Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Режимы и характеристики работы тяговых электрических двигателей электровозов

Режимы и характеристики работы тяговых электрических двигателей электровозов

Силовые цепи электровозов постоянного и переменного тока (рис.6.1) включают в себя, в общем случае, следующие элементы [3]: токоприемники Т; аппараты защиты (быстродействующий БВ и глав­ный ГВ выключатели); пуско-регулирующую аппаратуру (сопротивле­ния R, контакторы K1-K3, тяговый трансформатор ТТ); тяговые элек­трические двигатели 1-2 с обмотками возбуждения ОВ.

Рис. 6.1. Схемы силовых цепей электровозов

а) электровоз постоянного тока б) электровоз переменного тока

Напряжение,приложенное к силовой цепи от контактной сети, не­изменно и составляет 3 кВ для электровозов постоянного тока и 25 кВ для электровозов переменного тока. Непосредственно на двигатели по­ступает напряжение UД, величину которого можно изменять с помощью пуско-регулирующей аппаратуры.

Будемсчитать, что тяговый двигатель ТЭД прификсированном со­стоянии контакторов К13 работает при постоянном напряженииUД, то есть по естественным характеристикам.Тогда, как следует из уравнений (4.6) и (4.7), величина тока ТЭД IД будет плавно изменяться в зависимости от частоты вращения его якоря nД:

При этом с увеличением nД сила тока IД уменьшается и наоборот.

Частота вращения якоря ТЭД nД прямо пропорциональна скорости движения локомотива. Поэтому ток IД, момент на валу ТЭД МЭМ ФД IД и пропорциональная ему сила тяги FКД, создаваемая двигателем, будут уменьшаться с ростом скорости локомотива V.

Зависимости IД=f(V) и FКД=f(V) называют токовой и тяговой ха­рактеристиками ТЭД.Форма этих характеристик для двигателей с по­следовательным возбуждением, работающих при постоянном напряже­нии UД, показана на рис.6.2.

Рис.6.2. Естественные характеристики ТЭД с последовательным возбуждением

а) токовая б) тяговая

Из рис.6.2,б видно, что характер зависимости FКД=f(V) отвечает ос­новным требованиям локомотивной тяги:

> сила тяги FКД, создаваемая двигателем, увеличивается при снижении скорости движения локомотива V и плавно уменьшается по мере ее роста; это обеспечивает преодоление поездом тяжелых подъемов, а также дает возможность разгонять поезд на ровных участках пути и

преодолевать затем подъемы за счет увеличенной кинетической

> наибольшие значения силы тяги FКД двигатель создает при скорости

локомотива, близкой к нулю, что соответствует условиям трогания и

Поэтому именно двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением нашли широкое применение в качестве тяговых электро­двигателей локомотивов.

Несмотря на то, что момент МЭ, и сила тяги FКДдвигателя ав­томатически изменяются в зависимости от скорости V (по естественной характеристике ТЭД), машинисту необходимо регулировать величину силы тяги ТЭД FКД для управления локомотивом и движением поезда. Формула (6.1) показывает, что уровень тока ТЭД IД, а следовательно момента МЭ и силы тяги FКД при прочих равных условиях определяется величиной напряжения UД, подведенного к ТЭД. Поэтому управление силой тяги ТЭД осуществляют регулированием напряжения UД.

Для изменения напряжения ТЭД на электровозах постоянного тока используют перегруппировкуили переключение соединения ТЭД[3] (на рис.6.1,а условно показаны два ТЭД, которые с помощью контак­торов К13 могут быть соединены последовательно или параллельно). Перегруппировка позволяет получить на каждом двигателе три значе­ния напряжения UД при отключенных реостатах R (таблица 6.1). Дан­ные значения напряжения UД соответствуют работе электровоза на хо­довых позициях контроллера машиниста — специального устройства для управлением локомотивом. Эти позиции обозначают буквами «С», «СП» и «П».

Зависимость напряжения на тяговых двигателях электровоза

от схемы их соединения

Графики зависимостей силы тока IД и силы тяги FКД ТЭД от скоро­сти V при изменении схемы соединения ТЭД приведены на рис.6.3

Рис.6.3. Зависимость характеристик двигателей от схемы соединения

а) токовые б) тяговые

Из формулы (4.1) следует, что при резком увеличении напряжения UД в силовой цени ТЭД возникают броски тока IД. Для ограничения си­лы тока в подобных режимах, которые имеют место при пуске или пе­регруппировке ТЭД, на электровозах используют пуско-регули-ровочные реостаты R (рис.6.1,а). Прохождение тока по сопротивлениям R сопровождается их нагревом и потерями электроэнергии. Поэтому долговременная работа электровоза с включенными сопротивлениями, на так называемых реостатных позицияхконтроллера машиниста, не допускается. Безреостатные позиции«С», «СП» и «П» используют как ходовые, время работы на которых не ограничивается.

Трех ходовых позиций для обеспечения экономной работы локо­мотива явно недостаточно. Поэтому для расширения регулировочных возможностей электровоза и увеличения числа его ходовых позиций используют ослабление возбуждения ТЭД.

Ослаблением возбужденияназывают уменьшение магнитного по­тока двигателя Фд за счет снижения тока возбуждения IВ по отношению к току якоря IД. Степень изменения магнитного потока ТЭД оценивают коэффициентом ослабления возбуждения

Ослабление возбуждения осуществляют включением в силовую цепь электровоза сопротивления Rш (рис.6.4). Индекс «ш» указывает на то, что сопротивление подключается параллельно обмотке возбуждения ОВ, то есть шунтирует ее.

При шунтировании обмотки возбуждения ТЭД ток в якоре IД воз­растет (согласно формуле (6.1) IД =(UДеФДnД)/Rд ) вследствие умень­шения магнитного потока Фд и суммарного сопротивления RД. Причем ток IД увеличится до такого значения, при котором магнитный поток ФД восстановится практически до прежнего уровня. Поэтому фактически увеличение силы тока IД и силы тяги FКД ТЭД осуществляется не снижением магнитного потока, а уменьшением суммарного сопротивления якорной цепи RД [3].

Рис.6.4. Схема ослабления возбуждения тягового электродвигателя

На отечественных электровозах постоянного тока применяют от двух до четырех ступеней ослабленного возбуждения. Ослабление воз­буждения машинист может использовать при последовательном, после­довательно-параллельном и параллельном соединениях ТЭД. Таким об­разом, если применяются две ступени ослабления возбуждения ОП1 — ОП2, то тяговый двигатель имеет 9 ходовых позиций регулирования си­лы тяги FКД, (рис.6,5).

Рис.6.5. Характеристики тягового двигателя электровоза постоянного тока находовых позициях контроллера машиниста

а) токовые б) тяговые

На электровозах переменного тока регулирование силы тяги FКД ТЭД осуществляют как и на электровозах постоянного тока — измене­нием напряжения па двигателе UД. За счет наличия тягового транс­форматора ТТ и контакторов, которые на рис.6.1,6 условно обозначены K1 — K3, здесь имеется возможность получить большое число ступеней

регулирования напряжения UД. Поэтому необходимость использования пусковых сопротивлений и перегруппировки ТЭД отпадает.

Отечественные электровозы переменного тока имеют по 33 пози­ции регулирования напряжения, девять из которых считаются ходовы­ми (на этих позициях электровоз работает с более высоким к.п.д.). По­скольку пусковые сопротивления в цепи двигателей отсутствуют, в принципе длительная работа ТЭД допускается на всех позициях [6].

Кроме позиций регулирования напряжения на электровозах пере­менного тока предусмотрены также позиции ослабленного возбуждения (обычно три ступени шунтирования обмотки возбуждения на 33-й по­зиции контроллера машиниста).

Таким образом, особенности работы ТЭД на электровозах заклю­чаются в следующем:

1. на ходовых позициях контроллера машиниста ТЭД работает при по­стоянном (или близком к нему) напряжении по естественной харак­теристике (рис.6.2); при этом с увеличением скорости локомотива V мощность двигателя РД=UДIД снижается вследствие уменьшения тока якоря;

2. регулирование силы тяги FКД ТЭД осуществляется машинистом за счет изменения напряжения ид и степени ослабления магнитного потока Фд;

3. при повышении напряжения на двигателе либо ослаблении его воз­буждения мощность ТЭД РД=UДIД увеличивается.

На тепловозах, оборудованных собственным источником энергии для движения (дизелем), тяговые электродвигатели работают в другом режиме по иным характеристикам.

