Strona główna » Liceum » Przedmioty ścisłe » Fizyka


Zastosowanie silnika pršdu stałego (2)



Poprzednia praca: Fizyka - pojęcia (1)
Następna praca: zasady dynamiki, tarcie (sciaga) (2)



Treść: Zastosowanie silnika elektrycznego pršdu stałego - trakcja elektryczna
Jednym z licznych zastosowań silnika elektrycznego pršdu stałego sš silniki trakcyjne w lokomotywach, elektrycznych zespołach trakcyjnych oraz tramwajach i trolejbusach. Silnik trakcyjny to nic innego jak silnik zainstalowany w pojeŸdzie, który napędza zestawy kołowe (1 zestaw kołowy to dwa koła zamocowane na jednej osi) tylko za pomocš przekładni mechanicznej bšdŸ jest zainstalowany bezpoœrednio w osi kół (wirnik silnika jest osadzony na osi zestawu). To ostatnie rozwišzanie stosowane jest stosunkowo rzadko, ze względu na charakterystykę silnika i zwykle koła napędzane sš przez silnik za pomocš układu odpowiednich sprzęgieł i przekładni.
W niniejszej pracy omówimy silniki trakcyjne stosowane w lokomotywach elektrycznych oraz elektrycznych zespołach trakcyjnych (tzw. jednostkach).
Praktycznie wszystkie pojazdy trakcyjne PKP sš wyposażone w samowzbudne silniki szeregowe pršdu stałego, zwykle czterobiegunowe z biegunami komutacyjnymi. Co oznacza termin "silnik szeregowy"? Oznacza to, iż uzwojenia wzbudzenia silnika (stojan) oraz uzwojenia komutacyjne stojana i twornik silnika połšczone sš w jeden szereg. Co oznacza termin "samowzbudny"? Wynika to już z tego, iż silnik jest szeregowy i w zasadzie gdy mówimy o silniku szeregowym - musi być on samowzbudny. Chodzi o to, że uzwojenia stojana, wytwarzajšce stały strumień pola, sš zasilane z tego samego Ÿródła co uzwojenia twornika (wirnik). Pewnš nieœcisłoœciš w tej materii może być fakt, iż silniki w pojazdach trakcyjnych sš czasami wykorzystywane do hamowania tych pojazdów i wtedy nie możemy mówić już o silniku, lecz o pršdnicy. W celu zapewnienia poprawnego działania hamowania elektrodynamicznego stosuje się zwykle odpowiednie przełšczenia w układzie oraz zastosowanie obcego wzbudzenia przy małych prędkoœciach (np. z baterii akumulatorów bšdŸ dodatkowej przetwornicy). Wtedy maszyna szeregowa może zmienić się np. w maszynę szeregowo-bocznikowš obcowzbudnš. Ale to sš jednak szczegóły, my potraktujemy maszyny trakcyjne w pojazdach jedynie jako silniki.
Silnik szeregowy pršdu stałego posiada bardzo wiele korzystnych cech, które decydujš o zastosowaniu właœnie tego rodzaju maszyny do napędu pojazdów. Po pierwsze silnik szeregowy jest mało wrażliwy na zmiany napięcia sieci i nie powodujš one gwałtownych zmian momentu obrotowego. Przy małych prędkoœciach wartoœć momentu obrotowego silnika szeregowego jest proporcjonalna do kwadratu pršdu, natomiast przy większych prędkoœciach kštowych - proporcjonalna do pršdu. Poza tym silnik szeregowy w zakresie prędkoœci obrotowych od 0 do prędkoœci ustalonej jest mniej przecišżony niż np. silnik bocznikowy oraz do uzyskania tej samej prędkoœci pojazdu możemy zastosować silnik szeregowy o mocy mniejszej niż silnik bocznikowy. Pewnymi wadami silnika szeregowego jest duża zmiennoœć prędkoœci obrotowej podczas zmian obcišżenia (np. wzniesienie) oraz możliwoœć tzw. rozbiegania się silnika. Rozbieganie się silnika polega na tym, iż silnik nie obcišżony cały czas zwiększa swojš prędkoœć obrotowš, aż do krytycznego momentu przekroczenia wytrzymałoœci mechanicznej, gdy ulegnie całkowitemu zniszczeniu. W czasie normalnej eksploatacji nie ma to takiego znaczenia, gdyż istnieje równowaga pomiędzy momentem przyspieszajšcym a hamujšcym, lecz stanowi poważne zagrożenie w wypadku wystšpienia poœlizgu zestawów kołowych przy rozruchu. Zerwanie przyczepnoœci powoduje cišgłe zwiększanie prędkoœci obrotowej silnika co w połšczeniu z dużš wartoœciš pršdu płynšcego przez silnika powoduje powstanie bardzo niebezpiecznego zjawiska, tzw. ognia okrężnego komutatora, który w krótkim czasie spowoduje nieodwracalne zniszczenie wirnika.
Silniki elektryczne w odróżnieniu od np. silnika spalinowego majš tę pozytywnš właœciwoœć, iż sš przecišżalne. Wynika to z tego, iż silnik elektryczny pobiera energię z zewnętrznego Ÿródła, tzn. sieci trakcyjnej. Właœciwie sš dwa ograniczenia mocy silników elektrycznych, w tym pršdu stałego - wytrzymałoœć termiczna izolacji oraz poprawnoœć komutacji. Wytrzymałoœć termiczna izolacji to nic innego jak dopuszczalna temperatura pracy silnika, który w czasie, gdy przez jego uzwojenia płynie pršd - nagrzewa się. W przypadku krótkotrwałego przecišżenia temperatura pracy nie wzroœnie raczej do wartoœci niedopuszczalnej, więc chwilowe ograniczenie obcišżalnoœci jest zwišzane jedynie z komutacjš. Przyjmuje się, że dopuszczalny pršd, który nie powoduje nieprawidłowoœci ze strony komutacji równa się dwukrotnej wartoœci pršdu mocy godzinnej silnika, czyli maksymalna moc, jakš silnik może osišgnšć w cišgu krótkiego okresu czasu to dwukrotna wartoœć mocy godzinnej. W praktyce tak projektuje się obwody elektryczne, aby maksymalny pršd jaki może popłynšć przez uzwojenia silników równał się 1,8~1,9 pršdu mocy godzinnej. W przypadku przekroczenia pewnej wartoœci pršdu płynšcego przez silnik powstaje ogień okrężny na komutatorze, co jest powodem uszkodzenia silnika, a nawet pożaru lokomotywy. Z reguły jednak osišgnięcie tak dużej wartoœci pršdu jest niemożliwe ze względu na zabezpieczenia nadmiarowe obwodów oraz wczeœniejsze zerwanie przyczepnoœci kół. Czy przecišżalnoœć to naprawdę ważna cecha? Tak, bardzo ważna, przeanalizujmy prosty przykład. Lokomotywa ET-22 posiada szeœć silników trakcyjnych typu EE541b, każdy o mocy godzinnej 520 kW. A więc moc godzinna lokomotywy jest równa 3120 kW. Jest to pokaŸna moc, lecz policzmy, jakš moc lokomotywa ta może osišgnšć w czasie krótkiego okresu czasu - 1,8 x 3120 kW = 5620 kW. A więc w cišgu krótkiego okresu czasu dysponujemy mocš ponad 5,5 MW - to olbrzymia moc, szczególnie porównujšc z dowolnš lokomotywš spalinowš, której moc jest zawsze równa mocy znamionowej, gdyż silnik spalinowy jest nieprzecišżalny i w przypadku próby przecišżenia - spadajš jego obroty, następuje spadek napięcia pršdnicy głównej, zadziałajš zabezpieczenia nadmiarowe silników trakcyjnych bšdŸ zabezpieczenia od strony Diesla.
Kolejnym omawianym zagadnieniem będzie regulacja silnika szeregowego pršdu stałego, czyli sterowanie jego obcišżeniem oraz prędkoœciš obrotowš. Istniejš dwa sposoby zmian prędkoœci obrotowej silnika pršdu stałego, wynikajšce ze wzoru na prędkoœć kštowš - poprzez zmianę napięcia na jego zaciskach oraz przez zmianę strumienia pola wzbudzenia.
Zmianę napięcia na zaciskach silników możemy spowodować kilkoma sposobami, jednak najpowszechniejszš metodš, stosowanš w taborze PKP jest zastosowanie w obwodzie opornoœci oraz zmiana układu połšczeń silników.
Opornoœć w obwodzie powodowana jest włšczeniem do niego szeregowo oporników rozruchowych, które ograniczajš napięcie na silnikach oraz wartoœć pršdu płynšcego przez obwód. Oporniki te sš kolejno eliminowane, poprzez zwieranie ich za pomocš odpowiednich styczników, aż do uzyskania jazdy bezoporowej (wyeliminowanie wszystkich oporników). W interesie konstruktorów i użytkowników jest spowodowanie, aby jazda bezoporowa mogła być osišgnięta jak najszybciej, gdyż następujš olbrzymie straty energii w opornikach oraz występuje ich przecišżenie termiczne. W celu ograniczenia nagrzewania się oporników, stosuje się odpowiednie układy chłodzenia bloków oporowych, zwykle poprzez zainstalowanie ich pod spodem pudła lub na dachu wagonu motorowego (jednostka) oraz zastosowanie dodatkowych wentylatorów (lokomotywy). Aby wentylacja oporników przebiegała jak najsprawniej, stosuje się doœć ciekawy sposób zasilania wentylatorów oporów - potencjałem, powstałym ze spadku napięć na wybranych opornikach (lokomotywa EU-07, ET-22). Spadek napięcia na oporach jest proporcjonalny do wartoœci pršdu płynšcego przez rezystory, a więc i do ciepła Joul`a, które się na nich wydziela. Powoduje to, iż wydajnoœć wentylatorów jest regulowana w sposób naturalny - im większy płynie pršd - tym wentylatory chodzš szybciej, a w przypadku gdy wyeliminujemy opory - spadek napięcia będzie się równał zero i wentylatory wyłšczš się.
Zmiana układu połšczeń powoduje, iż napięcia na silnikach będš podzielone w inny sposób i będš przyjmowały różne wartoœci. Zmiana układu odbywa się dzięki zastosowaniu odpowiednich styczników, bšdŸ zespolonych nastawników grupowych (w przypadku większej iloœci silników). Jak wiemy - cztery silniki trakcyjne możemy połšczyć w trzy układy - szeregowy (wszystkie silniki w szeregu), szeregowo-równoległy (dwie grupy po dwa silniki pracujšce w szeregu połšczone równolegle) lub równoległy (wszystkie silniki pracujšce równolegle). Ze względów konstrukcyjnych stosuje się tzw. grupy dwusilnikowe, to znaczy, że po dwa silniki pracujšce w szeregu tworzš grupę. W takim wypadku cztery silniki możemy połšczyć w dwa układy - szeregowy i równoległy. W pierwszym przypadku napięcie na każdym silniku (przy napięciu sieci 3000V) będzie wynosiło 750V, w drugim - 1500V. W przypadku lokomotywy szeœcioosiowej (6 silników) - silniki możemy połšczyć w trzy układy - szeregowy, szeregowo-równoległy (dwie grupy trzech silników połšczonych w szereg połšczone równolegle) oraz równoległy. Napięcia na każdym silniku będš wtedy wynosiły 500V (szeregowe), 1000V (szeregowo-równolegle) oraz 1500V (równoległe).
Regulację prędkoœci poprzez zmianę wzbudzenia uzyskuje się po uzyskaniu jazdy bezoporowej w okreœlonym układzie. Jak wiemy, ze wzoru na prędkoœć kštowš silnika prędkoœć ta jest proporcjonalna do napięcia oraz odwrotnie proporcjonalna do strumienia pola. A więc wzrost prędkoœci możemy uzyskać poprzez osłabienie strumienia pola, co dokonuje się poprzez zbocznikowanie uzwojeń wzbudzenia za pomocš odpowiednich rezystorów. Podczas bocznikowania następuje wzrost prędkoœci obrotowej silnika kosztem momentu obrotowego. Zazwyczaj stosuje się kilka stopni osłabiania strumienia pola, poprzez umieszczenie w obwodzie bocznikowania kilku rezystorów, zwieranych kolejno za pomocš styczników. Do obwodu osłabiania pola włšczona jest szeregowo opornoœć indukcyjna (tzw. boczniki indukcyjne), które łagodzš wpływ gwałtownych zmian napięcia na pracę silnika, gdyż w stanie naturalnym (z pełnym wzbudzeniem) funkcję dławišcš spełniajš właœnie uzwojenia wzbudzenia, które zostajš bocznikowane w procesie osłabiania pola i w stanach nieustalonych funkcję tę spełniajš zastępczo właœnie boczniki indukcyjne.
Kolejnym zagadnieniem jest koniecznoœć przystosowania silników do pracy w obydwu kierunkach wirowania. Zmianę kierunku obrotów dokonuje się bardzo prosto, poprzez zmianę kierunku pršdu w uzwojeniach wzbudzenia. Urzšdzeniem służšcym do dokonywania takiego przełšczenia sš tzw. nawrotniki, czyli elektropneumatyczne nastawniki przełšczajšce odpowiednie styki.
Ostatnim problemem jest zabezpieczenie silników trakcyjnych przed uszkodzeniem i pracš w stanie uszkodzonym oraz problem wystšpienia awarii. Obwód główny lokomotywy (w którym podstawowym elementem sš silniki trakcyjne) jest chroniony kilkoma podstawowymi rodzajami zabezpieczeń. Sš to zabezpieczenia nadmiarowe, ziemnozwarciowe i napięciowe.
W skład zabezpieczeń nadmiarowych wchodzš tzw. przekaŸniki nadmiarowo-pršdowe, które chroniš silniki przed skutkami przecišżeń. Ich zadziałanie następuje, gdy przez obwód silników popłynie pršd wyższy od pršdu nastawienia przekaŸnika i spowodujš otwarcie odpowiednich styczników w celu odcięcia dopływu pršdu (zwykle styczników liniowych). Zabezpieczeniem nadmiarowym mogš być także bezpieczniki topikowe.
W skład zabezpieczeń ziemnozwarciowych wchodzi tzw. przekaŸnik różnicowo-pršdowy, który zabezpiecza silniki przed skutkami zwarć częœciowych i zwišzanych z nimi dużych upływnoœci doziemnych pršdu. Zadziałanie takiego przekaŸnika wystšpi, gdy w obwodzie silników wystšpi zwarcie częœci będšcej pod potencjałem WN z częœciš uziemionš, np. przebicie izolacji silnika. Zadziałanie takich zabezpieczeń powoduje zwykle otwarcie głównego wyłšcznika lokomotywy, którym najczęœciej jest tzw. wyłšcznik szybki.
W skład zabezpieczeń napięciowych wchodzi szereg urzšdzeń zabezpieczajšcych instalacje lokomotywy przed skutkami pojawienia się niedozwolonego potencjału w aparaturze i maszynach, które może być spowodowany zarówno poprzez podstację trakcyjnš, jak i wyładowania atmosferyczne. Sš to wszelkiego rodzaju kondensatory odgromowe, odgromniki zaworowe, odiskrowniki oraz przekaŸniki elektromagnetyczne. PrzekaŸniki elektromagnetyczne mogš chronić silniki przed pracš przy obniżonym napięciu (przekaŸnik zanikowo-napięciowy), przed pojawieniem się niedozwolonego napięcia na zaciskach silników (przekaŸniki nadpięciowe), które sš z reguły wykorzystywane podczas hamowania elektrodynamicznego oraz zabezpieczenia poœlizgowe, badajšce różnice napięć na zaciskach silników i wykrywajšce w ten sposób poœlizg zestawów kołowych.
Silniki trakcyjne, prawidłowo eksploatowane, sš urzšdzeniami rzadko ulegajšcymi awariš. Ponieważ jednak lokomotywa powinna być jak najbardziej niezawodna, stosuje się rozwišzania pozwalajšce lokomotywie na pracę z odłšczonš częœciš silników trakcyjnych, co umożliwia jej samodzielne doprowadzenie pocišgu do najbliższego punktu, gdzie może nastšpić wymiana lokomotywy na sprawnš. Służy do tego układ odpowiednich odłšczników oraz połšczonych z nimi uzależnień. Maszynista po stwierdzeniu awarii silnika trakcyjnego wchodzi do przedziału wysokiego napięcia na lokomotywie i za pomocš odpowiednich sterowników odłšcza uszkodzonš grupę silników z pracy. Najczęstszymi uszkodzeniami silników sš zwarcia doziemne powodowane przebiciem izolacji silnika, uszkodzeniem szczotkotrzymaczy oraz innymi uszkodzeniami, których przyczynš jest uszkodzenie mechaniczne bšdŸ zawilgocenie silnika.
Opracowanie samodzielne Jacek Jastrzębski
...


Widzisz tylko część pracy, aby zobaczyć całość, musisz się zalogować.

Nie masz jeszcze u Nas konta? Na co czekasz? ZAREJESTRUJ SIĘ JUŻ TERAZ

Zapomniałeś hasła? Skorzystaj z formularza przypominającego hasło.


Czytano: 2418 , autor: sylwester811 , Ocena: 21.15

      Blip Śledzik Twitter Facebook Buzz Wykop

Inne podobne teksty do tytułu Zastosowanie silnika pršdu stałego (2)

Zastosowanie ultradźwięków (3)
Zastosowanie silnika pršdu stałego (1)
Zastosowanie ultradźwięków (1)
Zastosowanie ultradźwięków (2)
Zastosowanie naczyń połączonych
Zastosowanie izotopów promieniotwórczych (2)
Zastosowanie promieniowania X
Zastosowanie izotopów promieniotwórczych (1)
Zastosowanie zjawiska fotoelektrycznego, zewnętrznego.
Zastosowanie zewnętrznego i wewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego. Fotony, fotoogniwa i inne elementy fotoelektryczne w nowoczesnej technice
Zastosowanie fal elektromagnetycznych
Zastosowanie promieniotwórczości
Zastosowanie odbicia wewnętrznego.
Zjawisko fotoelektryczne i wykorzystanie go w fotorezystorach, fotodiodach i fototranzystorach. Zastosowanie fotorezystorów, fotodiod, fototranzystorów – przykłady.
Zastosowanie fizyki w medycynie.


Losowe teksty z tej samej kategorii

Promieniowanie mikrofalowe
Mikołaj Kopernik (4)
Ruch harmoniczny
Ostroznie z prądem elektrycznym
Gwiazdozbiory (2)
Jądro atomowe (1)
Energia kinetyczna (2)
Bozony (1)
Zasady dynamiki Newtona (3)
Anihilacje


Wasze komentarze

Brak komentarzy dla danej pracy.




Zmień kategorię:

Zobacz także:

Przedmioty ścisłe
Chemia Chemia
Fizyka Fizyka
Informatyka Informatyka
Matematyka Matematyka

A A A A - zmień wielkość czcionki


Oceń pracę:

Ocena pracy wynosi 21.15.

Informacje o pracy:

⇒Dodano: 2008-02-03 11:26:47
⇒Czytano: 2418
Autor: sylwester811


Dodatkowe opcje:

Drukuj stronę
ZGŁOŚ NARUSZENIE
Wyślij znajomemu
Dodaj do ULUBIONYCH



Dodaj komentarz:

Tytuł:

Treść: