Приведены основные положения теории и практики применения тяговых электрических машин на подвижном составе железных дорог. Проанализированы режимы работы тяговых электрических машин и их эксплуатационные свойства. Рассмотрены основы проектирования и принципы управления тяговыми двигателями различного принципа действия. Изложены вопросы технологии изготовления, испытаний, обеспечения надежности, диагностики и технического обслуживания тяговых электрических машин. Книга рассчитана на читателя, изучившего общие курсы теоретической электротехники, электрических машин, силовых полупроводниковых преобразователей.
Предназначен для студентов вузов, обучающихся по специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог», а также может быть полезен для инженеров, занимающихся проектированием и эксплуатацией тяговых электрических машин на подвижном составе железных дорог.
https://vk.com/doc180572275_52553247...bba3e8ef5fd68d
Оглавление
От авторов........................................... ...........3
Введение.......................................... ..............5
Краткий исторический очерк развития отечественного тягового электромашиностроения............................. ..............5
Требования к тяговым электрическим машинам......................6
Области применения тяговых электрических машин различного принципа действия.......................................... ..............7
Глава 1. УСЛОВИЯ, ОПРВДЕЛЯЮЩИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ................................. ...9
1.1. Климатические воздействия...................................9
1.2. Режимы работы............................................ .12
1.3. Эксплуатационные переходные и аварийные режимы работы ТЭД..14
1.4. Система питания и ее влияние на ТЭД.......................24
1.5. Загрязнение охлаждающего воздуха..........................30
1.6. Механические нагрузки.....................................32
1.7. Система обслуживания и ремонта ТЭД в эксплуатации.........34
1.8. Общие требования к электроприводу тяговых двигателей электроподвижного состава......................................37
Глава 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ..............51
2.1. Цели, этапы и стадии проектирования.......................51
2.2. Системный подход, виды математических моделей и уровни моделирования при проектировании...............................57
2.3. Компонентные и топологические уравнения ТО................62
2.4. Математическая модель поверочного расчета асинхронного ТЭД.69
2.5. Математическая модель поиска допустимого варианта при проектировании.................................... .........86
2.6. Вопросы оптимизации АТЭД.................................107
2.7. Система автоматизированного проектирования ТЭД (САПР ТЭД)..112
Глава 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ КОЛЛЕКТОРНЫХ И БЕСКОЛЛЕКТОРНЫХ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ИХ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ .............................114
3.1. Особенности конструкции тяговых электродвигателей постоянного и пульсирующего тока..............................114
3.1.1. Коллектор......................................... .118
3.1.2. Особенности конструирования узла токосъёма с коллектора.126
3.1.3. Обмотка якоря.........................................129
3.1.4. Добавочные полюсы.....................................134
3.1.5. Обеспечение коммутационной надёжности.................143
3.1.6. Якорные подшипники....................................162
3.1.7. Особенности конструкции ТЭД с частотным регулированием.................................... ......170
3.2. Схемы и конструктивные исполнения современных силовых передач........................................... ...............199
Глава 4. КОЛЛЕКТОРНЫЕ ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ..................204
4.1. Электрические машины постоянного тока......................204
4.2. Основы электромагнитного преобразования энергии коллекторной машины постоянного тока.............................206
4.3. Принцип действия коллекторной машины постоянного тока......210
4.4. Принцип обратимости электрических машин постоянного тока....213
4.5. Классификация тяговых двигателей (ТЭД) постоянного тока.....213
4.6. Условия работы тяговых двигателей ЭПС.......................215
4.7. Требования к тяговым двигателям.............................216
4.8. Составные части тягового электродвигателя...................218
4.9. Виды обмоток якоря..........................................223
4.10. Магнитная цепь машины......................................236
4.11. Виды обмоток двигателя.....................................245
4.12. ЭДС и электромагнитный момент тягового электродвигателя....247
4.13. Коммутация........................................ .........250
4.14. Характеристики двигателей постоянного тока......256
4.15. Электротяговые характеристики электрического подвижного состава (ЭПС)............................................. .......260
4.16. Обоснование использования двигателей последовательного возбуждения....................................... ...............264
4.17. Пуск тяговых двигателей постоянного тока...................268
4.18. Способы регулирования скорости тяговых двигателей..........270
4.19. Усиление возбуждения тяговых двигателей....................286
4.20. Коллекторные машины в режимах электрического торможения...294
4.21. Импульсные преобразователи в силовых цепях тяговых двигателей постоянного тока..............................314
4.22. Тяговые двигатели пульсирующего тока.......................331
4.23. Нестационарные режимы работы тяговых двигателей постоянного тока.............................................. ...344
Глава 5. БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЕ ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ...............353
5.1. Особенности применения бесколлекторных электрических машин в качестве тяговых электродвигателей.............................353
5.2. Управление вентильным тяговым электродвигателем (ВТЭД)......355
5.3. Управление асинхронным тяговым электродвигателем............362
5.3.1. Способы управления асинхронным тяговым электродвигателем................................. ....362
5.3.2. Формирование выходного напряжения автономных инверторов напряжения.................................371
5.3.3. Структура системы автоматического регулирования асинхронного тягового двигателя.......................379
5.3.4. Прямое управление моментом..........................395
5.4. Управление синхронным тяговым двигателем с постоянными магнитами на роторе............................................ 404
5.5. Оптимизация тяговых характеристик бесколлекторных тяговых двигателей........................................ .....415
5.6. Идентификация параметров бесколлекторных тяговых двигателей.424
5.6.1. Начальное определение параметров....................426
5.6.2. Оперативное определение параметров..................432
Глава 6. ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЕ ТЯГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ...............436
6.1. Особенности конструктивного исполнения тягового ВИД.......442
6.2. Принципы управления тяговыми ВИД..........................444
6.3. Проектирование ВИД........................................450
6.3.1. Современное состояние проектирования ВИД............450
6.3.2. Основные элементы методики расчета ВИД..............452
6.4. Рабочие характеристики тяговых ВИД........................457
Глава 7. НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ ТЭД...........................459
7.1. Потери энергии и нагрев ТЭД постоянного тока................459
7.2. Системы вентиляции и основы вентиляционных расчетов.......465
7.3. Расчеты температурных полей...............................467
7.4. Тепловые расчеты, выполняемые по методу эквивалентных схем замещения......................................... .............469
7.5. Меры по снижению перегрева элементов ТЭД..................473
Глава 8. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЭД...........................476
8.1. Суть технологии производства ТЭД..........................476
8.2. Холодная штамповка и изготовление сердечников магнитопроводов .... 477
8.3. Особенности механической обработки основных узлов.........481
8.4. Обмоточно-изоляционное производство.......................489
8.5. Изготовление коллекторов..................................494
8.6. Изготовление якорей.......................................498
8.7. Некоторые особенности сборки и испытаний ТЭД..............505
Глава 9. ИСПЫТАНИЯ ТЭД.........................................508
9.1. Классификация и программы испытаний.......................508
9.2. Методы испытаний......................................... .511
9.3. Схемы испытаний......................................... ..516
9.4. Энергосберегающие методы испытаний........................523
9.5. Методики некоторых специальных исследований ТЭД...........527
Глава 10. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ, ИЗГОТОВЛЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН...............................535
10.1. Общие вопросы и основные понятия теории надежности........535
10.2. Различные периоды работы технических устройств............547
10.3. Общие вопросы надежности электрической машины.............550
10.3.1. Вопросы надежности изоляции электрических машин.....552
10.3.2. Расчёт скорости теплового старения изоляции.........553
10.3.3. Влияние электрического поля на старение изоляции....556
10.4. Статистические данные отказов ТЭД электровозов............559
10.5. Обеспечение работоспособности полюсных межкатушечных соединений........................................ ..............561
10.6. Надёжность якорных подшипников............................564
Глава 11. ДИАГНОСТИКА И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ................................. ......569
11.1. Основы технической эксплуатации тяговых двигателей........569
11.2. Основные понятия и определения............................571
11.3. Виды диагностирования.................................. ...581
11.4. Классификация методов и средств диагностирования..........582
11.5. Технология диагностирования машин.........................587
11.6. Контролируемые параметры электродвигателя.................591
11.7. Отказы в электродвигателе и способы продления срока его службы............................................ ..........591
11.7.1. Подготовка тяговых электродвигателей к запуску в эксплуатацию...................................... ..592
11.7.2. Виды и периодичность технического обслуживания и ремонтов.......................................... ..593
11.8. Особенности учета потерь на коллекторе в режиме разгона...601
11.9. Диагностика и прогнозирование сроков службы коллекторов и щёток ТЭД............................................... ......602
11.10. Анализ причин и прогнозирование заволакивания коллекторов ТЭД............................................... ..608
11.11. Причины и диагностика круговых огней по коллектору.......617
11.12. Потенциальная и коммутационная прочность компенсированных тяговых электродвигателей................................. ......621
Литература........................................ ..............634
