Tracțiuni electrice

1. TEORIA TRACŢIUNII ELECTRICE

1.1 Ecuaţia fundamentală a mişcării liniare accelerate a vehiculelor electromotoare

Tracţiunea reprezintă o acţionare a unor vehicule sau mijloace de transportare terestră a mărfurilor sau călătorilor. Ea are mai multe trăsături sau particularităţi specifice, care o evidenţiază într-o clasă aparte de mecanisme. În primul rând, aceste mecanisme, numite vehicule, au căpătat în ultimul timp o utilizare în masă şi zilnică, mai ales a populaţiei orăşeneşti, iar viteza de deplasare a lor bătut toate recordurile închipuite, fiind în continuă creştere. Această viteză a devenit chiar periculoasă pentru mulţi oameni, cauzându-le diferite traume sau chiar moartea în cazul unor greşeli fatale.

În al doilea rând, mişcarea utilă a vehiculelor electromotoare (VEM), la fel ca şi a vehiculelor cu motoare cu ardere internă, este o mişcare liniată mai mult accelerată (dinamică) decât uniformă (staţionară), fiind însoţită de multe porniri, frânări, accelerări şi decelerări., determinate de mai multe forţe:

- forţa de tracţiune (FT) dezvoltată de motorul (sau motoarele) de tracţiune (MT);

- forţele de rezistenţă(∑R), care sunt mai multe şi care se opun mişcării;

- forţa de frânare mecanică(FFM), care se utilizează în mod obligatoriu în tracţiune alături de frânarea electrică, dezvoltată de MT în regim de frânare.

Rezultanta acestor forţe o constituie forţa de acceleraţie (Fa) (sau dinamică), care asigură vehiculului acceleraţia liniară a, conform legii a II a lui Newton:

unde

mR - masa raportată (echivalentă) a VEM, care însumează masa elementelor în mişcare de translaţie şi masa echivalentă elementelor în mişcare de rotaţie

Înlocuind relaţia a doua în prima, se obţine ecuaţia fundamentală a mişcării liniare accelerate generale, care ia în consideraţie specificul tracţiunii :

Masă echivalentă mR este, de regulă, relativ mare, ceea ce condiţionează o inerţie şi forţă dinamică , de asemenea, mare, care este însoţită de o desfăşurare lentă a proceselor dinamice de variaţie a vitezei vehiculelor. Ca urmare, devine mult mai mare decât suma rezistenţelor , care se opun mişcării, iar puterea motoarelor de tracţiune trebuie aleasă astfel, ca forţa dezvoltată de ele să compenseze inerţia sau forţa dinamică , adică . Aceasta reprezintă o altă particularitate , specifică pentru tracţiune.

Datorită masei sumare mari, vehiculele de tracţiune includ, pe lângă cele 3 faze principale de funcţionare – pornire(P), mers staţionar (MS) şi frânare (F) (Oprire) , valabile pentru orice mecanism, încă o fază – mersul lansat (ML), sau mersul în virtutea inerţiei cu motoare deconectate.

La pornire FT >∑R, iar FFM=0, de aceea Fa>0, a>0, adică viteza v creşte până la viteza staţionară vs (fig.1.1).

Mersul staţionar este un caz particular al mersului accelerat, care are loc, când FT = ∑R; FFM = 0; ceea ce înseamnă, că Fa = 0 şi a = 0, iar vs = const.

Mersul lansat este mersul în virtutea inerţiei, care are loc la deconectarea motoarelor de tracţiune (FT=0), fără a acţiona frâna mecanică (FFM=0), când Fa = - ∑R<0, ceea ce condiţionează o

reducere uşoară a vitezei şi o acceleraţie a<0, numita şi deceleraţie : af = -a.

Menţinerea îndelungata a acestui regim poate asigura oprirea vehiculului, însă timpul şi spaţiul de oprire liberă în acest caz este foarte mare. De aceea se recurge, de regulă, la o oprire intensiva prin frânare electrica (FT<0), sau mecanică FFM<0, sau frânare combinată, când Fa = - FT - ∑R - FFM<<0 şi a<<0. Fig.1.1

Masa raportata mR in ecuaţia de mişcare prezentată mai sus este o masă fictivă, care nu există, deoarece în ea nu este specificată masa echivalentă a elementelor rotitoare mROT.E . Acest lucru îngreunează efectuarea calculelor. Pentru a efectua şi a simplifica totuşi calculele, masa fictivă mR se înlocuieşte cu masa reală a vehiculului mv şi coeficientul de raportare a maselor rotitoare către masele de mişcare liniară γ:

; ( <<1, deoarece )

Ca urmare,

În rezultat se obţine un nou coeficient (1+γ), care se numeşte coeficient global de masă sau de inerţie, care se calculează individual pentru fiecare vehicul :

1+γ = 1.13 - 1.15 - pentru troleibuze;

1+γ = 1.04 - 1.08 - pentru vagoane-remorcă;

1+γ = 1.1 - 1.18 - pentru vagoane-motoare;

1+γ = 1.2 - 1.4 - pentru locomotive cu 6 motoare.

Ca urmare, ecuaţia fundamentală a mişcării liniare, utilizată in diferite calcule de tracţiune, poate fi reprezentată intr-o nouă formă - formă reală :

Celelalte particularităţi ale tracţiunii vor fi specificate în paragrafele următoare.

1.2 Forţe de rezistenţă la înaintarea vehiculelor

Forţele de rezistenţă, notate prin ∑R, care se opune mişcării vehiculelor, pot fi împărţite în 2 grupe : principale Rp şi suplimentare Rs,

∑R = Rp+ Rs

Fiecare din aceste grupe include, la rândul ei, mai multe componente. În particular, rezistentele principale pot fi împărţite în 3 tipuri :

1) Rezistenţele interioare - frecările în lagărele osiilor RM şi pierderile mecanice in motoarele de tracţiune şi lagărele lor;

Coeficientul de frecare in lagăre cu rulmenţi de alunecare constituie 0.005-0.01 (0.5 - 1 N/kN), iar cu rulmenţi de rostogolire - 0.001- 0.002, ceea ce corespunde unei rezistenţe relative 0.1- 0.2 N/kN. Pierderile mecanice in motoare şi reductoare pot fi luate in consideraţie prin randamentul lor.