|
|
|
Закладки | Дневники | Поддержка | Социальные группы | Поиск | Сообщения за день | Все разделы прочитаны | Комментарии к фото | Сообщения за день |
|
Опции темы | Поиск в этой теме |
22.05.2015, 12:34 | #1 (ссылка) |
Кандидат в V.I.P.
Регистрация: 19.05.2015
Сообщений: 48
Поблагодарил: 0 раз(а)
Поблагодарили 1 раз(а)
Фотоальбомы:
0
Загрузки: 0
Закачек: 0
Репутация: 0
|
Тема: [01-1999] Устройство и работа электропоездов постоянного токаУстройство и работа электропоездов постоянного тока Школа молодого машиниста (Продолжение. Начало см. "Локомотив” № 8 - 12, 1998 г.) УСТРОЙСТВО ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Тяговый двигатель состоит из остова с главными и дополнительными полюсами, якоря, щеткодержателей с кронштейнами, в боковых стенках остова установлены подшипниковые щиты для крепления вала якоря, на валу имеется вентилятор. Остов двигателя кронштейнами 39 (рис. 1) крепится к поперечной балке тележки и 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 к тележке. Внутри остова находятся обработанные поверхности для установки полюсов. Сверху, снизу и сбоку через люки возможен доступ к коллектору и щеткам. Через вентиляционный люк с патрубком засасывается воздух для охлаждения. В остове просверлено по три отверстия для болтов, крепящих главные и 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 листов толщиной 0,5 мм, покрытых с обеих сторон лаком. Собранные листы спрессовывают и соединяют заклепками. Через их середину пропущен стальной стержень, в который ввертывают болты, крепящие полюс к остову. Аналогично крепятся и дополнительные полюса, а между сердечником и остовом устанавливают диамагнитную прокладку. Дополнительные полюса создают добавочный поток в коммутационной зоне и обеспечивают безыскровую работу (их также четыре, установлены они между главными полюсами). Катушки главных полюсов наматывают из шинной меди в два слоя. Слои катушки изолируют друг от друга миканитовой прокладкой. Изоляция катушек главных и дополнительных полюсов выполнена из стеклослюдинитовой ленты и стеклоленты. Собранные катушки с полюсами пропитываются в эпоксидном компаунде, после чего образуют монолит. Межкатушечные соединения выполнены из провода сечением 70 мм2. Основные части якоря тягового двигателя: 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 вращающего момента и реакции зубчатой передачи, большие усилия на скручивание и на срез. Поэтому его изготавливают из качественной хромоникелевой стали 12ХНЗА, которая проходит термообработку. Основные детали якоря собирают на втулке 1, которая напрессовывается на вал 2. Поэтому можно сменить поврежденный вал без разборки якоря. Втулка якоря — это стальная труба с буртом для упора вентиляторного Колеса и резьбой на передней части. На ней укреплены сердечник якоря с нажимными шайбами, коллектор и вентилятор. Сердечник набирается из листов электромеханической стали и спресовывается между обмоткодержателем 27 и втулкой коллектора 11. Обмоткодержатель и вентилятор выполнены 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 стек- лобандажной ленты. Коллектор набирают на коллекторной втулке 11 из пластин клинообразного сечения. Нижняя часть пластины имеет форму ласточкина хвоста. Они зажимаются между нажимным конусом 9 и втулкой 11, которые стягиваются болтами. В качестве изоляции служат миканитовые манжеты и цилиндры. Миканитовыми пластинами коллекторные пластины изолируются друг от друга. При вращении коллекторная медь изнашивается быстрее, чем изоляционные прокладки. Поэтому в процессе работы коллектор продораживают специальной фрезой и добиваются, чтобы высота изолирующих прокладок была приблизительно на 1 мм меньше высоты медных пластин. На наружной стороне коллекторных пластин имеются выступы (петушки), к которым припаивают якорную обмотку. Якорь пропитывают в лаке, его изоляция становится более влагостойкой и теплостойкой, повышается ее электрическая и механическая прочности. 