Phơng pháp Xây dựng đặc tính cơ điện
cho động cơ điện kéo đầu máy diesel TS đỗ việt dũng
Bộ môn Đầu máy Toa xe
Khoa Cơ khí
Trờng Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: : Đờng đặc tính cơ điện n = f(I) l một trong các đặc tính lm việc chủ yếu của
động cơ điện kéo đầu máy diesel. Để có thể xác định đặc tính cơ M = f(n
Đ
) cho động cơ điện
kéo, từ đó xác định đợc đặc tính sức kéo đầu máy khi không có điều kiện thí nghiệm, nhất thiết
phải xây dựng đợc đặc tính cơ điện bằng phơng pháp lý thuyết. Nội dung bi báo trình by
phơng pháp ứng dụng để xây dựng đặc tính v kết quả thu đợc khi tính toán lý thuyết đặc tính
cơ điện cho động cơ điện kéo TEO-15B trên đầu máy D12E.
Summary: Electro-mechanic property curve n = f(l) is one of essential working properties
of traction electric motors in diesel locomotives. In order to specify mechanic property for
electric motors M = f(n
D
), thus determine traction property curve for diesel locomotives when
condition for experiments is not available, it is necessarily to build electro-mechanic property
curve by theory method. This paper presents an application method to build a property curve
and the obtained results while calculating theoretically electro-mechanic property curve for
TEO-15B traction electric motors in D12E diesel locomotives.
CT 2
1. Đặt vấn đề
Cho tới nay, các đầu máy diesel đang đợc ngành Đờng sắt Việt Nam (ĐSVN) quản lý
khai thác đều đợc nhập từ nớc ngoài. Hầu hết các đặc tính kỹ thuật của các thiết bị chính trên
đầu máy đều không có hoặc rất không đầy đủ. Trong điều kiện yêu cầu khai thác đầu máy ngày

Đ
). Thông
thờng các đặc tính làm việc của ĐCĐK đợc xác định thông qua quá trình thử nghiệm có tải
trên bệ thử chuyên dùng và theo các điều kiện thử nghiệm phù hợp với từng loại đặc tính cần
xác định. Các đặc tính làm việc của ĐCĐK là một trong những cơ sở để xác định đợc các tính
năng, chế độ làm việc của đầu máy(cấp và thời điểm giảm yếu từ trờng, mức độ tận dụng công
suất) và đặc biệt đặc tính cơ là cơ sở để thiết lập chính xác đặc tính sức kéo đầu máy. Quá
trình tính toán lý thuyết xây dựng đặc tính cơ điện n = f(I
Đ
) cụ thể nh sau:
2.1. Xây dựng đờng cong từ hoá = f(I
kt
)
Để xác định các đờng đặc tính làm việc của ĐCĐK, cần xây dựng đờng cong từ hoá =
f(I
kt
) của vật liệu dẫn từ động cơ: = f(I

kto
) với I
kto:
là dòng điện kích từ vào cuộn kích thích.
Quá trình tính toán nh sau [2], [3]:
Từ kết cấu ĐCĐK, xác định mặt cắt của các bộ phận dẫn từ, chiều dài đờng sức, xác định
giá trị của sức từ động cần thiết F
kto
(=

A
o

- số vòng quay máy điện (vòng/ph).
Thay:
E = K
Đ
.U
đm
(2)
K
Đ
- hệ số xét đến sự sụt áp trên dây quấn phần ứng, tra bảng [3];
U
đm
- điện áp định mức của máy điện (V) - theo catalog nhà chế tạo.
vậy:


cđm
=
dm
dmD
n.N.P
a.60.U.K
(Wb) (3) Chọn dãy các giá trị có trị số bé và lớn hơn

cđm
: 0,2


o
.W
kt
=

I
kto
.W
kt
Suy ra: I
kt
=
Kt
Kto
W
F
(A) (4)
trong đó: (= const) là số vòng của cuộn kích từ chính.
Kt
W
I
kt
(A)
(
Wb)

= f(I
kt
)
I

cđm
o,6

cđm
o,8

cđm
1,0

cđm

S
T
T
Bộ phận dẫn từ
Mặt
cắt
q
chiều
dài L
BHFBHFBHF B H F
1 Khe hở không khí
q

L


2 Răng lõi thép q
R
L

) cho ĐCĐK
Đờng đặc tính đờng đặc tính cơ điện (hay còn gọi là đặc tính tốc độ) của ĐCĐK một
chiều kích từ nối tiếp n = f(I
Đ
) thờng đợc xác định dựa vào biểu thức tốc độ [1]:
ee
.K
)U2IR(U
n

+
=

(5)
trong đó:
U - trị số điện áp cấp vào ĐCĐK, là giá trị thay đổi khi dòng phụ tải I thay đổi theo đặc
tính điều chỉnh U = f(I) của MFĐK (V);
I - dòng điện phụ tải (A);


R
: Tổng điện trở của các cuộn dây ();
2U: Trị số điện áp rơi trên 2 chổi điện dơng và âm, thờng ít biến động
U = I

.R
tx
= hằng số = (2 - 3) V
c
- Trị số từ thông dới mỗi cặp cực từ chính (Wb)

Đờng đặc tính cơ điện n = f(I) nhận đợc sau khi xây dựng có dạng là đờng hypecbol
(hình 2). Hình 2. Đờng đặc tính cơ điện ứng với
các ĐCĐK khác nhau
n (10
-1
.v/ph)
I(A)
n (10
-1
.v/ph)
I(A)
2.3. Xây dựng đờng đặc tính tốc độ cho đầu máy V = f(I)
Quan hệ giữa tốc độ đoàn tầu V (km/h) và tốc độ quay ĐCĐK n
đ
(vòng/ phút) đợc biểu
diễn qua biểu thức sau [1]:
i2
D.6,3
V
Kd
KCT 2 Hình 3

Từ biểu thức (6), (7) dễ thấy rằng: V
K
tỉ lệ với n
đ
, từ đặc tính cơ điện của ĐCĐK một chiều
kích từ nối tiếp đã nhận đợc, với các thông số kết cấu bộ phận chạy của đầu máy cụ thể, hoàn
toàn có thể xác định đợc đặc tính tốc độ của đầu máy V
K
= f(I), hình 3, có dạng tơng tự nh
đặc tính n = f(I).
3. Xây dựng đặc tính cơ - điện n = f(I) cho ĐCĐK đầu máy D12E [3], [4]
Đầu máy D12E là loại đầu máy kéo tàu khách Thống Nhất, tàu khách địa phơng hay tàu
hàng, hiện nay vẫn là một trong những nguồn sức kéo chủ lực trên ĐSVN. Động cơ điện kéo của
đầu máy D12E là loại động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ký hiệu TEO 15B. Các tham số cơ bản để
xây dựng đặc tính lý thuyết đợc trình bày trên bảng 2. Kết cấu của ĐCĐK TEO 15B đợc thể hiện trên

0
C,
0.00985 Theo catalog
12 Tỉ số truyền HGT 16/77 Theo catalog
13 Trọng lợng ĐCĐK, kg 1750 Theo catalog
14 Giới hạn nhiệt độ cho phép (cuộn dây rôto),
0
C 155 Theo catalog
15 Số răng phần ứng 58 Theo catalog
16 Chiều dày lớp cách điện rãnh của 1 phía, mm 0.5 Theo catalog
17 Bớc răng phần ứng, mm 24.9 Đo trên máy điện
18 Chiều rộng rãnh phần ứng,mm 7.7 Đo trên máy điện
19 Chiều rộng răng 17.2 Đo trên máy điện
20 Đờng kính phần ứng, mm 460 Đo trên máy điện
21 Chiều dài của phần ứng, mm 270 Đo trên máy điện
22 Chiều cao chân răng phần ứng, mm 39 Đo trên máy điện
23 Số lỗ thông gió dọc trục 24 Theo catalog
24 Đờng kính lỗ thông gió dọc trục, mm 18 Theo catalog
25 Tiết diện các dây dẫn: phần ứng, kích từ chính, phụ 6x4 Đo trên máy điện
26 Đờng kính và chiều dài cổ góp, mm 324/97 Đo trên máy điện
27 Khe hở không khí giữa stato và roto, mm 2,5 Đo trên máy điện
28 Số thanh dẫn của dây quấn phần ứng 464 Theo cấu tạo

Hình 4. Kết cấu ĐCĐK TEO 15B

K
= f(I) cho ĐCĐK, từ các tham số kỹ thuật và đo
đạc của ĐCĐK TEO 15B, áp dụng phơng pháp và các biểu thức tính toán đã nêu, thiết lập
chơng trình tính bằng ngôn ngữ Microsoft Visual Basic 6.0 theo các thuật toán của phơng
pháp để tính toán mạch từ, xác định đặc tính từ hoá, tốc độ vòng quay ĐCĐK n
đ
, tốc độ V
k
của
đầu máy và vẽ các đặc tính theo kết quả tính toán. Các kết quả tính đợc trình bày trên bảng 3,
đờng cong từ hoá xác định đợc thể hiện trên hình 1
Từ đờng cong từ hoá đã xây dựng ở trên, số hoá đồ thị đờng cong này, dùng
chơng trình phần mềm nội suy, ứng với mỗi giá trị của I
)I(f
ktc
=
Kt
(I
Kt
= I
u
) ta xác định đợc giá trị của
tơng ứng (bảng 4)
c

Kết quả tính toán tổng hợp trên bảng 5, các đồ thị đặc tính cơ điện n = f(I) và V
K
= f(I) cần
xây dựng của ĐCĐK TEO 15B trên đầu máy D12E đợc biểu diễn trên các hình 2 và 3 ở trên.
Bảng 3. Kết quả tính toán mạch từ v xác định đờng cong từ hoá

9900
550
F (A) 2849 52.6 17.0 189.2 2162.4
H(Ôtstét) 9119 13.5 1.18 43 53
0.9

cđm
B(Tesla) 1.055 1.570 1.067 1.818 1.6857
5270
293
F (A) 2533 11.3 14.8 48.4 1142.4
H(Ôtstét) 8108 2.9 1.03 11 28
0.8

cđm
B(Tesla) 0.938 1.395 0.9484 1.6167 1.4984
3750
208
F (A) 1900 4.5 11.3 12.7 461
H(Ôtstét) 6081 1.15 0.79 2.9 11.3
0.6

cđm
B(Tesla) 0.7035 1.0468 0.7113 1.2125 1.1238
2389
133
F (A) 1266 3.0 8.7 7.5 257.8
H(Ôtstét) 4054 0.77 0.61 1.7 6.32
0.4


từ
Vỏ máy

F
kt
(A.W)
I
kt
(A)
S
T
T
1
2
3
4
5
6
7
CT 2 Bảng 4. Giá trị từ trờng chính theo dòng điện của ĐCĐK
I
Kt
(A) 110 220 330 440 550 660 770 880
c
(Wb)
0,041 0,0657 0,073 0,076 0,0784 0,0957 0,102 0,108
Bảng 5. Kết quả tổng hợp quan hệ đặc tính cơ- điện động cơ TEO 15B

c

(Wb)
0.317 0.510 0.564 0.587 0.606 0.740 0.788 0.835
n
đI
(v/phút) 869 531 472 446 424 341 315 291
V
Ki
(km/h) 34 20.8 18.5 17.5 16.6 13.3 12.3 11.4
4. Kết luận
Vấn đề xây dựng các đặc tính làm việc cho bộ truyền động điện, từ đó xác định các đặc
tính kéo của đầu máy, phục vụ cho công tác vận hành, khai thác, đánh giá chất lợng và nâng
cao các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật trong vận dụng đầu máy là yêu cầu thực tiễn. Bằng phơng
pháp lý thuyết, dựa trên các tham số kết cấu của máy điện kéo trên đầu máy cụ thể, nội dung
bài báo đã đa ra phơng pháp và thiết lập chơng trình tính để xây dựng đặc tính cơ điện n =
f(I) cho đầu máy diesel nói chung và tính cụ thể cho đầu máy D12E. Từ phơng pháp và kết quả
thu đợc, hoàn toàn có thể thiết lập các đặc tính làm việc còn lại của ĐCĐK và của đầu máy
D12E với độ chính xác cao. Đờng cong từ hoá đã thiết lập cho thấy khi dòng điện kéo nhỏ,
đờng cong là khá dốc, quan hệ giữa từ thông và dòng kích từ là khá tuyến tính. Khi dòng điện
kéo gần giá trị định mức, mạch từ bị bão hoà nên càng gần sát giá trị từ thông định mức
cđm

(giá trị
cđm
= 7,9757.10
-2
Wb), để có sự biến đổi nhỏ của từ thông (từ thông tăng từ 6,38.10
-2
lên