Способ регулирования магнитного потока

При последовательном возбуждении тяговых двигателей одновременно с изменением тока якоря изменяется и магнитный поток. Это обеспечивает некоторую степень саморегулирования, благодаря чему двигатели последовательного возбуждения широко применяют на локомотивах.

Для уменьшения размеров и массы тягового генератора целесообразно максимально использовать возможности регулирования магнитного потока тяговых двигателей. При этом габаритные размеры тягового генератора можно уменьшить, что видно из формулы (7.5). Очевидно, что заданный диапазон измерения частоты вращения якорей тяговых двигателей можно обеспечить за счет изменения их магнитного потока или подводимого к ним напряжения, причем чем больше степень регулирования магнитного потока, тем меньше необходимый диапазон регулирования напряжения тягового генератора. Следовательно, можно снизить максимальное напряжение, от которого зависят размеры магнитной системы, габаритные размеры и масса тягового генератора.

Поэтому на тепловозах с электрической передачей широко применяют различные способы уменьшения магнитного потока (ослабления возбуждения) тяговых двигателей. Степень ослабления возбуждения a = F _оп/ F _пп, где F _оп и F _пп — магнитодвижущие силы обмотки возбуждения соответственно при ослабленном и полном возбуждении.

Максимальная допустимая степень ослабления магнитного потока ограничивается коммутационными условиями на коллекторе, которые характеризуются максимальной реактивной э. д. с. е, в коммутирующих секциях и максимальным межламельным напряжением е _к. Поэтому с точки зрения коммутации наиболее тяжелым для двигателя является режим максимальной скорости движения при наибольшем ослаблении возбуждения, так как именно в этом случае е _г и е _к достигают максимального значения.

Существуют два основных способа регулирования магнитного потока: отключением части витков обмотки возбуждения (рис. 7.23, а) и шунтированием обмотки возбуждения (рис. 7.23, б). При отключении части витков контактор 1 замыкается, а контактор 2 размыкается. Отключение части витков только замыканием контактора 1 недопустимо, так как при резких бросках тока в закороченной части витков индуктируется э. д. с. и появляется ток, м. д. с. которого направлена против м. д. с. основной части обмотки. В результате резко уменьшается поток двигателя, что может привести к нарушениям коммутации. Степень ослабления возбуждения

a = F _оп/ F _пп = w ₁ I _я/(w ₁ + w ₂) I _я = w ₁/(w ₁ + w ₂).

Рис. 7.23. Схемы регулирования магнитного потока

Метод отключения части витков при нескольких ступенях регулирования не применяют, так как при этом усложняется конструкция тягового двигателя из-за необходимости выполнения нескольких выводов от обмотки возбуждения и увеличивается число контакторов.

Метод регулирования магнитного потока шунтированием обмотки возбуждения нашел повсеместное распространение благодаря своей простоте. В этом случае параллельно обмотке возбуждения контактором 1 (см. рис. 7.23, б) подключается резистор R _ш. Степень ослабления возбуждения

a = F _оп/ F _пп = wI _в/ wI _я = I _в/ I _я,

где I _я и I _в — токи якоря двигателя и обмотки возбуждения; w — число витков обмотки возбуждения.

Легко показать, что

a = R _ш/(R _ш + R _в),

где R _в и R _ш — сопротивления обмотки возбуждения и шунтирующего резистора. Следовательно, изменяя R _ш, можно регулировать степень ослабления возбуждения. Это позволяет легко получить необходимое число ступеней регулирования.

Недостатками метода регулирования с помощью шунтирующего резистора являются необходимость в установке громоздких и тяжелых шунтирующих резисторов, усложнение схемы при большом числе ступеней ослабления возбуждения и некоторые явления возникающие во время переходных процессов при ступенчатом регулировании и ухудшающие коммутационные условия работы двигателей.

Поэтому в последние годы ведутся исследования различных систем плавного регулирования магнитного потока для тяговых двигателей смешанного или независимого возбуждения. Кроме устранения недостатков, свойственных системам ступенчатого регулирования, эти схемы позволяют: повысить противобоксовочную устойчивость локомотивов, что особенно важно при росте их мощности, разработать простые схемы реостатного торможения и т. д.

Следует отметить, что на тепловозах увеличение тока двигателей при изменении схемы соединения или ослаблении возбуждения вызывает соответствующее увеличение тока тягового генератора и уменьшение его напряжения. Мощность же тягового генератора и тяговых двигателей при этом остается постоянной, а значит, при переключениях в схеме не изменяется и сила тяги тепловоза. Следовательно, на тепловозах изменение схемы соединения тяговых двигателей и ослабление их магнитного потока позволяют лишь многократно использовать внешнюю характеристику тягового генератора. При этом ту же максимальную скорость движения можно получить при меньшем напряжении, а значит, при меньших габаритных размерах и массе тягового генератора.