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 с помощью кронштейнов закрепляют на остове (кронштейн изолирован от остова). Щеткодержатель отлит из латуни, в месте его прилегания к кронштейну поверхность выполнена рифленой, что позволяет надежно зафиксировать положение щеткодержателя. Отверстие под болт для крепления к кронштейну имеет форму эллипса, это дает возможность регулировать зазор между коллектором и щеткодержателем. Для хорошего контакта щеток служит нажимное устройство. Оно состоит из пружины, обоймы, нажимного пальца, собранных на оси, укрепленной в щеткодержателе. Нажатие, которое составляет около 2,5 кгс, регулируют закручиванием пружины. К горловинам боковых стенок остова плотно подгоняют и закрепляют болтами подшипниковые щиты для крепления вала якоря. В них имеются камеры для смазки с лабиринтовыми уплотнениями, в гнездах щитов запрессованы наружные обоймы подшипников. Передний подшипник — радиально-упорный, задний — радиальный. Требования к смазке подшипников очень высокие, не допускают даже следов грязи. Недостаток смазки приводит к повышенному нагреву, разрушению подшипника, а после остывания — к заклиниванию колесной пары. Без смазки меняются твердость металла деталей подшипника, нарушается его нормальная работа. Для периодической запрессовки смазки имеются специальные трубки. Во время работы двигателя нагреваются его якорь и полюса, коллектор и подшипники. При интенсивном охлаждении нагрев значительно снижается, что позволяет повысить мощность, развиваемую двигателем. Применяется самовентиляция: с задней нажимной шайбой (обмоткодержателем) на втулку якоря напрессовано вентиляторное колесо. Воздух забирается с боковых стенок кузова, проходя по каналам через жалюзи, фильтры и патрубки, попадает в двигатели. Внутри двигателя он проходит по двум путям: один поток охлаждает внешние поверхности полюсов и якоря, второй — попадает в отверстия в сердечнике якоря и охлаждает его, причем полюса нагреваются меньше, поскольку лучше теплоотвод. Далее, через каналы в нажимной шайбе воздух попадает к лопаткам вентилятора и выбрасывается наружу через сетки вентиляционных отверстий. ОБМОТКА ЯКОРЯ Она состоит из отдельных секций (катушек). Активные стороны проводников, уложенные в пазы сердечника якоря их лобовыми частями, соединяют между собой и с коллекторными пластинами. Секция состоит из нескольких последовательно соединенных витков и является многовитковой. На рис. 2 для простоты показаны одновитковые секции. Если цилиндрическую якорную обмотку мысленно развернуть в плоскость, то увидим, что расстояние между активными проводниками секции примерно равно расстоянию между осями полюсов. Активные проводникиодной секции находятся под полюсами разной полярности. Поэтому и направление тока в них противоположное (для того чтобы при вращении якоря индуцированная в проводниках э.д.с. суммировалась, складывался вращающий момент). На ранее выпущенных электропоездах предпочтение отдавали волновой обмотке, на поездах ЭД2Т применяют петлевую обмотку, когда, например, начало первой секции припаивают к одной коллекторной пластине, а ее конец и начало следующей секции — к соседней пластине и т.д., пока обмотка не замкнется, т.е. пока опять не придет к первой секции. Такая секция (якорная катушка) имеет форму петли. На рис. 3 приведена развернутая упрощенная схема. Петлевая обмотка может пропускать значительно большие токи, чем волновая, так как в четырехполюсной машине обмотка якоря имеет четыре параллельных ветви (при волновой обмотке их всегда две). На рис. 4 показано, что ток подходит к двум соединенным между собой плюсовым кронштейнам, разделяется пополам, через щетки разветвляется на четыре параллельных ветви и затем попадает на минусовые щетки. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ Если представить себе двухполюсную электрическую машину (генератор или двигатель) при отсутствии тока в якорной обмотке, то магнитное поле, создаваемое главными полюсами, будет располагаться симметрично вдоль оси полюсов. При появлении тока в якорной обмотке вокруг якоря создается свое магнитное поле, действующее перпендикулярно основному. Это взаимодействие двух магнитных полей, приводящее к искажению магнитного потока машины, — явление нежелательное и называется реакцией якоря. Перечислим ее основные вредные последствия. Во-первых, реакция якоря приводит к смещению физической нейтрали на некоторый угол (у двигателя нейтраль смещается против вращения, у генератора — наоборот). Этот угол, очевидно, будет меняться в зависимости от нагрузки машины, т.е. от тока якоря. Это приведет к большим трудностям для установки щеток, поскольку электрическая машина работает хорошо, без искрения именно тогда, когда щетки установлены строго по физической нейтрали. Чтобы уменьшить это вредное явление, применяют дополнительные полюса. Во-вторых, уменьшается общий магнитный поток машины, а от него, как известно, зависит возникающая э.д.с. Следовательно, она будет несколько меньше. Можно сказать также, что в воздушных зазорах под сбегающими краями главных полюсов возникают пики магнитной индукции, что является благоприятным условием для кругового огня. Напомним, индукция характеризует интенсивность магнитного поля, т.е. его способность совершать работу. КОММУТАЦИЯ Слово “коммутация” можно перевести как переключение. На рис. 5 показана волновая обмотка, разделенная щетками на две параллельные ветви — левую и правую. Если секция 1 находится в левой ветви, то ток по ней проходит от начала Н к концу К. Но при вращении коллектора секция 1 окажется в правой ветви, и тогда ток по ней проходит от конца К к началу Н. В этом и заключается смысл переключения секции, т.е. ее коммутация. В реальных условиях коммутация протекает намного сложнее. На рис. 6 это показано подробнее. Сначала щетка соединяется с пластиной 1, и ток, делясь пополам, уходит в левую и правую ветви. В следующий момент щетка соединяет пластины 1 и 2, накоротко замыкая данную секцию. Хотя ток продолжает поступать в обе ветви, ток самой секции окажется равным нулю. При дальнейшем вращении (по мере схода со щетки пластины 1) ток секции начинает возрастать, но в обратной полярности. Процесс изменения тока в секции заканчивается, секция перешла из правой ветви в левую. Поскольку время коммутации практически очень мало, сопротивление цепи также достаточно низко (сопротивление проводников и контакта щетка — коллектор), ток секции меняется очень быстро, и в ней наводится э.д.с. самоиндукции е5, которая проявляет себя в виде добавочных токов большой величины. Обычно в пазах сердечника якоря уложена не одна, а несколько секций. Кроме того, щетка перекрывает несколько пластин. Поэтому изменяющиеся магнитные потоки охватывают соседние проводники, в которых возникает э.д.с. взаимоиндукции ет. Полная э.д.с., появляющаяся в секциях, называется реактивной (ер) и равна сумме э.д.с. самоиндукции и взаимоиндукции: ер = es + em. Для улучшения коммутации принимают меры, чтобы снизить добавочные токи реактивной э.д.с. Для этого служат дополнительные полюса. Соединенные последовательно с якорной обмоткой, они сосредотачивают свой магнитный поток в узкой коммутационной зоне, и независимо от нагрузки машины компенсируют реактивную э.д.с. Таким образом, под коммутацией понимают все процессы и явления, которые происходят между щетками и коллектором во время работы электрической машины. О качестве коммутации судят по искрению: если искрения нет, говорят — хорошая, если большое искрение — плохая. Улучшает коммутацию, кроме дополнительных полюсов, правильный подбор щеток. Используя щетки с повышенным электрическим сопротивлением, добиваются уменьшения токов, наводимых реактивной э.д.с. На двигателях применяют электрографитовые щетки ЭГ-2А, имеющие повышенное электрическое сопротивление. Большое значение имеет ширина щетки — чем уже щетка, тем меньше коммутационная зона и реактивная э.д.с. ер. Опыт показывает, что щетка должна перекрывать 3 — 4 коллекторные пластины. Повышенное искрение при плохой коммутации может привести к круговому огню. Дуга, появившаяся между двумя коллекторными пластинами из-за загрязнения изоляции, может растягиваться по коллектору или перебрасываться между щетками разной полярности, а также на заземленные части. Это — разрушительный режим работы. Возможность кругового огня увеличивается в режиме ослабленного возбуждения и при боксовании колесных пар. В первом случае к этому приводит значительно возросший ток якоря, во втором — перераспределение напряжений между двигателями. Напряжение на боксующем двигателе увеличивается, возрастает напряжение между коллекторными пластинами, что способствует круговому огню. Запомним, что боксование — это всегда круговой огонь с тяжелыми последствиями для двигателя. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ Как было сказано, для ограничения пускового тока в цепь обмотки якоря вводится сопротивление (пуско-тормозные резисторы), причем чем больше сопротивление, тем меньше частота вращения якоря. Следовательно, выводя резисторы, увеличивают частоту вращения, т.е. скорость поезда. Однако этот способ применяют только при пуске, так как из-за потерь на нагрев резисторов способ неэкономичен и связан с большими потерями электроэнергии. Частота вращения якоря зависит от напряжения на двигателе и магнитного потока, создаваемого полюсами (обмоткой возбуждения). Последнее применяется на электропоездах ЭД2Т. Для этого параллельно обмоткам возбуждения включается шунтирующая цепь, в которую входят контактор, индуктивный шунт и регулировочные резисторы. Поэтому через обмотку возбуждения будет протекать не весь ток якоря, а его часть. Другая часть тока будет ответвляться в регулировочные резисторы. Имеются шесть ступеней: вначале сопротивление максимальное, затем контакторами реостатного контроллера резисторы закорачиваются, уменьшая сопротивление шунтирующей цепи и отводя больший ток с обмоток возбуждения в данную цепь. Подобное сопровождается значительным увеличением тока якоря, тягового усилия и, следовательно, скорости поезда. Такой способ раньше называли “ослабление поля”, теперь говорят —’’ослабление возбуждения”, что ближе к истине. Дело в том, что при включении шунтирующей цепи магнитный поток обмотки возбуждения уменьшается всего на несколько процентов, и, грубо говоря, он остается приблизительно на том же уровне, а ток якоря увеличивается в гораздо большей степени. В результате достигается действительно ослабление возбуждения (а не поля), т.е. реализуется не весь возможный магнитный поток, а его часть. РЕВЕРСИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ Направление вращения якорей двигателей (реверсирование) изменяют за счет направления тока в обмотках возбуждения, т.е. меняют полярность главных полюсов, а значит, и направление вращающего момента. В якорях в обоих случаях направление тока неизменно, а в обмотках возбуждения при переключениях специального аппарата (реверсора) “Вперед” или “Назад” с помощью контакторов меняется направление тока на противоположное, а значит, и направление вращения якоря, т.е. меняется направление движения поезда. Одновременное изменение направлений токов в обеих обмотках не приведет к изменению направления вращения. ПОЧЕМУ ДВИГАТЕЛИ - СЕРИЕСНЫЕ Будущим машинистам важно понять: почему на подвижном составе применяют сериесные тяговые двигатели? Якорную обмотку с обмоткой возбуждения можно соединять различными способами: последовательно или параллельно. Кроме того, имеются двигатели с питанием обмотки возбуждения от постороннего источника (независимое возбуждение), нашли применение электрические машины со смешанным возбуждением. На электропоездах до настоящего времени устанавливают двигатели последовательного, т.е. сериесного, возбуждения. Перечислим их основные преимущества. Во-первых, указанный двигатель лучше в конструктивном отношении. Основное напряжение сети прикладывается к вращающейся обмотке якоря, на обмотку возбуждения остается всего 5 — 6 % этого напряжения (заметим, что у двигателя с параллельным возбуждением напряжение на якоре равно напряжению на обмотке возбуждения). Кроме того, обмотки возбуждения находятся после якорей, т.е. под меньшим потенциалом, поэтому снижается вероятность пробоя катушек, и при той же механической и электрической прочности их можно изготовить меньших размеров с более дешевой изоляцией, чем для двигателя с параллельным возбуждением. Двигатель получается дешевле и компактнее. Сериесный двигатель при больших нагрузках и одном и том же токе имеет больший вращающий момент, чем двигатель с параллельным возбуждением, что важно при частых троганиях поезда. Этот двигатель автоматически регулирует свою мощность в зависимости от нагрузки: при ее увеличении уменьшается скорость и увеличивается вращающий момент, при снижении нагрузки скорость растет, вращающий момент снижается. Подобное благоприятно и для двигателя, так как его можно сделать менее мощным, и для системы энергоснабжения: чем равномернее нагрузка, тем меньше амплитуды нагрузок на тяговых подстанциях и падение напряжения в контактной сети. Заметим, что при очень малых нагрузках сериесный двигатель вращается с недопустимо большой скоростью из-за малого значения магнитного потока. Такой режим не допускается ввиду опасности механического разрушения. Хорошо известно, что, например, при срыве муфты двигатель, оказавшийся без нагрузки, идет вразнос. Исследования показывают, что неизбежные колебания напряжения контактной сети более благоприятно отражаются на сериесном двигателе, чем на двигателе параллельного возбуждения (шунтовом). Так, при скачке напряжения сети бросок тока у сериесного двигателя, имеющего “мягкую” характеристику, будет значительно меньше, чем у шунтового двигателя с жесткой характеристикой. Это наглядно подтверждают соответствующие графики в учебной литературе. Разница в свойствах материалов и допуски на обработку при изготовлении тяговых двигателей вызывают некоторое несовпадение их рабочих характеристик. Поэтому при одной и той же скорости поезда, но разной толщине бандажей двигатели будут иметь разную скорость (частоту вращения), что приведет к различным нагрузкам. Более быстроходные двигатели, связанные с колесными парами с толстыми бандажами, будут более нагружены, чем менее быстроходные, связанные с тонкими бандажами. Это различие стараются устранить в депо при формировании колесно-моторных блоков: более быстроходные соединяют с колесными парами с меньшим диаметром бандажей и наоборот. На практике такое выравнивание ценно не только в режиме тяги, но и, особенно, в режимах электрического торможения. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ ДВИГАТЕЛЯ Иногда считают, что, зная мощность двигателя, вполне можно оценить его работоспособность. Однако этого недостаточно, поскольку двигатель работает в условиях резко меняющихся режимов, и для правильной эксплуатации важно иметь хотя бы понятие об основных характеристиках электрической машины. На основе рабочих характеристик оценивают тяговые качества электропоезда. По графикам (рис. 7), например, видно, что повышение скорости сопровождается уменьшением тока I и силы тяги F. Снижение скорости приводит к увеличению этих величин. Так, зависимость частоты вращения п от нагрузки на валу двигателя называют механической характеристикой. Ток нагрузки (ток обмотки якоря) определяют как разность между питающим напряжением U и э.д.с. Е, вырабатываемой двигателем, разделенную на сопротивление двигателя: I = (U - Е)/г. Нагрузка, т.е. момент сопротивления на валу двигателя, постоянно меняется (на нее влияют масса электропоезда, профиль пути, частые остановки, ветер, все виды трения) и в зависимости от момента сопротивления и вращающего момента якорь вращается с постоянной или переменной скоростью. С увеличением нагрузки на валу возрастает потребляемая мощность, которую забирает двигатель из контактной сети. Тогда обязательно возрастет ток, а скорость уменьшится. С ростом тока уменьшение частоты вращения п объясняется одновременным увеличением падения напряжения на внутреннем сопротивлении двигателя и ростом его магнитного потока. Это иллюстрируют основные формулы: приложенное напряжение U уравновешивается его э.д.с. Е и падением напряжения внутри двигателя: U = С'П'Ф + 1-г. Тогда число оборотов п можно определить из выражения: n = (U - 1-г)/с Ф. С увеличением момента сопротивления за счет роста тока (следовательно, и магнитного потока), автоматически возрастает вращающий момент до тех пор, пока при определенном числе оборотов не наступит равенство моментов, т.е. каждой нагрузке соответствует определенная частота вращения, Вращающий момент двигателя описывается формулой М = СМ-1Я-Ф, где См — коэффициент пропорциональности, постоянная величина двигателя. Напомним, если машина работает генератором, то при наличии нагрузки (тока в якорной обмотке) этот момент будет тормозным, при ее работе двигателем тот же момент будет вращающим. Нередко эксплуатационники обращаются к скоростным характеристикам, например, при анализе пусковой диаграммы. Скоростная характеристика имеет вид гиперболы (на рис. 7 она показана жирной линией). Это — естественная безреостатная кривая, характеризующая работу двигателя при определенном напряжении, когда из его внешней цепи все сопротивления полностью выведены. Если ввести в цепь якоря ограничивающие резисторы, то получится ряд кривых, похожих на основную гиперболу, но расположенных ниже ее. Причем, чем большее сопротивление введено в цепь двигателя, тем ниже лежит кривая (на рис. 7 они показаны тонкими линиями). Характеристики режима ослабления возбуждения находятся выше основной кривой (показаны пунктиром). В процессе работы двигателя часть энергии, забираемой им из контактной сети, рассеивается в виде тепла, так как в двигателе имеются электрические, магнитные и механические потери, приводящие к нагреву. Общие потери составляют 8 — 10 %, поэтому к.п.д. двигателя будет 90 — 92 %. Он характеризует экономичность данной электрической машины. От соотношения постоянных и переменных потерь к.п.д. будет меняться с увеличением нагрузки. Опыт показывает, что наибольший к.п.д. — в зоне средних токов (приблизительно 200 — 300 А), причем, изменяя конструкцию двигателя, можно смещать кривую к.п.д. вправо или влево. В заключение самостоятельно ответьте на вопрос: почему работа двигателя сопровождается характерным звуком, который меняется в зависимости от скорости? (Продолжение следует) Инж. Б.К. ПРОСВИРИН,
Московская дорожная техническая школа № 1 Последний раз редактировалось poster777; 22.05.2015 в 13:12. |
0 |
Объявления | |
Похожие темы | ||||
Тема | Автор | Раздел | Ответов | Последнее сообщение |
[08-1999] Неисправности электропоездов постоянного тока | poster444 | xx2 | 0 | 20.05.2015 20:38 |
[10-1999] Неисправности электропоездов постоянного тока | poster444 | xx2 | 0 | 18.05.2015 15:43 |
=Курсовая работа= Технология ремонта тяговых электродвигателей электропоездов постоянного тока | Admin | Студенту-локомотивщику | 0 | 27.09.2013 05:53 |
Технические условия на модернизацию электропоездов постоянного и переменного тока ЭР2 и ЭР9П с продлением срока службы | Admin | Тяговый подвижной состав | 0 | 13.07.2012 16:00 |
Распределительное устройство 3,3 кВ постоянного тока | Admin | Wiki | 0 | 25.01.2012 20:32 |
Возможно вас заинтересует информация по следующим меткам (темам): |
Ласточка |
Здесь присутствуют: 1 (пользователей: 0 , гостей: 1) | |
Опции темы | Поиск в этой теме |
|
|