Одним из наиболее важных параметров электродвигателя является его мощность. Чем большую мощность развивает электродвигатель, тем больший ток проходит по его обмоткам и, в соответствии с законом Джоуля-Ленца, больше тепла выделяется в проводниках. В результате теплового действия тока обмотки и другие детали двигателя нагреваются, их температура становится выше температуры окружающей среды.
Предельно допустимые превышения температур частей электрических машин по отношению к температуре окружающей среды не должны превышать норм, регламентированных ГОСТом. В зависимости от времени, в течение которого части двигателя, работающего в условиях нормально действующей вентиляции, нагреваются до максимально допустимой температуры, ввели понятия продолжительной и часовой мощности [3].
Продолжительной называют наибольшую мощность, которую может развивать двигатель в течение неограниченного времени без повышения температуры частей двигателя сверх максимально допустимого значения.
|
|
Под часовой понимают наибольшую мощность, которую может развивать двигатель в течение одного часа без повышения температуры частей двигателя сверх максимально допустимого значения. При этом
полагают, что температура частей двигателя в начале испытания равна температуре окружающей среды, которую считают равной 25°С.
Параметры электрической машины: напряжение, сила тока, частота вращения вала якоря, к.п.д. - соответствующие работе при продолжительной мощности, называют длительными, а реализуемые при часовой мощности - часовыми. Обычно технические данные тяговых двигателей электровозов приводят для двух режимов: продолжительного и часового [3], а тяговых двигателей тепловозов - для одного режима: продолжительного [4]. Поэтому далее будем считать, что номинальным режимом работы тяговых электромашин тепловозов является продолжительный режим, а электровозов - часовой.
Мощность электрического двигателя, развиваемая на номинальном режиме
PДН = UДН IДН ηДН 10-3, кВт,
(4.5)
где UДН, IДН, ηДН - номинальные значения напряжения, силы тока и к.п.д. двигателя.
Значение к.п.д. ηДН, оценивающее потери энергии при работе машины, для локомотивных тяговых двигателей составляет 90-94%.
Различают три составляющие потерь энергии в электрической машине: электрические, магнитные и механические. Электрические потери в двигателе обусловлены сопротивлением обмоток якоря и полюсов, а также коллекторно-щеточного узла прохождению тока. Магнитные потери обусловлены возникновением вихревых токов Фуко в массивных деталях двигателя, сопротивлением магнитному потоку воздушных, промежутков в магнитной цепи электродвигателя и гистерезисом. Механические потери связаны с трением в подшипниковых узлах и аэродинамическим сопротивлением, возникающими при вращении якоря.
|
|
Режим работы электродвигателя, при котором величина силы тока превышает допустимые значения, называется перегрузочным. Он ведет к сокращению срока службы электрической машины вследствие перегрева и снижения прочности изоляции ее обмоток.
В соответствии с формулой (4.4), значение силы тока в якорных обмотках двигателя Iд взаимосвязано с режимами работы локомотива, а также характеристиками электродвигателя. Зависимость между напряжением Од, приложенным к двигателю, и силой тока Iд определяется законами Ома и Кирхгофа:
UД = EД + IД RД, В,
(4.6)
где EД - ЭДС, индуцируемая в якорной обмотке, В;
IД*RД - падение напряжения в электродвигателе при прохождении по
нему тока (составляет примерно 0,04 UД), В;
RД, - суммарное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом
Фундаментальные законы физики: законы Ампера (4.1),(4.2) и Фа-радся (4.3), - рассмотренные в п.2.1 применительно к отдельному витку (проводнику), для электрического двигателя со сложной якорной обмоткой имеют вид:
ЕД = Се ФД nД, В;
(4.7)
МЭ = СМ ФД IД, Нм,
(4.8)
где МЭ - электромагнитный момент на валу двигателя (вращающий момент без учета механических потерь в двигателе);
ФД - магнитный поток возбуждения двигателя, Вб;
nД - частота вращения вала якоря, об/мин;
Се,СМ - конструктивные постоянные двигателя для расчета ЭДС и вращающего момента соответственно.
Cе = (p N) / (60a);
(4.9)
CM = (p N) / (2pa),
(4.10)
где р - число пар главных полюсов двигателя;
N - количество проводников якорной обмотки;
а - число пар параллельных ветвей якорной обмотки.
Формулы (4.5)-(4.10) создают основу для расчетов рабочих характеристик электродвигателей.
НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЛОКОМОТИВОВ