нулевая (n = 0). Через двигатель пошел ток, определяемый только его сопротивлением (Rоя + Rов). У двигателя появился крутящий момент, равный:
M = с1*Iя*Ф;
где Iя - ток якоря (и на данный момент всего двигателя, т.е. и ОВ тоже);
Ф - магнитный поток обмотки возбуждения, который, грубо говоря пропорционален ее току;
с1 - постоянный коэффициент.
Т.е. чем больше токи ОВ и ОЯ, тем ТЭД сильнее тянет.
Второе. Появилась сила тяги (момент), электровоз поехал. И, так как любая электрическая машина обратима, то двигатель "стал" генератором, вернее пытается им стать .
ЭДС, вырабатываемая в ОЯ равна:
Eя = c2*Ф*n;
где n - частота вращения вала ТЭД (ну или скорость электровоза);
с2 - также постоянный коэффициент.
Следовательно напряжение, приложенное к сопротивлению обмоток ТЭД, снижается (ведь появилась генераторная ЭДС, направленная против напряжения, приложенного к двигателю). Ток двигателя начинает падать.
Вместе с ним падает магнитный поток ОВ (он же пропорционален току).
А еще вместе падает сила тяги - это же произведение Ф и Iя.
Наступает такой момент, когда сила тяги сровнялась с сопротивлением движению на данной скорости и ток больше не падает, а скорость не растет.
// Необольшое отступление: рассмотрен безреостатный пуск без перегруппировки. Камни не кидать - текст учебный. ))))
Что же делать?
Чтобы увеличить силу тяги надо увеличить ток ОЯ или Ф.
- Если увеличить Ф, то возрастет и ЭДС (см. вторую формулу) следовательно ток упадет. Плохо.
- Увеличить ток ОЯ сам по себе сложно (там же последовательное соединение ОЯ и ОВ).
А вот если уменьшить Ф? Шунтируем ОВ резистором. Часть тока пойдет через резистор и ток ОВ уменьшится. А вот ток ОЯ напротив увеличиться, ведь общее сопротивление движка стало меньше. Так как ток ОВ уменьшился, то уменьшился Ф.
Посмотрим по второй формуле: уменьшился магнитный поток ОВ, следовательно ЭДС якоря упала. Увеличивается общий ток и ток якоря двигателя. Момент на валу ТЭД начинает также увеличиваться. Увеличивается скорость... и т.д.

Если быть внимательным, то можно заметить, что при уменьшении магнитного потока Ф, которое достигается при шунтировании ОВ резистором (а это и есть ослабледние поля), один множитель формулы момента на валу растет (Iя), а другой уменьшается (Ф). Но из-за нелинейной зависимости Ф от Iов ток якоря растет сильнее, чем уменьшается магнитный поток, и, следовательно, ослабление поля позволяет увеличить силу тяги (и скорость) электровоза без дополнительного увеличения напряжения на ТЭД.

P.S. И еще маленькое замечание: коэффициенты с1 и с2 зависят от параметров тягового двигателя, а также от используемых единиц измерения. Если все мерить в системе СИ (даже частоту вращения в рад/сек), то эти коэффициенты равны между собой и рассчитываются исходя из параметров обмоток двигателя.