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.

[Zabor]

Просто и понятно, даже не интересно =)), Aleks, без обид

[Aleks]

Сообщение от Zabor

Просто и понятно, даже не интересно =))

За просто и понятно спасибо. Стараюсь объяснить так, чтобы те, кто хочет, поняли.
А вот за "даже не интересно" мне полагается обидется.

[Analytic]

Тут рассмотрен простой случай, когда ОВ и ОЯ запитаны от одного источника напряжения. Но ведь шунтирование ОВ резистором, как ни крути, это потери. Что если подключить ОВ и ОЯ к разным источникам?
На первый взгляд, это как минимум позволит избежать потерь на шунтирующем резисторе. А на второй взгляд, позволяет реализовать ещё несколько интересных моментов вроде рекуперации (или я заблуждаюсь и оно реализуется совсем не так?)
Хотелось бы столь же интересное, понятное описание и таких механизмов тоже.

[Слесарь]

Хочу добавить к сказанному Aleks'ом. Для лучшего восприятия.

Подключение сопротивления параллельно ОВ ТЭД правильнее называть не ослаблением поля, а увеличением тока якоря.

Замечу, что при одном токе якоря сила тяги ТЭД ниже при ослабленном поле.

Евгению: КПД двигателя в режиме ОВ ниже. Сопротивление в цепи ТЭД - оно что, КПД повышает?

Забору: ТЭД последовательного возбуждения не перейдёт автоматически в режим электрического торможения, если его раскрутить посильнее. Если на валу двигателя нет нагрузки, он пойдёт вразнос, пока не развалится (обычно разрывается бандаж якоря и разваливается его обмотка + круговой огонь).

Аналитику: электрическое торможение и реализуется переключением ТЭДов с последовательного на независимое возбуждение. Беда в том, что получение требуемых характеристик ЭПС при этом требует довольно сложной аппаратуры и, желательно, электронного управления. Это стало возможным у нас не так давно, да и то ещё не совсем получается (пример - ЭС4К).

[М. Иванов]

Сообщение от Aleks

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;

Я бы здесь написал иначе: проводники обмотки якоря начинают двигаться в магнитном поле главных полюсов и в них, по закону электромагнитной индукции, что мы изучали еще в школе, возникает электродвижущая сила, направленная навстречу приложенному напряжению. И далее по тексту

[Combine]

Что если подключить ОВ и ОЯ к разным источникам?

Это называлось ВЛ12 и было дорого и сложно.

позволяет реализовать ещё несколько интересных моментов вроде рекуперации (или я заблуждаюсь и оно реализуется совсем не так?)

Именно так. ОВ запитывается от возбудителя (или ВУВ на переменниках) с измененным относительно тяги направлением тока.

Подключение сопротивления параллельно ОВ ТЭД правильнее называть не ослаблением поля, а увеличением тока якоря.

Правильнее как раз-таки "ослабление поля" или "ослабление возбуждения" (старый вариант). ГОСТ такой.

[Aleks]

Сообщение от Analytic

Что если подключить ОВ и ОЯ к разным источникам?

Как будем получать напряжение для питания ОВ, применительно к постоянке?
Скажем, у электровоза ВЛ10 (движок ТЛ-2К) сопротивление ОВ одного ТЭД 0,025 Ом. При токе 500 А напряжение всего 12,5 В. На все 8 движков 100 В.
Откуда возьмем постоянное напряжение с такими параметрами?

[Слесарь]

Сообщение от Combine

Правильнее как раз-таки "ослабление поля" или "ослабление возбуждения" (старый вариант). ГОСТ такой.

Я имел ввиду физический смысл.

Чтобы разогнаться дальше - нужно увеличить силу тяги, для этого нужно увеличить ток якоря, для чего можно зашунтировать ОВ, чтобы снизить ЭДС вращения.

[Zabor]

Дык я же не без нагрузки предлагал раскручивать, имелось в виду принудительное раскручивание вала при том же напряжении.

А кстати почему не перейдет в режим генератора?

[Oleg Izmerov]

Сообщение от Analytic

. Что если подключить ОВ и ОЯ к разным источникам?

Получится схема с независимым возбуждением.

В этом случае ослабление поля можно сделать плавным.

[Слесарь]

Сообщение от Zabor

Дык я же не без нагрузки предлагал раскручивать, имелось в виду принудительное раскручивание вала при том же напряжении.

А кстати почему не перейдет в режим генератора?

Ну вот представьте: частота вращения двигателя постоянного тока

n=(U-IaR)/(CeФ);

где
U - напряжение, приложенное к цепи двигателя;
Ia - ток якоря;
R - суммарное сопротивление цепи якоря двигателя;
Ce - машинная постоянная;
Ф - магнитный поток главных полюсов.

Таким образом, частота вращения обратно пропорциональна току нагрузки. При нагрузке на валу менее примерно 25% от номинальной и номинальном напряжении двигатель идёт вразнос.

Если же мы понизим напряжение и попытаемся подкрутить двигатель от внешнего источника мех. энергии, компенсируя потери на трение, ЭДС вращения будет увеличиваться до тех пор (одновременно ограничивая ток двигателя), пока потребление энергии двигателем не сведётся только к нагреву обмоток Ia^2*R. Частота вращения же может быть какой угодно.

В пределе (R=0) ЭДС вращения сравняется с напряжением питания и всё - тока нет, возбужения нет и взяться ему неоткуда.

Поэтому генератор последовательного возбуждения самостоятельно работать не может, всегда нужно начальное возбуждение. Да и по характеристикам такой никому не нужен.

[ПИОНЕР]

Сообщение от Aleks

Шунтируем ОВ резистором. Часть тока пойдет через резистор и ток ОВ уменьшится.

Имеется вопрос. ВЛ10 идёт на ПВ с током ТЭДов 300А. На сколько снизится ток обмотки возбуждения при включении позиции ОВ1 (75%)?

[Oleg Izmerov]

Сообщение от Слесарь

Поэтому генератор последовательного возбуждения самостоятельно работать не может, всегда нужно начальное возбуждение.

Может использоваться остаточный магнитный поток главных полюсов.
На ОПЭ1 был предусмотрен работы ТЭД в режиме реостатного торможения с самовозбуждением при отсутствии напряжения в КС,

[alexcat]

Сообщение от Слесарь

Поэтому генератор последовательного возбуждения самостоятельно работать не может, всегда нужно начальное возбуждение.

Пример 1: Я устранял неисправность на электровозе, токоприемник опущен, тормоза отпущены, собрана схема тяги. ЧМЭ3 не смог сдвинуть электровоз с места, пока я не отключил линейные контакторы.
Пример 2: В депо пригнали сгоревший электровоз спустя сутки после пожара. Некоторые ТЭД оказались разогреты до температуры свыше 100 градусов. На этих двигателях кабели оказались сварены между собой.
Пример 3: Во время передвижения по деповским путям разобранного электровоза без батарей и основного электрооборудования, в его кабине возникло задымление. При осмотре обнаружен обгоревший провод амперметра ТЭД, лежащий на корпусе.
Пример 4: Во время проследования сплотки из двух электровозов, дежурная по переезду сообщила о сильном искрении под колесом второго локомотива. При осмотре обнаружен "залипший" по неизвестной причине линейный контактор, а на соответствующем колесе - множество ползунов. (Кстати, к вопросу о невозможности наделать ползунов при реостатном торможении).