Тяговый электропривод постоянного тока

Тяговый электропривод постоянного тока относится к области железнодорожного транспорта и может быть применен на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока, в частности на электровозах переменного тока с двигателями пульсирующего тока. В процессе разгона включается контактор (14), блок управления (9) формирует управляющий сигнал на выходе, который поступает на биполярный транзистор с изолированным затвором (10) и открывает его. При этом тяговый двигатель переходит в режим ослабленного возбуждения так, как параллельно обмотке возбуждения подключается резистор (4). Для ограничения тока якоря при набросе напряжения в цепь первого источника питания (1) включен датчик напряжения (11), а в цепь якоря тягового двигателя (2) датчик тока (8). При достижении на выходах датчиков тока (8) и напряжения (11) пороговых величин блок управления (9) формирует сигнал выключения биполярного транзистора с изолированным затвором (10). Резистор (5) служит для уменьшения переменной составляющей тока в обмотке возбуждения (13) тягового двигателя. Переход в режим электрического торможения осуществляется замыканием контактора (7) и размыканием контактора (3). Регулирование тока якорной обмотки (2) в режиме торможения осуществляется изменением напряжения независимого источника питания (17), подключенного к обмотке возбуждения (13) контакторами (12) и (15). При обнаружении юза обмотка возбуждения (13) шунтируется включением контактора (14). В этом случае обмотка возбуждения шунтирована резистором (4) и диодом (16), который шунтирует силовой биполярный транзистор с изолированным затвором (10) от обратного напряжения. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей тягового электропривода постоянного тока за счет реализации режима электрического торможения, повышении его надежности за счет уменьшения числа элементов и улучшения коммутации при питании тягового двигателя пульсирующим током, уменьшении массогабаритных показателей, 1 ил.

Читать еще:  В каких двигателях используются свечи накаливания

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока, в частности на электровозах переменного тока с тяговыми двигателями пульсирующего тока.

Известен тяговый электропривод постоянного тока, который содержит источник питания, тяговый двигатель постоянного тока, два резистора, десять контакторов, индуктивный шунт (Электровоз ВЛ80С: Руководство по эксплуатации / Н.М.Васько и др. — 2-е изд.. М.: Транспорт, 1990, с.200).

Недостаток тягового электропривода: большие массогабаритные показатели из-за наличия индуктивного шунта, содержащего большое количество цветных металлов.

Известен тяговый электропривод постоянного тока, который содержит два источника питания, два тяговых двигателя постоянного тока, два симмистора, два диода, четыре резистора, семь контакторов, конденсатор, датчик тока, два согласующих блока, блок управления, блок защиты от юза и боксования (RU 43826, B60L 15/08, 2004).

Недостаток тягового электропривода: низкая надежность из-за большого количества элементов, ухудшение коммутации тягового двигателя при питании тягового двигателя пульсирующим током.

Известен тяговый электропривод постоянного тока, который содержит источник питания, два тяговых двигателя постоянного тока, биполярный транзистор с изолированным затвором, три резистора, два датчика тока, три контактора, блок управления (RU 55693, B60L 15/08, 2006 — прототип).

Недостаток тягового электропривода: не реализуется режим электрического торможения, ухудшение коммутации тягового двигателя при питании тягового двигателя пульсирующим током.

Задача полезной модели — расширить функциональные возможности тягового электропривода постоянного тока путем реализации режима

электрического торможения, повысить его надежность за счет уменьшения числа элементов и улучшения коммутации при питании тягового двигателя пульсирующим током, уменьшить массогабаритные показатели.

Технический результат достигается тем, что в тяговый электропривод постоянного тока, содержащий первый источник питания, последовательно соединенные якорную обмотку тягового двигателя постоянного тока, первый контактор, соединенный с общим выводом первого и второго резисторов, последовательно соединенные третий резистор и второй контактор, выход датчика тока соединен с первым входом блока управления, выход которого соединен с затвором биполярного транзистора с изолированным затвором, обмотку возбуждения тягового двигателя постоянного тока, третий контактор, в него дополнительно введены датчик напряжения, диод, второй источник питания, четвертый и пятый контакторы, к общему выводу якорной обмотки тягового двигателя постоянного тока и первого контактора подключен свободный вывод второго контактора, свободный вывод третьего резистора соединен с первыми выводами датчика тока и датчика напряжения и подключен к минусовой клемме первого источника питания, выход датчика напряжения соединен с вторым входом блока управления, второй вывод датчика тока соединен с свободным выводом якорной обмотки тягового двигателя постоянного тока, к общему выводу первого контактора и второго резистора подключены третий контактор и обмотка возбуждения тягового двигателя постоянного тока, свободный вывод которой соединен со свободным выводом второго резистора, вторым выводом датчика напряжения и общим выводом последовательно соединенных четвертого и пятого контакторов и подключен к плюсовой клемме первого источника питания, свободный вывод четвертого контактора соединен с катодом диода и коллектором биполярного транзистора с изолированным затвором, эммитер которого соединен с анодом диода и свободным выводом первого резистора, свободный вывод третьего контактора соединен с плюсовой клеммой второго

источника питания, минусовая клемма которого соединена с свободным выводом пятого контактора.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого тягового электропривода постоянного тока.

В соответствии с чертежом тяговый электропривод постоянного тока, содержит первый источник питания 1, последовательно соединенные якорную обмотку тягового двигателя постоянного тока 2, первый контактор 3, соединенный с общим выводом первого 4 и второго 5 резисторов, последовательно соединенные третий резистор 6 и второй контактор 7, выход датчика тока 8 соединен с первым входом блока управления 9 (например ADAM-5510, Прософт краткий каталог продукции 6.0, 2001, с.47), его выход соединен с затвором биполярного транзистора 10 с изолированным затвором, к общему выводу якорной обмотки тягового двигателя постоянного тока 2 и первого контактора 3 подключен свободный вывод второго контактора 7, свободный вывод третьего резистора 6 соединен с первыми выводами датчика тока 8 и датчика напряжения 11 и подключен к минусовой клемме первого источника питания 1, выход датчика напряжения 11 соединен с вторым входом блока управления 9, второй вывод датчика тока 8 соединен с свободным выводом якорной обмотки тягового двигателя постоянного тока 2, к общему выводу первого контактора 3 и второго резистора 5 подключены третий контактор 12 и обмотка возбуждения тягового двигателя постоянного тока 13, свободный вывод которой соединен со свободным выводом второго резистора 5, вторым выводом датчика напряжения 11 и общим выводом последовательно соединенных четвертого 14 и пятого 15 контакторов и подключен к плюсовой клемме первого источника питания 1, свободный вывод четвертого контактора 14 соединен с катодом диода 16 и коллектором биполярного транзистора 10 с изолированным затвором, эммитер которого соединен с анодом диода 16 и свободным выводом первого резистора 4, свободный вывод третьего контактора 12 соединен с плюсовой клеммой второго источника питания 17,

минусовая клемма которого соединена с свободным выводом пятого контактора 15.

Тяговый электропривод постоянного тока работает следующим образом. В режиме тяги при замкнутом контакторе 3 биполярный транзистор с изолированным затвором 10 выключен. Тяговый двигатель при этом работает в режиме полного возбуждения. В процессе разгона включается контактор 14, блок управления 9 формирует управляющий сигнал на выходе, который поступает на биполярный транзистор с изолированным затвором 10 и открывает его. При этом тяговый двигатель переходит в режим ослабленного возбуждения так, как параллельно обмотке возбуждения подключается резистор 4 ослабления возбуждения. При изменении напряжения источника питания 1 происходит увеличение тока якорной обмотки 2, который растет значительно быстрее, чем ток в обмотке возбуждения 13, что может привести к недопустимым режимам эксплуатации тягового двигателя. Для ограничения тока якоря при набросе напряжения в цепь первого источника питания 1 включен датчик напряжения 11, а в цепь якоря тягового двигателя 2 датчик тока 8. При достижении на выходах датчиков тока 8 и напряжения 11 пороговых величин блок управления 9 формирует сигнал выключения биполярного транзистора с изолированным затвором 10. При дальнейшем снижении тока якоря до номинальной величины блок управления 9 повторно включает биполярный транзистор с изолированным затвором 10, для предотвращения звонковой работы повторное включение биполярного транзистора с изолированным затвором 10 осуществляется с задержкой времени. Резистор 5 служит для уменьшения переменной составляющей тока в обмотке возбуждения 13 тягового двигателя. Переход в режим электрического торможения осуществляется замыканием контактора 7 и размыканием контактора 3. В режиме торможения ток якоря протекает через резистор 6. Регулирование тока якорной обмотки 2 в режиме торможения осуществляется изменением напряжения независимого источника питания 17, подключенного к обмотке

возбуждения 13 контакторами 12 и 15. При обнаружении юза обмотка возбуждения 13 шунтируется включением контактора 14. В этом случае обмотка возбуждения шунтирована резистором 4 и диодом 16, который шунтирует силовой биполярный транзистор с изолированным затвором 10 от обратного напряжения.

Предлагаемый тяговый электропривод постоянного тока, реализует поставленную задачу — расширить функциональные возможности тягового электропривода путем реализации режима электрического торможения, повысить его надежность за счет уменьшения числа элементов и улучшения коммутации при питании тягового двигателя пульсирующим током, при уменьшении массогабаритных показателей.

Тяговый электропривод постоянного тока, содержащий первый источник питания, последовательно соединенные якорную обмотку тягового двигателя постоянного тока, первый контактор, соединенный с общим выводом первого и второго резисторов, последовательно соединенные третий резистор и второй контактор, выход датчика тока соединен с первым входом блока управления, выход которого соединен с затвором биполярного транзистора с изолированным затвором, обмотку возбуждения тягового двигателя постоянного тока, третий контактор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчик напряжения, диод, второй источник питания, четвертый и пятый контакторы, к общему выводу якорной обмотки тягового двигателя постоянного тока и первого контактора подключен свободный вывод второго контактора, свободный вывод третьего резистора соединен с первыми выводами датчика тока и датчика напряжения и подключен к минусовой клемме первого источника питания, выход датчика напряжения соединен с вторым входом блока управления, второй вывод датчика тока соединен с свободным выводом якорной обмотки тягового двигателя постоянного тока, к общему выводу первого контактора и второго резистора подключены третий контактор и обмотка возбуждения тягового двигателя постоянного тока, свободный вывод которой соединен со свободным выводом второго резистора, вторым выводом датчика напряжения и общим выводом последовательно соединенных четвертого и пятого контакторов и подключен к плюсовой клемме первого источника питания, свободный вывод четвертого контактора соединен с катодом диода и коллектором биполярного транзистора с изолированным затвором, эмиттер которого соединен с анодом диода и свободным выводом первого резистора, свободный вывод третьего контактора соединен с плюсовой клеммой второго источника питания, минусовая клемма которого соединена с свободным выводом пятого контактора.

Читать еще:  Prado 120 какое масло лить в двигатель

Электропоезда постоянного тока | Устройство тяговых двигателей

Описание электропоездов и электровозов, расписание поездов, фотографии

Тяговый двигатель состоит из остова, главных и дополнительных полюсов, якоря, щеткодержателей с кронштейнами. В боковых стенах корпуса установлены подшипниковые щиты для крепления вала якоря, на валу имеется вентилятор. Остов двигателя с помощью кронштейнов 39 (рис. 34) прикрепляют к поперечной балке тележки. Он является не только несущей конструкцией, но и частью магнитной системы (магнитопроводом), по которому замыкается рабочий магнитный поток двигателя. В опорных поверхностях нижней части остова имеются отверстия, через которые проходят болты для крепления двигателя к тележке.

Внутри остова находятся обработанные поверхности для установки полюсов. Сверху, снизу и сбоку возможен доступ к коллектору и щеткам через люки. Через вентиляционный люк с патрубком засасывается воздух для охлаждения. Он выбрасывается наружу через выхлопные отверстия с сетками. В остове просверлено три отверстия для болтов, крепящих главные дополнительные полюса, и отверстия для выводных концов, на которые надеты резиновые втулки и защитные рукава.

Четыре главных полюса с обмотками возбуждения, остов и якорь, а также воздушный зазор между якорем и полюсами составляют магнитную цепь двигателя. Чтобы уменьшить вихревые токи, сердечники главных полюсов набирают из отдельных стальных пластин толщиной 0,5 мм, покрытых лаком. Собранные листы спрессовывают и соединяют заклепками. Через их середину пропущен стальной стержень, в который ввертывают болты, прикрепляющие полюс к остову.

Аналогично крепятся и дополнительные полюса. Между сердечником и остовом устанавливают диамагнитную прокладку, чтобы сосредоточить магнитный поток в узкой коммутационной зоне, не допуская его излишнего рассеяния. Дополнительные полюса обеспечивают безыскровую работу тягового двигателя (их также четыре, установлены они между главными полюсами).

Неисправности тормозных приборов

Проверять воздухораспределитель и реле давления срабатывания при торможении и отпуске. Проверять работу и при необходимости отрегулировать кран машиниста

Отключить воздухораспределитель, выпустить сжатый воздух из запасного резервуара и перекрыть кран

Разрушение подшипников тягового двигателя, излом вала якоря

При выезде из депо после ремонтов и технического обслуживания проверить крепление указанных узлов. В пути следования прослушивать ходовые части и работу механического оборудования, при постороннем шуме проверять

Отсоединить упругую муфту

Разрушение опорных подшипников малой шестерни, буксовых подшипников, излом зубьев тяговой передачи

Попробовать расклинить колесную пару методом краткое ременного движения поезда вперед и назад. При невозможности расклинивания эвакуировать из вагона пассажиров и следовать с заклиненной колесной парой со скоростью не более 5 км/ч. При этом помощник машиниста через люк должен наблюдать за колесной парой

Выход штока тормозного цилиндра менее установленного

Отрегулировать выход штока, проверить работу авторегулятора

Распустить рычажно-тормоз-ную передачу с помощью авторегулятора, вращая его против часовой стрелки и предварительно нажав на фиксатор

Неравномерный наклон рычагов или завал рычагов на одну сторону

Отрегулировать горизонтальные и вертикальные рычаги рычажной передачи

Рис. 34. Продольный (а) и поперечный разрез (б) тягового двигателя 1 ДТ.003.4У 1 :

1 — втулка якоря; 2 — вал: 3 — стопорная шайба; 4 — диск; 5 — кольцо

подшипника; 6. 29 — роликовые подшипники; 7, 28 — крышки подшипников;

9 — нажимной конус; 10 — коллектор; 11 — втулка коллектора; 12 — катушка

якоря; 13 — уравнительные обмотки: 14 — катушка главного полюса:

15 — сердечник главного полюса; 16 — стержень; 17. 19 — болты крепления

полюсов; 18 — якорь; 20 — диамагнитная прокладка; 21 — сердечник

дополнительного полюса; 22 — планка; 23 — катушка дополнительного подюса;

24 — остов; 25 — бандаж; 27 — обмоткодержагель; 30 — втулка: 31— наружное

кольцо подшипника: 32, 37 — маслоподводяшие трубки: 33, 38 — скобы:

34 — заглушка: 35 — болт для слива конденсата; 36, 44, 48 — крышки

коллекторных люков: 39 — лапы двигателя: 40 — заглушка люка;

41 — щеткодержатель: 42 — щетка; 43 — кронштейн щеткодержателя;

45 — кабель для подключения: 46 — стопорная планка болтов главных полюсов;

47 — клинья обмотки

Катушки главных полюсов наматывают из шинной меди в два слоя. Каждый из них изолируют друг от друга миканитовой прокладкой. Изоляция катушек главных и дополнительных полюсов выполнена из стеклослюдинитовой ленты и стеклоленты. Собранные катушки и полюса пропитывают в эпоксидном компаунде, и они образуют монолит. Межкатушечные соединения выполнены из провода сечением 70 мм».

Основные части якоря тягового двигателя (см. рис. 34): вал 2, сердечник 18, нажимные шайбы, обмотка с обмоткодержателем 27, коллектор 10 и втулка якоря 1. Вал якоря — очень ответственная часть. Он должен выдерживать значительные и часто меняющиеся нагрузки при вращении, а также реакции зубчатой передачи, большие усилия на скручивание и срез. Поэтому его изготавливают из качественной хромоникелевой стали 12ХНЗА, которая предварительно проходит термообработку.

Основные детали якоря собирают на втулке 1, которая напрессовывается на вал 2. Поэтому можно сменить поврежденный вал, не разбирая якорь. Втулка якоря — это стальная труба с буртом для упора вентиляторного колеса и резьбой на передней части. На ней установлены сердечник якоря с нажимными шайбами (обмоткодержателями), коллектор и вентилятор. Сердечник набирают из листов электротехнической стали и спрессовывают между обмоткодержателем 27 и втулкой коллектора 11. Обмоткодержатель и вентилятор изготовлены как одно целое.

Обмотка якоря выполнена из отдельных якорных катушек, которые изолируют, укладывают в пазы сердечника и закрепляют текстолитовыми клиньями, так как при вращении обмотку может вырвать из пазов. Каждая катушка состоит из семи витков шинной меди. Лобовые части обмотки удерживаются бандажом 25 из стеклобандажной ленты.

Коллектор набирают на коллекторной втулке 11 из пластин клинообразного сечения. Нижняя часть пластины имеет форму «ласточкина хвоста». Пластины зажимаются между нажимным конусом 9 и втулкой 11, которые затем стягивают болтами. В качестве изоляции служат миканитовые манжеты и цилиндры. Коллекторные пластины изолированы друг от друга миканитовыми прокладками.

При вращении коллекторная медь изнашивается быстрее, чем изоляционные прокладки. Поэтому в процессе эксплуатации поездов коллектор продораживают специальной фрезой и добиваются, чтобы высота изолирующих пластин была приблизительно на 1 мм меньше высоты медных пластин. На наружной стороне коллекторных пластин имеются выступы («петушки»), к которым припаивают обмотку якоря.

Якорь окончательно пропитывают в лаке, его изоляция становится более влаго- и теплостойкой, повышается ее электрическая и механическая прочность. Втулку коллектора закрепляют специальной гайкой, которая удерживает ее от осевого сдвига. В механическом отношении сердечник представляет собой монолит.

Одно из основных условий хорошей работы щеток — надежный (плотный) контакт между коллектором и щеткой. Щетки устанавливают в специальные обоймы (щеткодержатели), которые при помощи кронштейнов закрепляют на остове (кронштейны изолированы от остова). Щеткодержатель отлит из латуни, в месте его крепления к кронштейну поверхность сделана рифленой, что позволяет надежно зафиксировать положение щеткодержателя. Отверстие под болт для крепления к кронштейну имеет форму эллипса. Это позволяет регулировать зазор между коллектором и щеткодержателем.

Читать еще:  Газ 3309 с двигателем д 245 не заводится

Для хорошего контакта между щетками и коллектором служит нажимное устройство. Оно состоит из пружины, обоймы, нажимного кольца, собранных на оси, укрепленной в щеткодержателе. Нажатие щеток регулируют закручиванием пружины, оно должно составлять 2,5 кгс/см2.

К горловинам боковых стенок остова плотно подгоняют и закрепляют болтами подшипниковые щиты для установки вала якоря. В них имеются камеры для смазки с лабиринтовыми уплотнениями. В гнездах щитов запрессованы наружные обоймы подшипников. Передний подшипник — радиальноупорный, задний—радиальный. Наружные кольца подшипников запирают крышками, передняя — глухая, в задней имеется отверстие для вала двигателя.

Требования к смазке подшипников очень высоки, в ней не допускаются даже следы грязи. Недостаток смазки приводит к повышенному нагреву, разрушению подшипника, а после остывания—; к заклиниванию колесной пары. Без смазки меняется твердость материала деталей подшипника, нарушается его нормальная работа. Для периодической запрессовки смазки имеются специальные трубки, закрытые штуцерами.

Во время работы двигателя нагреваются его якорь и полюса, коллектор и подшипники. При интенсивном охлаждении нагрев значительно снижается, что позволяет повысить развиваемую мощность. В этом узле применяется самовентиляция: со стороны задней нажимной шайбы (обмоткодержателя) на втулку якоря напрессовано вентиляторное колесо. Воздух забирается через жалюзи на боковых стенках нижней части кузова и, проходя по каналам через фильтры и патрубки, попадает в двигатель.

Внутри двигателя он проходит двумя путями: один воздушный поток охлаждает внешние поверхности полюсов и якоря, второй попадает в отверстия сердечника якоря и охлаждает якорь изнутри. Причем полюса нагреваются меньше, поскольку здесь обеспечен лучше теплоотвод. Далее, через каналы в нажимной шайбе воздух попадает к лопаткам вентилятора и выбрасывается наружу через сетки вентиляционных отверстий.

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Двигатели постоянного тока широко востребованы в бытовой аппаратуре, для питания которой используется постоянное напряжение.

Существуют сложности с их запуском, которые возникают из-за того, что работа электрических машин основана на взаимодействии подвижного ротора с вращающимся электромагнитным (э/м) полем статора.

В случае постоянного напряжения питания формирование вращающегося магнитного поля невозможно без применения вспомогательных узлов и устройств, выбор которых определяет существующее разнообразие модификаций двигателей такого типа.

Разновидности двигателей постоянного тока.

Электрические машины этого типа различаются по способу получения вращающегося магнитного поля, зависящего от конструкции вспомогательного узла. В соответствие с этим все двигатели делятся на

  • коллекторные;
  • бесколлекторные;
  • устройства с внешним возбуждением.

В первом случае для подачи питания на ламели ротора используются специальные графитовые щетки. Менять полярность подаваемого напряжения, создавая аналог вращающегося магнитного поля, удается за счет разорванной конструкции токоподающего узла (слева на рисунке).

В бесколлекторном двигателе вращающееся э/м поле формируется специальным коммутирующим узлом. Функцию последнего выполняют электронные схемы на полупроводниковых элементах, имеющие различное исполнение. Благодаря этому удается получить бесконтактное взаимодействие полей, без щеток и коллектора.

Типичный представитель такого электродвигателя – мотор-колесо, известное большинству любителей езды на малогабаритных транспортных средствах. Еще один распространенный способ запуска двигателя – включение в схему специальных обмоток возбуждения.

СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Под возбуждением электродвигателей постоянного тока (ПТ) понимается эффект создания в них ЭДС, обеспечивающей вращение ротора. Их рабочие характеристики зависят от того, каким образом включена обмотка возбуждения (ОВ) по отношению к цепи якоря.

Наиболее распространены следующие схемы подключения:

  • с независимым возбуждением (две обмотки не связаны одна с другой, а ОВ питается от отдельного источника);
  • с параллельным возбуждением или шунтируемого типа (в них ОВ включена параллельно якорной цепочке);
  • с последовательным возбуждением (ОВ включается последовательно с якорной обмоткой).

В ряде случаев, связанных с особенностями эксплуатации двигателей постоянного тока, применяется комбинированная схема включения.

Иногда ее называют «смешанной» или «компаундной» (в ней последовательное подключение совмещается с параллельным). Рассмотрим каждый из перечисленных вариантов более подробно.

Независимое возбуждение.

При этой схеме подключения обмотка возбуждения электрически не связана с катушкой якоря (рис.1). Для снижения тепловых потерь и создания необходимой величины ЭДС число витков в ней делается достаточно большим, что позволяет снизить ток возбуждения.

Регулировать ток в якоре можно посредством резистора Rдоб, включенного последовательно. Частоту вращения можно менять резистором Rрег. Возможность независимого управления параметрами двигателя относят к плюсам этой схемы.

Ее минус – необходимость использования дополнительного источника питания, что приводит к увеличению материальных издержек. Применение схемы с независимым возбуждением определяется особенностями конструкции управляемого электропривода.

Параллельное возбуждение.

Электрическая схема подключения с параллельным возбуждением в целом напоминает рассмотренную выше. Ее особенность – наличие электрической связи ОВ с якорной цепью (рис.2).

Эффективность работы двух рассмотренных схем практически одинакова. Преимущество этого способа включения в том, что в данной ситуации отпадает необходимость в дополнительном источнике питания. Ее минус – невозможность раздельной регулировки параметров электродвигателя.

Принцип работы электродвигателя с последовательным возбуждением.

Особенностью этой схемы является последовательное включение ОВ и якорной цепочки (рис.3). При таком варианте подключения ток якоря является одновременно и током возбуждения (Iя =Iв). Это вынуждает производителей оборудования наматывать ОВ проводом того же сечения, что и у якоря.

Недостаток этой схемы – в том, что скорость двигателя зависит от нагрузки на валу. При ее увеличении падение напряжения на обмотках и магнитный поток возрастают. А это приводит к сильному падению скорости вращения. При снижении нагрузки частота вращения двигателя резко возрастает и может достичь опасных значений (он может начать работать «вразнос»).

Данный вариант применяют в случаях, когда необходимо выдерживать большое пусковое усилие (момент). Или же когда двигателю предстоит работать в режиме кратковременных перегрузок. Схемы с последовательным запуском используются в тяговых двигателях (в метро, трамваях, электровозах и троллейбусах).

Принцип действия двигателя со смешанным возбуждением.

К каждому из полюсов системы со смешанным возбуждением подключено две обмотки: последовательная и параллельная (рис.4). Их допускается включать таким образом, чтобы магнитные потоки суммировались (согласное подключение), либо вычитались один из другого (встречное включение).

В зависимости от того, как соотносятся части каждого из магнитных потоков, двигатель постоянного тока со смешанным возбуждением приближаются по своим свойствам к одному из уже рассмотренных ранее вариантов.

Такие схемы применяются в ситуациях, когда необходим большой по величине пусковой момент и одновременно невозможно обойтись без регулировки частоты вращения вала при переменных нагрузках.

БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Бесколлекторным называют двигатель, ток в статорных обмотках которого коммутируется особыми электронными устройствами («драйверами» или «инверторами»). Такой коммутатор состоит из набора полупроводниковых элементов, создающих вращающее поле путем подачи тока в соответствующую обмотку.

Скорость вращения вала у агрегатов этого типа значительно выше, чем у коллекторных с постоянными магнитами. Это позволяет увеличить удельную мощность двигателя и повысить его КПД.

Устройство и принцип действия.

Любой бесколлекторный двигатель состоит из следующих основных узлов:

  • статор с обмотками;
  • вращающийся ротор с постоянными магнитами;
  • контроллер, обеспечивающий формирование в статоре вращающегося э/м поля.

На статоре бесколлекторного двигателя располагаются 3 обмотки, которые, как и у электродвигателей переменного тока называются фазными.

Допустимость такого названия объясняется следующим. Несмотря на того, что эти агрегаты работают от источника постоянного напряжения (аккумуляторов) – управляющий коммутацией обмоток контроллер включает ток поочередно.

Это приводит к формированию в них переменной составляющей в виде прямоугольных импульсов. Они и создают видимость трехфазного вращающегося э/м поля, характерного для коллекторных электродвигателей синхронного или асинхронного типа.

Особенности конструкции.

В зависимости от того, по какой схеме включаются обмотки статора («звезда» или «треугольник») система содержит соответственно четыре или три рабочих шины. Катушки наматываются в пазах между зубьями сердечника статора, распределяясь равномерно по фазам.

В статор нередко интегрируются датчики Холла, фиксирующие текущее положение ротора.

С их помощью удается передавать информацию контроллеру, который в каждый момент «знает», в какой точке находится ротор и подает питающий импульс на нужную обмотку. Такая возможность повышает эффективность функционирования двигателя с максимально возможной отдачей (мощностью).

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector