Влияние класса изоляции двигателей на тяговую характеристику локомотивов
 

Влияние класса изоляции двигателей на тяговую характеристику локомотивов

Одним из самых нагруженных элементов в тяговой электрической машине является ее изоляция. Она подвергается воздействию одновременно электрических, тепловых и механических напряжений.

Так, по данным службы локомотивного хозяйства Московской дороги среди главных причин выхода из строя тяговых двигателей (ТЭД) — пробой изоляции якоря из-за превышения допустимых значений тока (табл. 1), причем тепловозные двигатели повреждаются чаще, чем электровозные (табл. 2). Объясняется это тем, что ток нагрузки у тепловозных ТЭД приблизительно в два раза больше, чем у электровозных, соответственно, и температуры обмоток разные.

Следствием этого являются более частые пробои тепловозных двигателей по сравнению с электровозными, которые возникают из-за теплового старения изоляции. В наибольшей степени пробою подвергается обмотка якоря, так как ее изоляция имеет более низкий класс нагревостойкости (F) по сравнению с обмоткой полюсов (Н). Такая неисправность ТЭД относится к наиболее сложным повреждениям и требует капитального ремонта с заменой якоря.

В настоящее время возможно продлить срок службы изоляции или повысить мощность двигателей путем модернизации обмотки якоря, а именно — заменой при заводском ремонте существующей изоляции класса нагревостойкости F на изоляцию класса Н.

Для обмотки якоря предлагается использовать новую изоляцию, разработанную ЗАО «Электроизолит» (г. Хотьково Московской обл.). Она представляет собой систему, состоящую из слюдяной ленты и пропиточного компаунда. Компаунд КП-99ИД, имеющий класс нагревостойкости Н, — это раствор ненасыщенного олигоэфиризоциануратимида и эпоксидной смолы в олигоэфиракрилате. Материал обладает высокой диэлектрической характеристикой и большой цементирующей способностью, низкой вязкостью уже при температуре 35 °С, что обеспечивает значительную глубину проникновения.

Слюдяная лента марки ЛСНЭ представляет собой композицию из слюдяной бумаги и стеклоткани, склеенных эпоксидным модифицированным связующим. Она имеет высокие диэлектрические характеристики из-за повышенного слюдяного барьера.

Слюдинитовая лента совместно с компаундом КП-99ИД составляет систему изоляции класса нагревостойкости Н для технологии вакуум-нагнетательной пропитки. Эта изоляция допускает работу ТЭД с превышением температуры обмотки якоря 160 °С (для изоляции класса нагревостойкости F допускаемое превышение температуры обмотки якоря составляет 140 °С). Такой резерв допустимого превышения температуры позволяет либо значительно продлить срок службы изоляции, либо повысить токовые нагрузки двигателя и, соответственно, силу тяги локомотива.

Как уже говорилось, опыт эксплуатации ТЭД показывает, что лимитирующей по нагреву является обмотка якоря. Поэтому именно она будет определять срок службы изоляции и допустимые токовые нагрузки. Расчеты теплового состояния и допустимых токовых нагрузок двигателя, сделанные в МГУПСе (МИИТе), выполнялись для всего возможного диапазона скоростей движения тепловоза, с определением потерь в его узлах и температур обмоток и коллектора.


Чтобы спрогнозировать возможное увеличение ресурса ТЭД, достаточно воспользоваться зависимостью срока службы изоляции от температуры с учетом неравномерности теплового состояния обмотки якоря в эксплуатации (рис. 1). Из графика видно, что ресурс изоляции класса нагревостойкости Н, в зависимости от нагрева, гораздо выше, чем у изоляции класса F. Поэтому, если базовый ресурс изоляции обмотки оставить прежним, то можно повысить допустимые токи двигателя при штатном охлаждении, а соответственно, и силу тяги локомотива.

Моделирование энергетических и тепловых процессов в тяговом двигателе ЭД-118А показало, что при повышении рабочей температуры обмотки якоря на 20 °С (со 106 до 126 °С), как это допускает изоляция класса нагревостойкости Н, ток продолжительного режима ТЭД можно увеличить с 720 до 790 А при том же расходе воздуха на охлаждение (рис. 2).


Такое увеличение тока якоря позволяет соответственно повысить момент ТЭД и силу тяги расчетного режима на 10 % (рис. 3). А это равнозначно повышению весовой нормы поезда (при эксплуатации тепловозов с модернизированными двигателями) также на 10 %.

Таким образом, замена изоляции обмотки якорей ТЭД может увеличить их жизненный цикл и повысить эффективность использования. Предполагаемый экономический эффект от такой модернизации всего парка составляет 755 млн. руб. в год.

Полученные результаты обосновывают целесообразность замены штатной изоляции якорных катушек тягового двигателя типа ЭД-118 на новую изоляцию класса нагревостойкости Н, разработанную ЗАО «Электроизолит».

Инж. Д.А. СОЛДАТЕНКО, МГУПС (МИИТ)

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin