Условия работы тяговых двигателей

Условия работы тяговых двигателей

Условия работы тяговых двигателей и требования, предъявляемые к ним. Тяговые двигатели, служащие для превращения электрической энергии в механическую, во время работы подвергаются воздействию динамических сил, возникающих при движении колес по неровностям пути, и вибрациям, которые особенно велики в зимних условиях, когда верхнее строение пути обладает повышенной жесткостью. Инерционные динамические ускорения достигают 3£ при рамном и 15§ при опорно-осевом подвешивании тягового двигателя. При опорно-осевом подвешивании и жесткой передаче динамические ускорения на поверхности якоря достигают 25§

Конструкция тягового двигателя, его подвешивание и передача должны обеспечивать наименьшее динамическое воздействие подвижного состава на путь и пути на двигатель, что особенно важно при высоких скоростях движения. Для этого в передаче желательно применять эластичные элементы, а массу самого двигателя максимально снижать. На пассажирских локомотивах и моторных вагонах, рассчитанных на движение с высокими скоростями, применяют рамное подвешивание двигателей.

При трогании электровоза с места ток тяговых двигателей может достигать двойного номинального, а при снижении нагрузки частота вращения — превышать более чем в 2 раза номинальное значение. Особенно высокая частота вращения возникает при боксовании колесных пар.

Механическая прочность якоря должна соответствовать частоте его вращения, превышающей наибольшую на 25% при параллельном и на 35% при последовательном соединении двигателей. В диапазоне нагрузок 75—125% номинальной не-

допустимо расхождение частот вращения отдельных двигателей при полном возбуждении более чем на 3%, а в случае предельно ослабленного — более чем на 4%. Поэтому магнитные материалы двигателей должны иметь стабильные характеристики, а узлы — высокую точность сборки.

Двигатели подвержены и атмосферным воздействиям, в них попадает влажный воздух и пыль. На зажимах двигателей возникают перенапряжения, вызванные атмосферными разрядами, а также резкими изменениями тока.

На э.п.с. двигатель расположен в пространстве, ограниченном габаритами приближения подвижного состава к пути, расстоянием между колесными центрами, зависящим от ширины колеи, между другими частями экипажа. Поэтому двигатель должен иметь наименьшие, согласующиеся с общей конструкцией экипажа габаритные размеры и быть доступным для обслуживания. Резкие изменения температуры от —50 до +40 °С и влажности воздуха способствуют отсы-рению изоляции и конденсации влаги на коллекторе, щеткодержателях и поверхности изоляции. Иногда это сопровождается обледенением, коллектор покрывается инеем, что затем вызывает сильное искрение при работе двигателя. Пыль, поднимающаяся с пути при движении, угольная пыль от истирающихся щеток, влажный воздух и снег приводят к загрязнению изоляции и снижению ее диэлектрической прочности.

Тяговые двигатели э.п.с. постоянного тока должны надежно работать при повышении напряжения на токоприемнике на 21% сверх номинального значения, а при наличии электрического торможения — на 27%, двигатели э.п.с. переменного тока — при повышении напряжения в контактной сети на 16% или понижении его на 24%. Необходимо, чтобы двигатели устойчиво работали при ослабленном

возбуждении и нестационарных процессах в их цепях. Поэтому к их изоляции предъявляют высокие требования в отношении электрической и механической прочности, теплостойкости и влагостойкости. Этим требованиям удовлетворяют изоляционные материалы классов нагре-востойкости В, И и Н. Изоляция обмоток относительно корпуса и между обмотками должна выдерживать в процессе испытаний при частоте 50 Гц, номинальном напряжении относительно корпуса свыше 750 В напряжение

итп = 2,25 ит + 2000 В,

где 1)т — номинальное напряжение на токоприемнике э.п с. постоянного тока, равное напряжению контактной сети £/с, или наибольшее напряжение, которое может быть подано на группу двигателей э.п.с. переменного тока.

Непрерывный рост грузонапряженности на электрифицированных железных дорогах СССР требует повышения мощности тяговых двигателей. В ближайшей перспективе будут необходимы для грузового движения тяговые двигатели с часовой мощностью до 1000 кВт на ось, а для скоростных электровозов до 1200— 1300 кВт. При этом повышение мощности тяговых двигателей не должно сопровождаться увеличением нагрузки от колесной пары на рельсы, которая при существующих типах рельсов для грузовых электровозов в СССР ограничена значениями 230—250 кН (23—25 тс).

Читайте также:  Почему стук в двигателе фольксваген поло

Как известно, мощность коллекторного тягового двигателя постоянного тока ограничена потенциальными условиями на коллекторе, диаметром и линейной нагрузкой якоря. Максимальный диаметр якоря ограничивается наибольшей частотой его вращения, повышение линейной нагрузки — теплостойкостью изоляционных материалов. Поэтому коллекторные тяговые двигатели мощностью свыше 900 кВт на ось не обеспечивают достаточно высокой эксплуатационной надежности. Двигатели со щетками и коллекторами подвержены также износу и аварийным явлениям в виде круговых огней и перебросов электрической дуги, эксплуатационные расходы на такие двигатели высокие Статистика показывает, что на ремонт коллекторных тяговых машин расходуется до 8 тыс. руб. на

1 млн км пробега. Из них примерно 50% приходится на ремонт коллекторов и щеточного аппарата.

Номинальные режимы работы тяговых двигателей. Тяговые двигатели электровозов и электропоездов постоянного тока характеризуют двумя номинальными напряжениями: на их зажимах (Уд и на токоприемнике локомотива UT. Стандартом установлены следующие номинальные напряжения на токоприемниках э.п.с. постоянного тока: 250, 550, 750, 1500 и 3000 В. Для э.п.с. отечественных дорог постоянного тока принято номинальное напряжение на токоприемниках ном — 3000 В, на зажимах тяговых двигателей с/д ном = 1500 и 750 В. Построить тяговые двигатели с (Уд ном = = 3000 В принципиально возможно, но это экономически не оправдано, так как при снижении напряжения на зажимах двигателя до оптимального значения уменьшаются его масса, расход изоляционных и конструктивных материалов

Номинальное напряжение на зажимах двигателей, применяемых на э.п.с. переменного тока, устанавливают для машин каждого типа на основании технико-экономических расчетов с учетом их мощности, надежности, технологических особенностей изготовления. Обычно для тяговых двигателей мощностью 800—1000 кВт устанавливают (Уд иом = 7504-1100 В.

Тяговые двигатели в условиях эксплуатации работают с переменной нагрузкой. Для сравнительной оценки их работы установлены два номинальных режима: продолжительный и часовой.

Продолжительной называют наибольшую развиваемую на валу двигателя мощность, с которой при нормально действующей вентиляции, закрытых коллекторных смотровых люках и номинальном напряжении на зажимах двигатель может работать длительно, при этом превышение температуры его частей над температурой окружающего воздуха не больше установленного нормами. В этом режиме превышение температуры частей двигателя достигает установившегося значения практически через 3—6 ч, после чего все выделяющееся тепло отдается охлаждающему воздуху

Часовой называют наибольшую развиваемую на валу двигателя мощность, при

которой работа его в условиях нормально действующей вентиляции, закрытых коллекторных смотровых люков и нормальном напряжении на зажимах, начиная от холодного состояния в течение 1 ч, не сопровождается превышением температуры его узлов, большим установленного нормами. Допустимое превышение температуры частей машины над температурой окружающего воздуха до 40 °С, например, с изоляцией класса Н как в продолжительном, так и в часовом режиме соответствует для обмотки якоря 160, обмотки возбуждения 180, коллектора 105 °С. Для изоляции класса F оно равно соответственно 140, 155 и 95 °С. Двигатель считается холодным, если температура его частей отличается от температуры окружающего воздуха не более чем на ± 3 °С.

Соотношение продолжительной и часовой мощностей определяет эффективность вентиляции тягового двигателя. Часовой режим характеризует теплоемкость двигателей и используется для их сравнительной оценки и проведения контрольных испытаний.

Для большинства современных тяговых двигателей удельный расход воздуха (отношение полного расхода воздуха к потерям мощности в двигателе) равен 2,1—2,7 м3/мин на 1 кВт.

Читайте также:  Двигатель 409 неисправности не запускается

Повышение теплопроводности изоляционных материалов, совершенствование конструкции и технологии изготовления обмоток, рациональное конструктивное выполнение воздухопроводов и распределение воздушных потоков в двигателе позволяют уменьшить размеры двигателя, что уменьшает разницу между значениями часового и продолжительного тока.

На отечественных электровозах дорог постоянного тока тяговые двигатели имеют мощность 400—750 кВт на одну колесную пару. У тяговых двигателей электровозов переменного тока мощность на одну колесную пару составляет 700—835 кВт; планируется ее увеличение до 900—1100 кВт. Увеличить мощность на ось на электровозах переменного тока возможно, потому что их тяговые двигатели соединены, как правило, параллельно, а это позволяет реализовать более высокий коэффициент сцеп-

ления и снижает опасность разносного боксования. Для пассажирских электровозов применяют тяговые двигатели мощностью 400—850 кВт.

Моторные вагоны электропоездов имеют тяговые двигатели мощностью 165— 240 кВт.

Источник

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ.

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. ТРЕБОВАНИЯ,

ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ.

Тяговые электродвигатели в режиме тяги служат для преобразования электрической энергии в механическую энергию, то есть для образования силы тяги электровоза. В режиме электрического торможения они служат для превращения кинетической энергии поезда в электрическую энергию.

Тяговые электродвигатели работают в более тяжелых условиях, чем стационарные электродвигатели, так как подвержены воздействию внешней среды (пыли, влаги, снега, колебаниям температуры внешней среды), вибрации от воздействия пути на электровоз, изменению нагрузки в широких пределах и колебаниям напряжения в контактной сети. Поэтому к тяговым электродвигателям предъявляется ряд особых требований. Они должны иметь:

· иметь большую мощность при малых габаритах;

· обладать высокой перегрузочной способностью и выдерживать частые пуски;

· обеспечивать изменение скорости в широких пределах;

· иметь хорошую коммутацию при динамических воздействиях на него на него колесной пары, колебаний напряжения в контактной сети и запыленности внешней среды остова;

· иметь высокую прочность;

· устойчиво работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

Проводник с током в магнитном поле постоянного магнита. На проводник с током, помещенный в магнитное поле постоянного магнита, действует электромагнитная сила. Эта сила стремится вытолкнуть его за пределы поля, перемещая проводник перпендикулярно магнитным силовым линиям поля. Направление этой силы определяется правилом Левой руки: ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии поля входили в нее, четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока, расположенный под прямым углом большой палец укажет направление электромагнитной силы F (рис.1, а)

Рис. 1. Проводник с током в магнитном поле постоянного магнита (а),

виток с током в магнитном поле постоянного магнита (б),

образование электромагнитной силы (в).

Примечание: электромагнитные силы образуются в результате взаимодействия магнитного поля проводника с внешним магнитным полем (рис.1,в) С правой стороны магнитные силовые линии обеих полей направлены согласованно, а с левой стороны – направлены навстречу друг другу. Магнитное поле с правой стороны внешнего магнитного поля усиленное, а с левой стороны – наоборот ослабленное. Под действием усиленного магнитного поля проводник выталкивается в сторону ослабленного магнитного поля с силой F. Эта сила пропорциональна силе тока, индукции магнитного поля и длине проводника.

Виток с током в магнитном поле постоянного магнита. На каждую сторону проводника, изогнутого в виде витка, помещённого в магнитное поле постоянного магнита вертикально, также действует электромагнитные силы F. Их направление также определяется по правилу левой руки (рис.1,б). Эти две силы образуют пару сил, под действием которой образуется электромагнитный момент М. Он вызывает поворот витка, в данном примере, по часовой стрелке и выражается формулой М = F ´ Д, где Д – расстояние между витками или плечо этих сил. Виток будет поворачиваться до тех пор, пока он пересекает магнитные силовые линии поля, т.е. пока он не займет положение, перпендикулярное магнитным силовым линиям поля. Дальнейший его поворот прекратится, так как вращающий момент М будет равен нулю.

Читайте также:  Какой двигатель ставят на focus 3

Вывод: один виток с током помещенный в магнитное поле постоянного магнита, не будет вращаться постоянно.

Электродвигатель. Для того чтобы вращающий момент был постоянным, необходимо между постоянными магнитами расположить несколько таких витков. В то время, когда один виток расположен перпендикулярно магнитным силовым линиям и его М = 0 , другой – в это же время пересекает магнитные силовые линии поля и создает вращающий момент. Затем этот момент будет создавать следующий виток и т.д. Такое конструктивное решение для создания постоянного вращающего момента и используется в электродвигателе.

Основные элементы электродвигателя (рис.2).

Для крепления всех деталей применяют остов, который является одновременно и магнитопроводом.

Вместо постоянных магнитов применяют электромагниты, называемые главными полюсами. Они состоят из сердечника, собранного из листов электротехнической стали, и катушки. Главные полюсы создают основной магнитный поток двигателя. Катушки полюсов соединяются между собой последовательно и образуют обмотку главных полюсов или обмотку возбуждения.

— витки (секции), образующие обмотку якоря, комплектуют в катушки и закрепляют в круглом сердечнике. Он изготавливается из листов электротехнической стали. Этот сердечник напрессован на вал, который вращается в подшипниках, закреплённых в подшипниковых щитах остова. Обмотка и сердечник вместе составляют якорь и называются, соответственно, обмотка якоря и сердечник якоря;

— для подвода тока к обмотке якоря применяют щёточный аппарат и коллектор, в пластины которого впаяны секции обмотки якоря.

Рис.2. Разрез электродвигателя постоянного тока.

В тяговом электродвигателе обмотка возбуждения и обмотка якоря соединяются между собой последовательно и подключаются к контактной сети. Так как на каждую сторону секций обмотки якоря действуют электромагнитные силы F, в результате взаимодействия этих сил, как рассматривалось выше, и образуется непрерывный вращающий момент М. (рис. 3,а). Этот момент вращает якорь с некоторой частотой n.

Поскольку электромагнитные силы образуются в результате взаимодействия магнитного поля с внешним полем, то образование вращающего момента электродвигателя можно сформулировать так: ”Вращающий момент электродвигателя образуется в результате взаимодействия магнитного поля якоря с магнитным полем главных полюсов “

При вращении секций обмотки якоря в магнитном поле главных полюсов в них индуцируется э.д.с. (электродвижущая сила). Её направление определяется Правилом левой руки (Рис. 3, б): если ладонь правой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии поля входили в ладонь, отогнутый большой па-лец совместить с направлением движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуцированной э.д.с. Из Рис.3,б видно, направление её противоположно току, протекающему по секции, а значит и приложенному к нему напряжению. Поэтому, чтобы якорь не прекратил вращение, приложенное к нему напряжение, должно быть больше суммарной э.д.с. всех его секций. Так как эта э.д.с. направлена против тока, протекающего по секциям обмотки якоря, её называют противо-э.д.с., а поскольку она индуцируется при вращении якоря, её называют ещё и э.д.с. вращения.

Рис.3. Электрическая схема электродвигателя (а), образование э.д.с. (б).

Таким образом, при работе электромашины в режиме электродвигателя:

· электромагнитный момент М частота вращения nсовпадают по направлению, что характеризует отдачу машиной механической энергии;

· в проводниках обмотки якоря возникает э.д.с., направленная против тока и внешнего напряжения, что вызывает необходимость потребления машиной электрической энергии.

Дата добавления: 2015-12-22 ; просмотров: 1239 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Adblock
detector