Особенностью этого типа двигателей является то, что они питаются от сети переменного тока через выпрямительный блок. В связи с этим пульсации напряжения и тока получаются значительно большими, чем в двигателях постоянного тока нормальной конструкции.
Выпрямленное напряжение, кроме постоянной составляющей, содержит высшие гармонические, среди которых особое значение приобретает вторая гармоническая. В основном ею и определяется пульсирующий характер тока двигателя.
Величина пульсаций оценивается коэффициентом пульсаций (рис. 11-4)
где Iмакс — максимальное значение тока; Iмин — минимальное значение тока.
При условии выполнения двигателей пульсирующего тока специальной конструкции и включения в сеть через дополнительную аппаратуру — сглаживающий реактор (рис. 11-5) — можно допустить величину коэффициента пульсаций до 30%.
Двигатели пульсирующего тока должны выполняться с шихтованными добавочными полюсами и ярмом, между добавочными полюсами и ярмом предусматривается дополнительный зазор. Назначение дополнительного зазора заключается в том, чтобы поток добавочных полюсов совпадал по фазе с током якоря и соответствовал ему. При этом улучшаются условия протекания процесса коммутации в секциях якоря;
Для снижения пульсаций напряжения последовательно с двигателем пульсирующего тока в сеть включается сглаживающий реактор с высоким значением индуктивности. Благодаря этому ограничивается пульсация главного потока; величина трансформаторной э.д.с. Етр=4,44 fФw, индуктируемой этим потоком в коммутируемой секции, становится ничтожно малой. Уменьшение э.д.с. Tтр благоприятно влияет на протекание процесса коммутации.
Рис. 11-4. Определение коэффициента пульсаций напряжения и тока
Рис. 11-5. Схема включения тягового двигателя пульсирующего тока в сеть 1 — выпрямительный блок; 2 — сглаживающий реактор; 3 — активное сопротивление, шунтирующее обмотку главных полюсов; 4 — обмотка главных полюсов ГП, 5 — обмотка добавочных полюсов ДП; 6 — якорь тягового двигателя
При высоком значении индуктивности сглаживающего реактора можно упростить конструкцию двигателя пульсирующего тока и выполнять его ярмо из массивной стали, т. е. как для машин постоянного тока.
Однако несмотря на указанные выше меры, улучшающие условия работы двигателей пульсирующего тока, последние вследствие наличия высших гармонических имеют ухудшенную коммутацию и повышенный нагрев по сравнению с двигателями постоянного тока.
Ухудшение коммутации может быть на 1—1,5 класса шкалы ГОСТ 183—66. Увеличенный нагрев возникает не только в активных, но и в конструктивных частях двигателя.
Еще одним существенным недостатком двигателя пульсирующего тока являются более напряженные потенциальные условия на коллекторе, которые способствуют возникновению перебросов искр с одной пластины на другую и кругового огня на коллекторе.
Уменьшение недостатков двигателей пульсирующего тока возможно лишь за счет увеличения габаритов сглаживающего реактора, усложнения конструкции
и утяжеления самого двигателя. Однако для большинства установок увеличение массы и габаритов оказывается недопустимым, а потому приходится искать оптимальный вариант, т. е. при максимально допустимом kпул с технико-экономической точки зрения.
В настоящее время наибольшее применение двигатели пульсирующего тока находят при электрификации железных дорог на наиболее прогрессивной системе электрической тяги — на однофазном токе повышенного напряжения промышленной частоты. Эта система тяги принята в качестве основной для СССР, Франции, Великобритании, Японии, Индии и ряда других стран.
В СССР при электрификации железных дорог на переменном токе напряжение в контактном проводе равно 25 кВ при частоте 50 Гц.
На электроподвижном составе железных дорог, т. е. на электровозах и моторвагонных секциях, устанавливается понижающий трансформатор с регулированием напряжения и выпрямительный блок, состоящий из кремниевых диодов. Тяговые двигатели получают питание из контактной сети через выпрямительный блок.
Как правило, тяговые двигатели пульсирующего тока выполняются с последовательным возбуждением (рис. 11-5). Обмотка главных полюсов шунтируется постоянно включенным активным сопротивлением, через которое проходит переменная составляющая тока; благодаря этому резко снижаются пульсации тока возбуждения и потока главных полюсов. Значение коэффициента шунтирования по постоянному току 
обычно лежит в пределах 0,85—0,95.
Пуск тяговых двигателей осуществляется за счет постепенного увеличения напряжения на трансформаторе.
Тяговые двигатели должны удовлетворять следующим основным требованиям: а) соответствовать заданным характеристикам электроподвижного состава железных дорог; б) иметь высокое использование, т. е. малые габариты и массу, при высокой надежности работы во всех режимах.
Основные данные тяговых двигателей задаются для часового и длительного режимов, В современных тяговых двигателях ток в часовом режиме всего на 4—5% больше, чем в длительном режиме. Большое значение имеют режим пуска и, особенно, режим работы при максимальной скорости, поскольку увеличение скоростей движения является первоочередной задачей для железных дорог во всем мире.
Для тяговых двигателей пульсирующего тока, имеющих высокую коммутационную напряженность, предельное среднее значение реактивной э.д.с. е, в самом тяжелом режиме не должно превышать 9—10 в. Этот режим соответствует выходу двигателя на тяговую характеристику при максимальном ослаблении поля полюсов, номинальном напряжении и токе якоря, отвечающих длительному режиму (рис. 11-6). Регулирование скорости тягового двигателя пульсирующего тока (также и постоянного тока) осуществляется за счет шунтирования обмотки возбуждения. У двигателей пульсирующего тока ослабление поля доходит до 50%. Регулирование скорости за счет ослабления поля позволяет облегчить условия работы трансформатора и уменьшить его размеры.
О потенциальных условиях на коллекторе тягового двигателя лучше всего можно судить по величине среднего градиента потенциала
Рис. 11-6. Тяговые характеристики двигателя пульсирующего тока
При отсутствии компенсационной обмотки средний градиент потенциала не должен превышать 30 в/см.
Существенно улучшаются потенциальные условия при применении компенсационной обмотки, шихтованной станины и расслоенных щеток. В двигателе пульсирующего тока с компенсационной обмоткой допустима величина εк.ср<45 в/см, поэтому высокоиспользованные тяговые двигатели выполняются в. настоящее время всеми фирмами в основном с компенсационной обмоткой.
Весьма ценным свойством тяговых двигателей пульсирующего тока является свободный выбор номинального напряжения — это благоприятно сказывается на улучшении использования двигателя.
Оптимальное значение напряжения для электровозных двигателей зависит от мощности двигателя, весьма распространенным значениям мощности 850—900 кВт соответствует напряжение 900—950 в. Важен также правильный выбор числа полюсов двигателя; так, при числе полюсов 2р=6 из-за меньшего сечения станины масса двигателя снижается.
Шестиполюсное исполнение тяговых двигателей возможно при номинальном напряжении не менее 900—1000 в. Поскольку тяговые двигатели должны иметь высокое использование и малые габариты, электромагнитные и механические нагрузки выбираются предельными для этого класса машин.
Ниже приводятся соответствующие значения основных параметров:
Линейная нагрузка А 550—650 а/см
Индукция в зазоре В6 0,9—1,0 тл
Фактор нагрева AJa .. 2500—4000
Максимальная скорость на окружности якоря Vо. макс 60—70 м/сек
Максимальная скорость на коллекторе vк. макс 4—56 м/сек
При этом технико-экономические показатели и машинная постоянная для длительного режима работы равны: gp=3,5-3,6; gм=2,7; ε=17,5-18; ξ=0,51-0,53; СА=(14-15)-10.
Для повышения надежности работы тяговых двигателей существенное значение имеет то, что двигатель включается в сеть через трансформатор, т. е. лучше защищен от перенапряжений в сети.
За последние годы во Франции широкое распространение получила конструкция локомотивов с передачей от одного тягового двигателя на две или три оси; таким образом выполняются электровозы и тепловозы с электропередачей. Мощность тягового двигателя при этом увеличивается до 1500—2000 кВт.
Другим направлением в развитии современного тягового электромашиностроения является выполнение так называемых многосистемных локомотивов, т. е. предназначенных для работы при различных системах тяги. Такие электровозы способствуют увеличению скорости движения, поскольку сокращается время остановок поезда.
В ряде стран имеется по две системы тяги, более всего распространены четыре системы электрической тяги:
- Однофазный ток повышенного напряжения (20—25 кВ), промышленной частоты (50 или 60 Гц).
- Однофазный ток повышенного напряжения (11—15 кВ), пониженной частоты (162/3 или 25 Гц).
- Постоянный ток с напряжением 3 кВ в контактной сети.
- Постоянный ток с напряжением 1,5 кВ в контактной сети.
В СССР железные дороги электрифицированы на системах тяги по пп. 1 и 3. В связи с этим на Новочеркасском электровозостроительном заводе, кроме электровозов переменного и постоянного тока, строятся электровозы двойного тока. Французскими и швейцарскими фирмами выполняются трех- и даже четырехсистемные электровозы, которые могут вести составы через ряд стран европейского континента, имеющих различные системы тяги. Отличительной особенностью таких электровозов является то, что тяговые двигатели обязательно выполняются на напряжение 1,5 кВ (чтобы удовлетворить требованиям систем тяги на постоянном токе). Почти всегда от одного тягового двигателя большой мощности осуществляется передача на две или три оси тележки локомотива.
В табл. 11-6 и 11-7 приведены данные современных тяговых двигателей, изготовляемых зарубежными передовыми фирмами для одно- и многосистемных электровозов.
