Вращающий момент асинхронного двигателя.

Принцип действия асинхронного двигателя, как указывалось, основан на взаимодействии вращающегося поля и тока, индуктиро­ванного этим полем в обмотке ротора.

В результате взаимодействия магнитного потока Ф с током I₂, протекающим в проводниках обмотки ротора, возникают электро­магнитные силы, приводящие ротор во вращение.

Поэтому вращающий момент, создаваемый на валу двигателя, зависит от величины тока ротора I₂ и от магнитного потока Ф. Кроме того, на величину вращающего момента асинхронного двигателя влияет сдвиг фаз Ψ₂ между током I₂ и ЭДС ротора.

Д ля уяснения влияния cosΨ₂ рассмотрим картину электромагнит­ных сил, действующих на. проводники ротора.

Рассмотрим сначала случай, когда индуктивность обмотки ротора мала и поэтому сдвигом фаз между током и ЭДС можно пренебречь. Вращающееся магнитное поле статора здесь заменено полем полюсов N и S, вращающимся, предположим, по направлению часовой стрелки. Пользуясь правилом «правой руки», I определяем направление ЭДС и токов в обмотке ротора. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создают момент вращения. Направления сил, действующих на проводники с током, определяются по правилу «левой руки». Как видно из чертежа ротор под действием сил будет вращаться в ту же сторону, что и само вращающееся поле, т.е. по часовой стрелке.

Регулирование напряжения на тяговых двигателях.

Тиристорно-импульсный регуляторный состоит из фильтра Lф-Сф, тиристорного-импульсного прерывателя(ТИП), сглаживающего реактора(L) и обратного диода(V), шунтирующего последовательно включенного сглаживающего реактора(L) и обмотки двигателя.

Тиристорно-импульсный прерыватель представляет собой ключ, имеющий два устойчивых состояния: замкнутое и разомкнутое. Он переключается с частотой f.

В интервале каждого периода T = l / f ключ замкнут в течение времени  и разомкнут в оставшуюся часть периода T - . Соответственно тяговая машина часть периода, определяемого коэффициентом заполнения  =   T , подключена к источнику напряжения U, а оставшуюся часть периода ( T - ) / T = l -  отключена от него.

Пренебрегая пульсациями напряжения на конденсаторе Cф, которые малы и обычно составляют менее 0,1U, можно считать, что к цепи тяговой машины прикладываются прямоугольные импульсы напряжения амплитудой U и длительностью  . Среднее значение этого напряжения за период

U ср дв = U / T = U.

С помощью тиристорно-импульсного регулятора путем изменения  от min

до единицы среднее значение напряжения U ср дв, прикладываемого к цепи тяговой машины, можно регулировать в широких пределах от U ср дв min до U ср дв max = U.

Энергия от внешнего источника питания (контактный рельс) подводится к цепи тяговой машины импульсами длительностью  и частотой f . Однако преобразование электрической энергии в механическую в тяговой машине происходит непрерывно независимо от состоянии прерывателя , что обеспечивается использованием в рассматриваемой схеме обратного диода V и наличием накопительных элементов: сглаживающего реактора L и обмоток тяговой машины.

За время  энергия , поступающая от внешнего источника напряжения U, потребляется тяговой машиной не полностью, частично запасаясь в накопительных элементах для дальнейшего использования тяговой машиной в интервале T -  периода, когда приток энергии от внешнего источника питания отсутствует. Вследствие этого тяговая машина получает питание непрерывно: в интервале  - от внешнего источника напряжения U, а оставшуюся часть периода l -  - благодаря энергии, запасенной в накопительных элементах. Поэтому, несмотря на импульсный характер питания тяговой машины от внешнего источника питания, ток iя в ее цепи будет непрерывным. Одну часть  периода ток iя нарастает , другую l -  уменьшается, замыкаясь под действием э.д.с. еL , еL и еL самоиндукции, наводимых в реакторе L и обмотках тяговой машины, по цепи обратного диода V, т.е. ток пульсирует на уровне среднего значения I я ср. Таким образом, при размыкании импульсного регулятора ток в цепи тяговой машины не разрывается, а происходит изменение контура для его замыкания. Это исключает появление перенапряжений на регуляторе, несмотря на то, что обмотки тяговой машины и реактор обладают большой индуктивностью.

При работе импульсного прерывателя нельзя допускать также прерывания тока в контактной сети, которая обладает значительной индуктивностью. Непрерывность тока в контактной сети при импульсном характере нагрузки обеспечивает Г – образным фильтром Lф - Cф. Независимо от состояния прерывателя ток в контактной сети имеет контур для замыкания: по цепи тягового двигателя ( i ) или по цепи фильтрового конденсата (i). В интервале периода l - , несмотря на то, что тяговая машина отключена от контактной сети, происходит потребление электрической энергии от источника питания, которая не расходуется, а запасается в фильтровом конденсаторе. В интервале периода  в цепь тяговой машины поступает энергия как от источника питания, так и от фильтрового конденсатора, которая без учета потерь в элементах схемы равна энергии, поступившей от источника за весь период. Таким образом, благодаря накоплению энергии в конденсаторе Cф в интервале период l - 

обеспечивается непрерывность тока в контактной сети. На обмотки асинхронной машины подаются прямоугольные импульсные напряжения. В течении каждого периода регулирования изменяется ширина и полярность импульсов напряжения, подводимых к каждой фазе асинхронной машины. В результате формы кривых фазового тока получаются близкими к синусоидальным.

Содержание высших гармоник в кривых фазового тока зависит от частоты импульсной модуляции, разности между напряжением на нагрузке и напряжением контактной сети режима работы привода. Для подавления высших гармоник на входе инвертора установлен Lф - Cф - фильтр. Поэтому из цепи источника питания потребляется практически постоянный ток.

В режиме тяги регулирование мощности привода производится следующим образом: при пуске момент на валу тяговых машин поддерживается постоянным, мощность, развиваемая тяговым приводом, постепенно увеличивается до максимального значения.

Затем мощность привода поддерживается на максимальном уровне и уменьшается магнитный поток тяговых машин. В конце регулирования с ростом частоты вращения роторов тяговых машин мощность, реализуемая тяговым приводом, постепенно уменьшается. Переход из режима тяги в режим электрического торможения осуществляется изменением частоты переключений инвертора в сторону уменьшения.

При этом асинхронные машины переходят в генераторный режим, а инвертор выполняет функции управляемого выпрямителя.

Для согласования мощности асинхронных машин в режиме торможения с установленной мощностью инвертора в цепь обмоток асинхронных машин включен тормозной резистор R, на котором рассеивается часть тормозной энергии в диапазоне высоких скоростей торможения, а также при отсутствии в сети потребителей рекуперируемой энергии.

Защита от юза и боксования на вагонах «Русич» осуществляется системой «Витязь-1М»,для чего в систему управления пневматическими тормозами входят блоки управления противоюзной защиты. При нарушении условий сцепления процессов пуска и торможения, блоки своевременно снижают вращающий момент боксования и давления в ТЦ и юз устраняется без существенных потерь силы тяги и тормозной силы.