Сравнение двигателей с различными типами возбуждения для их применения в качестве тяговых

1. Сравнение по пусковому и вращающему моменту. Так как у сериесного двигателя М_вр зависит от квадрата тока якоря, поэтому, при одном и том же токе якоря сериесный двигатель будет развивать больший М_вр и пусковой момент, чем шунтовой.
2. Сравнение по перегрузочной способности. При одном и том же пусковом и вращающем моментах, сериесный двигатель потребляет меньший ток чем шунтовой, поэтому меньший нагрев обмоток двигателя и он обладает большей перегрузочной способностью.
3. Сравнение по разнице диаметров бандажей колесных пар. Так как допускается разница диаметров бандажей, то двигатели будут вращаться с разной частотой. Даже если двигатели имеют одинаковые характеристики, то они будут потреблять разные токи и соответственно, разница токов у сериесных двигателей значительно меньше из-за мягкости характеристик.
4. Сравнение по разнице характеристик ТЭД.Из-за технологических допусков двигатели имеют различные характеристики. Допускается отклонение частоты вращения при номинальных условиях до 4%, поэтому, даже при одинаковых диаметрах бандажей колесных пар ТЭД потребляют разные токи и у сериесных двигателей эта разница токов меньше чем у шунтовых.
5. Сравнение по броскам напряжения в контактной сети.Броски напряжения в контактной сети возникают, например, при отключении ГВ одной из секций в режиме тяги, при этом к остальным ТЭД прикладывается большее напряжение, то есть они переходят на более высокоскоростную характеристику. Так как частота вращения ТЭД мгновенно изменится не может, то в двигателях происходит бросок тока и у сериесных ТЭД эти броски тока значительно меньше чем у шунтовых.
6. Сравнение по механической прочности катушек полюсов.У сериесных двигателей по катушкам полюсов проходит значительный электрический ток, поэтому для создания основного Ф большого количества витков не требуется. Катушки полюсов выполняют из шинной меди большего сечения. Такие катушки более механически прочные, что имеет преимущества при ремонте машины.
7. По способности ТЭД автоматически переходить в генераторный режим. Шунтовой двигатель может автоматически переходить в генераторный режим, сериесный двигатель не может перейти в генераторный режим, а при малых нагрузках идет в разнос.
8. По склонности к буксованию.В начале буксования у шунтовых двигателей n увеличивается незначительно, а кроме того, при частоте вращения якоря более nкр шунтовой двигатель переходит в генераторный режим – тормозной. Этот двигатель менее склонен к буксованию.

Обмотка якоря

Вся обмотка якоря состоит из секций. Все секции между собой соединены последовательно, и конец последней секции соединен с началом первой. Секции бывают одновитковые и многовитковые.

1. Активные части витка.
2. Лобовая часть витка.
3. Лобовые изгибы.
4. Коллекторные пластины.
5. Изоляция (миканит).

В тяговых двигателях секции делают одновитковые, поэтому, будем считать секцию и виток одним и тем же. Активные части укладываются под разноименными полюсами машины.

Типы обмоток якоря

Простая петлевая обмотка. При данном типе обмотки у электрической машины количество параллельных ветвей в обмотке якоря равно количеству полюсов и количеству щеток. Применяется в электрических машинах, рассчитанных на относительно большой ток, создают и выдерживают относительно не высокое напряжение.

Простая волновая обмотка. У данной обмотки количество параллельных ветвей всегда равно двум, независимо от количества полюсов. Машины с таким типом обмотки рассчитаны на относительно небольшой ток и высокое напряжение.

Реакция якоря

Для характеристики магнитного поля электрической машины существует понятия:

Геометрическая нейтраль – это линия, перпендикулярная оси полюсов и проходящая через середину расстояния между ними.

Физическая нейтраль – это линия перпендикулярная основному магнитному потоку и проходящая через середину расстояния между полюсами.

Реакция якоря – это воздействие магнитного поля якоря на основное магнитное поле полюсов машины.

Из-за реакции якоря основное магнитное поле полюсов искажается, то есть, под одним краем полюса магнитное поле усиливается, а под другим краем – ослабляется, соответственно происходит поворот физической нейтрали относительно геометрической.

Вредные последствия реакции якоря

1. Размагничивающее действие – при усилении магнитного поля под одним краем полюса, этот край полюса доходит до магнитного насыщения, поэтому из-за реакции якоря магнитное поле ослабляется в большей степени под одним краем, чем усиливается под другим. Соответственно, основной магнитный поток Ф₀ уменьшится, что приводит и к уменьшению М_вр и Е_г.

2. Ухудшение коммутации из-за поворота физической нейтрали относительно геометрической. Коммутируемая секция на геометрической нейтрали пересекает магнитные силовые линии, при вращении якоря, и в секции индуктируется ЭДС вращения, которая способствует увеличению искрения под щетками.

3. Увеличение вероятности возникновения кругового огня по коллектору. При вращении якоря витки проходят через сгущение магнитных силовых линий, поэтому под одним краем полюса индуктируется большая ЭДС, а значит, увеличивается напряжение между двумя соседними коллекторными пластинами, что может привести к пробою воздушной изоляции между пластинами коллектора и как следствие – к круговому огню по коллектору (переброс). Круговой огонь – это мощная электрическая дуга по коллектору, которая замыкает две разноименные щетки между собой.