Admin

Особенности конструкции асинхронного тягового электродвигателя ДТА-200Т

Д.И. БОДРИКОВ, начальник отдела, Т.Н. ФАДЕЙКИН, канд. техн, наук, ведущий конструктор, Р.Р. АТАУЛЛИН, ведущий инженер,
А.А. ТИХОНОВА, конструктор II категории, Проектно-конструкторское бюро локомотивного хозяйства — филиал ОАО «РЖД»

Стремление использовать простейшую электрическую машину — асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором — связано со всей историей развития тяги поездов. Однако вопрос о широком внедрении асинхронных тяговых двигателей был поставлен только после развития микропроцессорных систем управления и появления силовых высокочастотных полупроводниковых управляемых приборов, обладающих большой единичной мощностью, таких как GTO-тиристоров и IGBT-транзисторов.

Электрическая передача является одной из важнейших частей тягового подвижного состава, от дальнейшего совершенствования которой во многом зависит экономичность тяги поездов. Перспективы применения бесколлекторных машин связаны, в первую очередь, с повышением мощности тягового подвижного состава, уменьшением массогабаритных показателей и технического обслуживания тяговых электродвигателей. С ростом мощности коллекторных электродвигателей и генераторов при их ограниченных габаритах снижается надежность работы коллекторно-щеточного узла и, как следствие, повышается склонность к круговому огню на коллекторе, возрастают эксплуатационные расходы, увеличивается трудоемкость работы по их ремонту и обслуживанию.
Брянским машиностроительным заводом в начале 2022 г. было выпущено два тепловоза ТЭМ23. Новый локомотив имеет два дизеля, каждый из которых развивает мощность 420 л.с. и предназначен для выполнения маневровой и маневрово-вывозной работы. При разработке тепловоза учитывались современные требования локомоти-востроения, такие как применение модульной конструкции, установка электрической передачи переменного тока с асинхронным тяговым электродвигателем ДТА-200Т. Новый тяговый электродвигатель, несмотря на сложившуюся геополитическую обстановку и в условиях санкционного давления, изготовлен из отечественных комплектующих и позволяет отказаться от применения импортных аналогов.

УСТРОЙСТВО ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Тяговый электродвигатель ДТА-200Т изготавливается компанией ООО «ТМХ-Электротех» и предназначен для преобразования электрической энергии, получаемой от дизель-генератора через тяговый преобразователь, в механическую энергию движения. Климатическое исполнение двигателей У (умеренный климат от -45 С° до +40 С°) категории размещения 1 по ГОСТ 15150-69 рассчитано для работы в условиях эксплуатации при воздействии механических факторов внешней среды в части вибрационных и ударных нагрузок в соответствии с разделом 5 ГОСТ 2582-2013 для тяговых двигателей с опорно-осевым подвешиванием. Класс нагревостойкости изоляции обмоток «Н» по ГОСТ 8865.

Конструктивно тяговый двигатель (рис. 1) состоит из следующих основных узлов: статора 1, ротора 2, подшипниковых щитов 3. Тяговый двигатель, как частотно-управляемый, оборудован бесконтактным устройством измерения частоты вращения ротора.
Статор (рис. 2) собран из пакета штампованных листов электротехнической стали 5, зажатого между двумя боковинами 1 коробчатой формы и соединенными между собой сваркой стальными обечайками 2. Боковины являются несущей основой конструкции двигателя. В листах пакета статора имеются открытые пазы прямоугольного сечения и аксиальные каналы для прохода вентилирующего воздуха. С торцов статор имеет горловины с приваленными поверхностями для установки подшипниковых щитов, расточенных соосно относительно внутреннего диаметра пакета листов статора; с наружной стороны — площадки с резьбовыми отверстиями для крепления тягового двигателя к раме тележки и к элементам оси колесной пары.


Обмотка статора — петлевая, состоит из жестких шаблонных катушек 4, укладываемых в пазы пакета железа статора и закрепляемых клиньями б из специального профильного стеклопластика. Катушки наматываются из медного изолированного прямоугольного провода. Обмотанный статор подвергается вакуум-нагнетательной пропитке.
Ротор (рис. 3) состоит из пакета железа 6, зажатого с двух сторон нажимными шайбами, короткозамкнутой обмотки, вала 1. Пакет железа собран из штампованных листов электротехнической стали, зажат с двух сторон нажимными шайбами, имеет вентиляционные отверстия и полузакрытые прямоугольного сечения пазы для размещения стержней обмотки. Нажимные шайбы изготовлены из цельного листа стали. Внутреннее кольцо одновременно является втулкой для посадки на сопрягаемую деталь. Вал ротора имеет галтельные переходы от одного диаметра к другому. Цилиндрические поверхности вала обработаны под посадку втулки ротора, внутренних колец подшипников, уплотнительных колец подшипниковых узлов.

Конусная часть вала предназначена для установки шестерни зубчатой передачи. Роторная короткозамкнутая обмотка выполнена медными прямоугольными стержнями 5, соединенными по торцам медными короткозамыкающими кольцами 3 пайкой серебросодержащим припоем. В средней части стержни защемлены в пакете железа ротора методом керновки. Для исключения появления дополнительного шума работающего тягового двигателя от вибрации листов в зубчатой зоне и придания антикоррозийного покрытия ротор пропитан в компаунде. Собранный ротор подвергается динамической балансировке.

Технические характеристики тягового двигателя ДТА-200Т представлены в таблице.
Подшипниковые щиты (рис. 4) тягового двигателя выполняют роль опоры ротора, изготовлены из литейной стали. В средней части имеют гнезда для посадки наружных колец подшипников, по наружному контуру имеют утолщения с фланцами для запрессовки и крепления их болтами к корпусам статора. Во фланцах имеются отверстия для выжимных болтов, с помощью которых щиты выпрессо-вываются из статора при разборке тягового двигателя. Со стороны привода на щите имеются отверстия для крепления кожуха зубчатой передачи. На щитах имеются трубки для подачи смазки в подшипники и каналы для сброса отработанной смазки. Роторные подшипники — роликовые радиальные.
Для смазывания подшипников используется смазка «Буксол» ТУ 0254-107-01124328-2001. Добавление смазки производится через трубки 4 (см. рис. 1), ввинченные в отверстия подшипниковых щитов. Система уплотнений подшипниковых камер содержит лабиринтные каналы для регулирования количества находящейся в подшипниках смазки и выброса отработанной смазки.
Для защиты подшипников от протекания по ним «подшипниковых токов», возникающих от магнитной несимметрии машины, наружное кольцо подшипника со стороны, противоположной приводу, по наружному диаметру и боковым поверхностям выполнено с изоляционным покрытием, что обеспечивает разрыв цепи «подшипниковых токов». Внутренние кольца подшипников посажены на вал с натягом и в осевом направлении зафиксированы втулками и кольцами. Наружные кольца подшипников установлены в гнезда подшипниковых щитов и закреплены в аксиальном направлении крышками подшипников. Последние крепятся к щиту болтами. Конструкцией подшипниковых узлов предусмотрены уплотняющие устройства, которые обеспечивают защиту подшипников от проникновения в них жидкой смазки из кожуха зубчатой передачи и утечки смазки из подшипниковых камер.

РАБОТА ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

При питании обмотки статора трехфазным напряжением возникает вращающееся магнитное поле, которое наводит в короткозамкнутой обмотке ротора электродвижущую силу. При этом в стержнях обмотки ротора появляются токи и возникает электромагнитное поле, от взаимодействия которого с вращающимся полем статора создается электромагнитный вращающий момент, приводящий ротор во вращение. Переход в генераторный режим осуществляется уменьшением частоты напряжения статора. В силу механической инерции текущая скорость ротора будет изменяться медленнее и всегда превышать скорость магнитного поля статора. При этом изменится (по сравнению с режимом двигателя) направление ЭДС и тока ротора, а также изменится направление электромагнитной силы и электромагнитного момента. Машина начинает развивать на валу тормозной момент (потребляет механическую энергию) и возвращает электрическую энергию (изменилось направление тока ротора, т.е. направление передачи электрической энергии).
При сравнении с коллекторными тяговыми электродвигателями основными преимуществами асинхронных тяговых электродвигателей являются:

• из-за большой жесткости характеристик асинхронных тяговых электродвигателей более полно (на 8 — 10 %), практически на пределе по сцеплению, может быть реализовано развиваемое тяговым двигателем усилие;
• номинальная мощность асинхронного тягового электродвигателя может быть использована во всем диапазоне скоростей вплоть до конструкционной;
• значительное упрощение тягового электродвигателя по сравнению с коллекторным и повышение его надежности;
• увеличение мощности и момента тягового двигателя при тех же габаритных размерах (отсутствуют коллектор, обмотки добавочных полюсов и компенсационная);
• конструкция асинхронного тягового электродвигателя и привод с его использованием требуют меньше дорогостоящих и экологически вредных материалов. Например, меди в 2,0 — 2,5 раза, изоляционных материалов меньше на 20 — 25 %, асбеста и асбестосодержащих материалов на 25 — 30 %.

Учитывая военно-стратегическое и социальное значение тепловозной тяги для жизнеобеспечения удаленных и менее развитых регионов Российской Федерации, а также принимая во внимание конструктивные особенности и преимущества асинхронного тягового электродвигателя ДТА-200Т, применение его в тепловозах открывает новые возможности в конкурентной борьбе железных дорог с другими видами транспорта.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК