Материал от енциклопедията на нашия транспорт

Урокът съдържа обща информация за дизайна на асинхронни електрически машини, по предназначението на техните компоненти, се разглежда устройството на конкретен модел на тягов двигател. Разглеждат се съставът на комплекта силово електрическо оборудване, предназначението на компонентите, тяхната работа и взаимодействие.

За правилното възприемане на представения материал е необходимо да имате представа за общите принципи на управление на силовото оборудване и управление на влака с помощта на самоходните оръдия Vityaz и чрез резервния канал за управление (в този учебно ръководствоне се разглеждат). Изучаването на материала ще бъде улеснено от познаване на основите на електротехниката, вкл. и променлив ток, както и принципите на изграждане електрически веригив трифазна система с променлив ток. За да направите това, авторът препоръчва изучаването на съответните раздели на електротехниката с помощта на образователна литература или материала, представен в приложенията.

При подготовката е използвана литература и техническа документация, чийто списък е даден в края на ръководството.

Авторът изказва своята благодарност на всички специалисти, които по един или друг начин са участвали в подготовката на материала. Изразявам специалната си благодарност на Н. Н. Данилов, заместник-ръководител на техническия отдел на CJSC ZREPS, който оказа неоценима помощ при подготовката на третата глава.

Това ръководство за обучение е предназначено предимно за служители, изучаващи професията на шофьор в Центъра за обучение и производство на метрото, но може да бъде полезно за служители на електрическо депо, които искат да подобрят знанията си в областта на тяговото електрическо задвижване.

учител на UOC

Московско метро

Данилов Е.Б.

Асинхронно тягово електрозадвижване на вагоните на метрото. Урок.

Въведение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Главна информацияза работата на асинхронен трифазен

електрическа машина и нейното устройство. . . . . . . . . . . . .

Конструкцията и принципът на работа на асинхронните

електрически машини. . . . . . . . . . . . . . . …. . . . . . . . . . . .

Образуване на въртящ се електромагнит

въртящ момент в асинхронна електрическа машина. . . . . . .

Устройство за асинхронен тягов двигател.

Технически подробности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Основните параметри на двигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Статор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ротор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Лагерни щитове. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

вентилация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Сензор за скорост на ротора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Тягово задвижване. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Тягов инверторен контейнер KTI. . . . . . . . . . . . . . . . .

Работа на тягово задвижване. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Приложения

Какво е променлив ток и как се различава от постоянен ток. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Трифазен променлив ток. . . . . . . . . . .

Въртящо се магнитно поле... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Препратки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1. Въведение

Използването на електрически машини с променлив ток като тягови двигатели в железопътния транспорт беше забавено дълго време поради трудностите при захранването на електрическия подвижен състав с трифазен променлив ток. Въпреки това, развитието на електрическата индустрия, по-специално подобряването на силовата полупроводникова електроника и микропроцесорните схеми, доведе до създаването на преобразуватели на ток и напрежение с достатъчна мощност, за да осигурят захранване на тягови двигатели. Развитието на мощни транзистори изигра специална роля в това.

В сравнение с колекторните двигатели постоянен тока синхронни двигателиимат редица предимства.

За първи път в местното масово производство използването на асинхронни двигатели като тягови двигатели беше използвано на вагони на метрото модели 81-740/741 и на част от вагони модел 81-720/721, а по-късно и на вагони модел 81- 760/761. Вътрешната индустрия стартира производството на асинхронни електродвигатели за вагони на метрото. В момента автомобилите могат да бъдат оборудвани с двигатели:

TAD 280M 4U2 производство на AEK Dynamo;

ДАТА-170 4U2 производство « Electrotyazhmash-Privod LLCград Лъсва;

ТАДВМ-280 4У2 производство на ОАО НИПТИЕМ, Владимир;

ДАТМ-2У2, произведен от ОАО Псковско електромашиностроене

телен завод ";

DTA 170 U2 АД "Рижски електромашиностроителен завод";

TA 280 4MU2, произведен от OAO ELDIN (Yaroslavl Electric

машиностроителен завод).

Електрическите двигатели се захранват от преобразуватели като част от KATP-1 или KATP-2, произведени от OAO Metrovagonmash.

Първите комплекти асинхронно задвижване на вагони на метрото бяха чуждестранни HITACHI и ALSTOM.

Невъзможно е значително да се увеличи теглителната сила и скоростта на движение без увеличаване на мощността на тяговите двигатели на електрическите локомотиви. Но става все по-трудно да се извърши по-нататъшно увеличаване на тяхната мощ. Това се възпрепятства главно от размерите на тяговия двигател: дължината му е ограничена от разстоянието между гумите на двойките колела, диаметърът е ограничен от разстоянието между оста на двойката колела и вала на двигателя - централния център ( виж фиг. 3). Досега, при наличието на строги ограничения на размерите на двигателите, тяхната мощност беше увеличена чрез използване на по-топлоустойчиви изолационни материали, увеличаване на охлаждането, увеличаване на броя на двойките полюси, използване на компенсационна намотка, избор на оптимално напрежение за тягови двигатели на електрически локомотиви с променлив ток.

С увеличаване на мощността на двигателя, колекторно-четковият възел работи все по-усилено. Състоянието му до голяма степен определя продължителността на експлоатацията на електрическия локомотив между прегледите и ремонтите. Увеличаването на мощността на колекторните тягови двигатели не допринася за повишаване на тяхната надеждност и ефективност.Следователно желанието за създаване на мощен безчетков тягов двигател е съвсем разбираемо.

Електрически локомотиви с асинхронни тягови двигатели. През цялата история на създаването и усъвършенстването на електрическите локомотиви те многократно са се опитвали да използват най-простите и евтини асинхронен двигател. Доскоро това не можеше да се направи, тъй като честотата на неговото въртене може да бъде икономично регулирана само чрез промяна на честотата на захранващия ток. Преобразувателите на електрически машини, използвани преди това за тази цел, бяха тежки и обемисти. Появата на тиристори проправи пътя за лек и надежден честотен преобразувател.

Устройството на асинхронен тягов двигател, както беше отбелязано, не е трудно. Има неподвижен статор и въртящ се ротор (фиг. 126). Има асинхронни двигатели с ротор с катерица и с фазов ротор. Като тягови двигатели се използват асинхронни двигатели. ротор с катерица. Ядрото на такъв ротор, подобно на статора, е сглобено от листове електрическа стомана. Намотката на ротора се състои от медни пръти, разположени в жлебовете на сърцевината и затворени с пръстени в краищата. Намотката е така нареченото "катерица колело". В прорезите на статора са разположени три намотки, изместени една спрямо друга на 120°. Тези намотки обикновено са свързани със "звезда" (фиг. 126, а). Когато намотките са включени трифазна веригапрез всеки от тях преминава променлив ток и се създават три редуващи се магнитни потока. Потоците се събират, за да образуват резултатен поток, въртящ се с 3000 rpm с една двойка полюси на фаза. Въртящият се магнитен поток на статора на двигателя, пресичащ намотката на ротора, индуцира e. д.с. Под влияние на e. д.с. в намотката на ротора протича ток, създавайки собствен магнитен поток. Магнитните потоци на статора и ротора взаимодействат, в резултат на което роторът започва да се върти.

Скоростта на ротора е малко по-малка от скоростта на магнитния поток на статора, в противен случай силовите линии няма да пресичат намотката на ротора. Разликата между тези честоти на въртене се нарича приплъзване. Чрез увеличаване на броя на двойките полюси можете да получите други честоти на въртене на магнитния поток: 1500, 1000, 750 об / мин и т.н. Скоростта на ротора ще бъде малко по-малка от тези стойности.

Обикновено приплъзването е 1 до 3% от синхронната честота. Следователно, ако промените честотата на захранващото напрежение в широк диапазон и по този начин синхронната честота, скоростта на ротора също ще се промени заедно с нея. Но в допълнение към честотата е необходимо да се регулира напрежението, подавано към асинхронния двигател, за да се получи характеристика на сцепление приблизително същата като при използване на DC двигатели с последователно възбуждане.

Регулирането на напрежението се извършва, както при домашните електрически локомотиви с променлив ток, чрез превключване вторична намоткатягов трансформатор с помощта на главния контролер GK (фиг. 127) стъпки. След това в токоизправителната инсталация B напрежението се коригира и се подава към инвертор I. В токоизправителя напрежението, подадено към инвертор I, се регулира плавно.

Чрез отваряне и затваряне на тиристорите на инвертора в определена последователност се получава трифазно напрежение, което се подава към статорната намотка на асинхронния двигател ИМ. Спомнете си, че към конвенционалните асинхронни двигатели се подава трифазно променливо напрежение и следователно ток, който се променя синусоидално. В този случай всяка фаза на захранващото напрежение се измества спрямо другата с 120 ° ел., Както е показано на фиг. 128. За яснота промяната в напрежението на всяка фаза е показана на отделни оси. При формиране на трифазно напрежение на електрически локомотив с асинхронни двигатели инверторните тиристори създават стъпаловидно напрежение във всяка фаза. Честотата на напрежението, подавано към асинхронния двигател, се контролира чрез промяна на честотата на превключване на тези тиристори.

Инверторът има специално устройство, което надеждно възстановява управляващите свойства на тиристорите в случай на повреда на инверсията. Тяговите двигатели се обръщат чрез превключване на управляващите вериги на инверторните тиристори, тъй като за промяна на посоката на въртене на асинхронен двигател е достатъчно да се разменят две входни фази на захранващото напрежение.

Въз основа на разработките на научноизследователски и образователни институти в Новочеркаския електрически локомотивен завод е построен електрически локомотив с променлив ток с асинхронни тягови двигатели VL80a на базата на електрически локомотив VL80K. Мощността на всеки тягов двигател е 1200 kW, т.е. 1,5 пъти повече от колекторния двигател на електрическия локомотив VL80K. Един от вариантите (12-осен, часова мощност 11 400 kW) на електрически локомотив с асинхронни тягови двигатели е обозначен VL86. Разработен е в сътрудничество с финландската компания Strömberg.

Електрически локомотиви с вентилни синхронни двигатели. Като безчеткови тягови двигатели на електрически локомотив можете да използвате и синхронни двигатели със статични (вентилни) преобразуватели - така наречените вентилни двигатели.

Нека обясним принципа на работа на безчетков двигател. На неговия статор е разположена трифазна намотка, а на ротора - намотка за постоянно възбуждане (фиг. 129). Началото и краят на възбуждащата намотка са свързани към два пръстена, електрически изолирани един от друг. Фазовите намотки на статора са свързани в "звезда"; техните начала са свързани с преобразувател - инвертор И (или DC източник). Инверторът И се захранва от токоизправител B, свързан към вторичната намотка на тяговия трансформатор. Ако, например, по всяко време тиристорите K5 и U85 на инвертора са отворени, токът от токоизправителя B ще премине през тиристора U81, намотките на статора 1 и 2, тиристора Uv5, намотката на възбуждане OB и ще се върне към токоизправителя. С посоката на тока, посочена от стрелките в намотките 1, 2 и намотката на полето, полученият магнитен поток на статора, взаимодействащ с потока на намотката на полето, ще създаде въртящ момент и роторът ще се завърти по посока на часовниковата стрелка. Чрез превключване на изходите на намотката на статора в определен ред е възможно да се осигури непрекъснато въртене на ротора.

По този начин, според принципа на работа, безчетковият двигател е подобен на машина с постоянен ток, в която колекторът е заменен от система от управлявани от мощността вентили на инверторна инсталация. За разлика от постояннотоковия двигател, безчетковият двигател има само три комутирани изхода с трифазна намотка вместо няколкостотин колекторни пластини. В допълнение, намотката на възбуждане в безчетковия двигател стана подвижна и арматурата стана неподвижна. Вентилното превключване на тока в намотките позволява значително напрежение между клемите - до няколко хиляди волта. Спомнете си, че конвенционален механичен колектор работи задоволително при напрежение между колекторните плочи не повече от 30-32 V (максимално допустимо 37-42 V). Превключването на намотката на статора се извършва в необходимата последователност и съответно промяната на позицията на ротора се извършва от системата за управление, която има специален датчик за положение на ротора.

Клапанният двигател е многофазна машина, чиято арматурна намотка се захранва от преобразувател, управляван синхронно с въртенето на ротора, оборудван с възбуждаща намотка. По този начин безчетковият двигател се състои от електрическа машина, клапанен преобразувател и свързваща ги система за управление.

Новочеркаският електровозен завод първоначално построи прототип на осемосния товарен електрически локомотив VL80V с вентилни тягови двигатели. След тестването му беше пусната малка партида от подобни електрически локомотиви за експлоатационни изпитания. Електрическите локомотиви са оборудвани със система автоматично управлениеработещи в режимите на тяга и електрическо спиране. Прилага се на електрически локомотив независимо възбужданевентилни двигатели от възбудителни токоизправители, които променят тока на възбуждане пропорционално на тока на намотката на котвата на двигателя. Роторът на двигателя има шест полюса, токът се подава към намотката на възбуждане през два пръстена и четки.

Оборотите на двигателя се контролират чрез промяна на входното напрежение. Напрежението на вторичната намотка, а оттам и на токоизправителя, се регулира почти по същия начин, както при AC електрически локомотиви с колекторни двигатели. Изключва се само противоположното свързване на регулираните и нерегулираните намотки на трансформатора и леко се повишава напрежението им. След като номиналното напрежение се приложи към двигателите, се извършва допълнително увеличаване на скоростта чрез регулиране на възбуждащия магнитен поток.

При експерименталните електрически локомотиви VL80 веригата за коригиране и преобразуване на ток е малко по-различна от тази, показана на фиг. 129. На фиг. 129 показва поотделно токоизправителя B и инвертора I, т.е. показана е така наречената верига с изрично DC връзка. На електрическия локомотив VL808 токоизправителят и инверторът са комбинирани.

Основни технически данни на двигателя.

Мощност в тактов режим - 170 kW, честота на въртене в тактов режим - 1290 об/мин, номинално захранващо напрежение - 530 V, номинална честота - 43 Hz, тегло - 805 kg.

3-то фазов двигател, самовентилиран с ротор с катерица. Тяговите двигатели са монтирани на автомобили 81-740/741, разчитайки само на рамката на талигата, което намалява ударните натоварвания на двигателя при преминаване на неравности и работещи фуги.

Двигателите могат да работят като електродвигатели и генератори. В първия случай Електрическа енергия, консумиран от контактната мрежа (3-та релса), се преобразува в механичен, като същевременно развива въртящ момент върху вала на двигателя.

Във втория случай двигателят се преобразува, намален до вала механична енергияот въртене на комплекти колела до електрически, към които може да се върне контактна мрежа(регенеративно спиране) или изгасва на спирачния реостат (съпротивление), с реостатно електрическо спиране.

Асинхронната електрическа машина се характеризира с това, че по време на нейната работа се възбужда въртящо се магнитно поле, което се върти асинхронно спрямо скоростта на въртене на ротора.

Тягово моторно устройство .

Тяговият двигател се състои от: статор, ротор, два лагерни щита, вентилатор.

статор(фиксирана част) - предназначена за полагане на намотки в нея. Има формата на кух цилиндър, сглобен от плочи от електротехническа стомана с дебелина 0,5 mm, изолирани една от друга със слой лак, което намалява загубите от вихрови токове.

Фазовите намотки, които възбуждат въртящо се магнитно поле, са поставени в жлебове вътреядро на статора. Намотката на статора е свързана към 3-фазен източник на променлив ток - инвертор.

1.2 монтажни отвори на лагерния щит

3. удължение за навиване

4. отвор за центриране на лагерния щит; 5. навиване

Ротор(въртяща се част) - късо съединение.

Той също така е сглобен от щамповани електрически стоманени плочи с определена конфигурация, в резултат на което се образуват канали от вътрешната страна на сърцевината на ротора. В жлебовете на ротора се вкарва намотка, която е направена под формата на цилиндрична (катерица) клетка от медни или алуминиеви пръти. Пръчките се вкарват без изолация. Краищата на прътите са късо съединени с пръстени от същия материал. Намотката на ротора не е свързана към мрежата и към намотката на статора. Роторът е монтиран на вала на тяговия двигател. Вентилаторът е монтиран в края на вала на ротора от страната на задвижването. Валът t/d е изработен от високолегирана стомана. Има няколко гърловини с различна дължина и диаметър за монтиране на лагерни щитове, ротор и вентилатор върху тях.

1- вентилатор; 2 и 5 - вал; 3 - клетка за катерица; корпус на статора.

Лагерни щитове


Лагерните щитове са монтирани в статора от две страни. Лагерите на щита лежат на вала на тяговия двигател.

Конструкция на асинхронен тягов двигател

В прорезите на статора е поставена намотка, която в най-простия случай се състои от три намотки - фази, изместени в пространството с 120 el. степени. Роторът на асинхронния двигател е цилиндър, изработен от щамповани листове от електротехническа стомана. На повърхността на ротора има надлъжни канали за навиване. Листовете на сърцевината на ротора не са специално изолирани, т.к В повечето случаи изолацията от котлен камък е достатъчна. В зависимост от вида на намотката, роторите на конвенционалните двигатели се разделят на късо съединение и фаза.

Намотката на ротора с катерица се състои от медни пръти, заковани в жлебове. От двете страни тези пръти са затворени с пръстени. Свързването на пръти с пръстени се извършва чрез запояване или заваряване. Най-често намотките с късо съединение се правят с разтопен, алуминиев и леен под налягане. В същото време лопатките на вентилатора се отливат заедно с прътите и пръстените.


ротор с катерица

ПРИНЦИПНО ФОРМИРАНЕ НА РОТАЦИОННО МАГНИТНО ПОЛЕ НА МАШИНА.

На статора трифазен двигателима 3 намотки (фази), които са разместени в пространството една спрямо друга с 120 ел. степени. Токовете, подавани към фазовите намотки, се отдалечават един от друг във времето с 1/3 от периода.


Токове в трифазна намотка

Образуването на въртящ се магнитно поле.

Асинхронните двигатели се използват широко в индустрията. Тези двигатели се състоят от две основни части: неподвижна - статор и въртяща се - ротор. В асинхронен двигател трифазен променлив ток е включен в намотката на статора, който се състои от три независими части. Както можете да видите от графиката на промените трифазен токнапрежението достига максималната си стойност не едновременно във всичките три фази, а последователно, на равни интервали, след това в едната, след това в другата, след това в третата фаза. Следователно, ако такъв ток е включен в три намотки, разположени, както е показано на снимка:

Максималната стойност на магнитния поток ще бъде създадена в първата, след това във втората, след това в третата намотка, съответстваща на максималните стойности на тока във фазите, свързани към тези намотки. Магнитно поле, движещо се по този начин в затворен кръг, се нарича въртящо се магнитно поле.

Описаното създаване на въртящо се магнитно поле е илюстрирано на фиг. Ако свържете фазата към първата намотка на намотката на двигателя, фаза 2 към втората намотка и фазата 3 към третата намотка, тогава в момент t 1 максималният поток ще бъде в първата намотка, тъй като по това време токът във фаза 1, свързан към първата намотка, ще има максимална стойност. Тогава силата на тока във фаза 1 постепенно отслабва и, преминавайки през нула, променя посоката, по това време стойността на силата на тока във фаза 2 се увеличава и до момента t 2 силата на тока във фаза 2 достига максималната си стойност, така че максимален поток няма да бъде създаден от първата намотка и втората. Това от своя страна означава, че магнитното поле се е завъртяло на 120°. Към момента t 3 максималният ток ще бъде във фаза 3, и максималният поток ще бъде създаден от третата намотка - магнитното поле се е обърнало на още 120º.

По времето t4отново, токът достига своя максимум във фаза 1 и максималният магнитен поток се създава от първата намотка.Това означава, че по време на време t 1 - t 2 магнитното поле се е завъртяло на 360° (завършило е пълен оборот).

Намотката на ротора на асинхронен двигател е затворена сама за себе си или за съпротивление. При неподвижен ротор и наличие на ток в намотката на статора, силовите линии на въртящото се магнитно поле пресичат фиксираните завъртания на намотката на ротора, в резултат на което в намотката на ротора се появяват ЕМП и ток. Този ток, взаимодействайки с полето на статора, създава въртящ момент, който се стреми да завърти ротора в посоката на въртене на полето. Роторът на двигателя ще започне да се върти. Тъй като скоростта на ротора се увеличава, броят на пресечените силови линиии EMF и, следователно, тока на ротора на асинхронния двигател. Но роторът никога не достига скоростта на полето, а винаги се върти. Това изоставане на ротора от нулата на статора се нарича приплъзване. Колкото по-голямо е натоварването на вала на двигателя, толкова по-голямо е приплъзването. Приплъзването се изразява в проценти или в относителни единици.

Обикновено асинхронните двигатели имат приплъзване от 2-4% при пълно натоварване.

Скоростта на ротора на асинхронен двигател се определя по формулата:


където n е скоростта на ротора, обороти в минута;

f - честота на захранване;

p е броят на двойките полюси;

с- плъзгане.

ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ НА АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ.

Въртящото се магнитно поле на статора пресича проводниците на намотката на ротора и индуцира в тях ЕМП. Тъй като намотката на ротора е затворена, в нейните проводници възникват токове. Токът на всеки проводник, взаимодействайки с полето на статора, създава електромагнитна сила - F em. Комбинацията от силите на всички намотъчни проводници създава електромагнитен момент M, което кара ротора да се върти по посока на въртящото се поле.

Скоростта на ротора n 2 винаги ще бъде по-малка от синхронната честота n 1, т.е. роторът винаги изостава от полето на статора. Нека го обясним по следния начин. Нека роторът се върти с честота n 2 равна на честотатавъртящо се статорно поле n 1 . В този случай полето няма да пресече проводниците на намотката на ротора. Следователно в тях няма да се индуцира ЕМП и няма да има токове, което означава, че въртящият момент M \u003d 0. По този начин роторът на асинхронен двигател не може да се върти фундаментално синхронно със статорното поле. Разликата между честотите на полето на статора n 2 и ротора n 1 се нарича честота на приплъзване Δn:

Съотношението на честотата на приплъзване към честотата на полето се нарича приплъзване:




AT общ случайприплъзването в асинхронен двигател може да варира от нула до единица. Въпреки това, номиналното приплъзване S H обикновено е между 0,01 и 0,1%. Преобразувайки израза *), получаваме израза за скоростта на ротора:

Намотката на ротора на асинхронния двигател не е електрически свързана с намотката на статора. В това отношение двигателят е подобен на трансформатор, в който е статорната намотка първична намотка, а намотката на ротора е вторична. Разликата е, че ЕМП в намотките на трансформатора се индуцира от магнитен поток, който не се променя във времето, а ЕМП в намотките на двигателя се индуцира от поток, който е с постоянна величина, но се върти в пространството. Ефектът и в двата случая ще бъде еднакъв. За разлика от вторичната намотка на трансформатора, която е неподвижна, намотката на ротора на двигателя се върти заедно с нея. ЕМП на намотката на ротора от своя страна зависи от скоростта на ротора. Лесно е да се провери това, като се анализират процесите, протичащи в асинхронен двигател. Синхронната честота на въртене на магнитното поле на статора се движи спрямо ротора с честотата на приплъзване Δn. Той също така индуцира EMF E 2 в намотката на ротора, чиято честота f 2 е свързана с приплъзване S:

Като се има предвид, че fi=pn 1 /60, f 2 =pn 1 S/60.

Като се вземе стойността на номиналното приплъзване от порядъка на 0,01-0,1, е възможно да се изчисли честотата на промяна на ЕМП в намотката на ротора, която е 0,5-5 Hz (при ^=50 Hz).

Главна информация

Тягов двигател DPM-150 автомобили A

Развитието на дизайна на тяговите двигатели е тясно свързано с подобряването на дизайна на техните системи за управление. Исторически подвижният състав на всички видове електрически транспорт е изграден с колекторни тягови двигатели. Това се дължи преди всичко на простотата на преноса на енергия и контрола на нейните режими на работа. Такива двигатели са удобни за използване в транспорта механични характеристики. Колекторните двигатели обаче имат и редица недостатъци, свързани основно с наличието на колектор. Колектор с подвижни контакти (четки) изисква редовна поддръжка. За да се осигури надеждно превключване, намаляване на искренето, дизайнът на електрическия мотор е сложен. В допълнение, това ограничава максималната скорост на въртене, което води до увеличаване на размерите на двигателя.

Развитието на високоскоростната силова полупроводникова технология направи възможно през 60-те - 80-те години на миналия век първо да се изостави системата за управление на реостат за колекторни тягови двигатели, заменяйки я с по-надеждна и икономична импулсна, а след това да се премине към производството на автомобили с асинхронно тягово задвижване. Във вътрешното метро първият масово произвеждан тип вагони с импулсно регулиране е тип 81-718/719 през 1991 г., а първият масово произвеждан тип вагони с асинхронни двигатели е Yauza 81-720.1/721.1 през 1998 г.

Основните недостатъци на асинхронните двигатели са сложността на регулиране и сложността на внедряването на електрическо спиране при използване на двигатели с ротор с катерица. Ето защо понастоящем се разработват конструкции на тягови задвижвания, които използват синхронни двигатели с ротор с постоянен магнит, вентилни реактивни двигатели.

Колекторни тягови двигатели

Тягов двигател DPT-114 (подобен на DK-117)

В Русия има единна унифицирана серия постояннотокови колекторни тягови двигатели, която включва и електродвигатели на метрото. Всички те имат общ принципоформление и много унифицирани възли и части. При производството на унифицирани тягови двигатели можете да използвате същия тип машинно оборудване, което намалява тяхната цена. Тяговите двигатели с постоянен ток се използват широко във вагоните на метрото. Такива двигатели имат добри характеристики на сцепление, сравнително прости по дизайн и надеждни при работа. По дизайн тяговите двигатели на електрическия подвижен състав се различават значително от стационарните двигатели с постоянен ток, което се обяснява с особеностите на тяхното местоположение и условията на работа. Размерите на тяговия двигател, окачен под купето на автомобила, са ограничени от размерите на ходовата част. Диаметърът му се определя от диаметъра на колелото, тъй като трябва да се поддържа определено разстояние от най-ниската точка на двигателя до нивото на главата на релсата. Дължината на тяговия двигател е ограничена от общите размери на талигата. На вагоните са монтирани четири тягови двигателя: по един за всеки колоос. Номерацията им е по осите, като се брои от кабината за управление. Тяговият двигател работи при трудни условия, тъй като получава мръсотия от железопътния коловоз, прах от спирачните накладки, дъжд и сняг на открити участъци от коловоза. Следователно всички части, разположени в тялото му, трябва да бъдат защитени. За по-добро отстраняване на топлината, генерирана по време на работа на тяговия двигател, на вала на арматурата е монтиран вентилатор, който засмуква въздух от страната на колектора и го задвижва през двигателя. Паспортът на стационарни електрически машини обикновено показва тяхната номинална непрекъсната мощност, тоест мощността, която машината трябва да даде неограничено дълго време, а температурата на нейните компоненти и части не трябва да надвишава стойностите, позволени от стандарти за изолационни материали. Режимът на работа на тяговите двигатели се променя драстично в зависимост от профила на коловоза и теглото на влака. Това не ни позволява да характеризираме работата на тяговия двигател само със стойността на номиналната мощност на продължителна работа. Следователно характеристиките на тяговите двигатели са дадени за часови и максимални режими.

Асинхронни тягови двигатели

Тягов асинхронен двигател ДАТА-170

Тяговите двигатели DATE-170 са включени в комплекта на тягово задвижване KATP-1, монтирано на автомобили 81-720.1/721.1 и 81-740/741. Основните им параметри:

  • Номинална мощност - 170 kW
  • Минимално напрежение - 530 V
  • Номинална честота на статорния ток - 43 Hz
  • Номинална скорост - 1290 об./мин
  • Максимална скорост - 3600 об./мин
  • Тегло - 805 кг

В допълнение, произведените в страната вагони с асинхронно задвижване, произведени от Skoda, работят в метрото на Казан, Киев и Прага.

Дизайн на тягови двигатели

Устройство за тягови двигатели с постоянен ток

Всички тягови двигатели с постоянен ток на вагоните на метрото имат основно еднакъв дизайн. Двигателят се състои от рамка, четири основни и четири допълнителни полюса, арматура, лагерни щитове, четков апарат, вентилатор.

Рамка на двигателя

Изработен е от електромагнитна стомана, има цилиндрична форма и служи като магнитна верига. За твърдо закрепване към напречната греда на рамата на талигата са предвидени три скоби и две предпазни ребра. Рамката има отвори за закрепване на основни и допълнителни стълбове, вентилационни и колекторни люкове. От рамката на двигателя излизат шест кабела. Крайните части на рамката са затворени с лагерни щитове. Скелетът има табелка с данни, указваща производителя, сериен номер, тегло, ток, скорост, мощност и напрежение.

Основни полюси

Тягов двигател DK-117 в разрез

Те са предназначени да създават основния магнитен поток. Основният полюс се състои от сърцевина и намотка. Намотките на всички главни полюси са свързани последователно и образуват намотката на възбуждане. Сърцевината е изработена от електротехническа стоманена ламарина с дебелина 1,5 mm за намаляване на вихровите токове. Преди монтаж листовете се боядисват с изолационен лак, пресоват се с преса и се закрепват с нитове. Частта от сърцевината, обърната към арматурата, е направена по-широка и се нарича полюсна част. Тази част служи за поддържане на намотката, както и за по-добро разпределение на магнитния поток във въздушната междина. В тяговите двигатели DK-108A, инсталирани на автомобили E (в сравнение с DK-104 на автомобили D), разстоянието между котвата и основните полюси е увеличено, което, от една страна, позволи да се увеличи скоростта при движение режими с 26%, а от друга страна, ефективността на електрическото спиране е намаляла (бавно възбуждане на двигателите в генераторен режим поради недостатъчен магнитен поток). За да се увеличи ефективността на електрическото спиране в намотките на главните полюси, в допълнение към двете основни намотки, които създават основния магнитен поток в режимите на сцепление и спиране, има трета - отклонение, което създава допълнителен магнитен поток, когато двигателят работи само в генераторен режим. Преднапрегнатата намотка е свързана успоредно на двете основни намотки и се захранва от верига с високо напрежение през прекъсвач, предпазител и контактор. Изолацията на намотките на главните полюси е органосилициева. Основният полюс е прикрепен към сърцевината с два болта, които се завинтват в квадратен прът, разположен в тялото на сърцевината.

Допълнителни стълбове

Предназначени са за създаване на допълнителен магнитен поток, който подобрява превключването и намалява реакцията на котвата в областта между главните полюси. Те са по-малки от основните полюси и са разположени между тях. Допълнителният полюс се състои от сърцевина и намотка. Ядрото е направено монолитно, тъй като вихровите токове в неговия връх не възникват поради малка индукция под допълнителния полюс. Ядрото е прикрепено към рамката с два болта. Между сърцевината и сърцевината е монтиран диамагнитен месингов дистанционер за по-малко изтичане на магнитния поток. Намотките от допълнителни полюси са свързани последователно една с друга и с намотката на котвата.

котва

Тягов двигател DK-108 в разрез

Машината за постоянен ток има котва, състояща се от сърцевина, намотка, колектор и вал. Ядрото на арматурата е цилиндър, изработен от щамповани листове от електротехническа стомана с дебелина 0,5 mm. За да се намалят загубите от вихрови токове, които възникват, когато арматурата пресича магнитното поле, листовете са изолирани един от друг с лак. Всеки лист има отвор с шпонков канал за монтаж на вала, вентилационни отвори и жлебове за полагане на намотката на котвата. В горната част жлебовете са под формата на лястовича опашка. Листовете се поставят върху вала и се фиксират с ключ. Сглобените листове се пресоват между две шайби под налягане. Намотката на котвата се състои от секции, които са положени в жлебовете на сърцевината и импрегнирани с асфалтови и бакелитни лакове. За да се предотврати изпадането на намотката от жлебовете, в частта на жлеба се забиват текстолитни клинове, а предната и задната част на намотката са подсилени с телени превръзки, които след навиване се запояват с калай. Предназначението на DC машинния колектор в различни режими на работа не е еднакво. Така че в режим на генератор колекторът служи за трансформиране на променливата електродвижеща сила(емф), индуцирана в намотката на котвата в постоянна едс. върху четките на генератора, в двигателя - за промяна на посоката на тока в проводниците на намотката на котвата, така че котвата на двигателя да се върти във всяка определена посока. Колекторът се състои от втулка, колекторни медни пластини, натискен конус. Колекторните плочи са изолирани една от друга с миканитни пластини, от втулката и притискащия конус - с изолационни маншети. Работната част на колектора, която има контакт с четките, е обработена и полирана. Така че по време на работа четките не докосват миканитните плочи, колекторът е подложен на „писта“. В същото време миканитните плочи стават по-ниски от колекторните плочи с около 1 mm. От страната на сърцевината в колекторните плочи са предвидени издатини с прорез за запояване на проводниците на намотката на котвата. Колекторните плочи имат клиновидно сечение, а за по-лесно закрепване - форма на лястовича опашка. Колекторът е монтиран на вала на арматурата с пресова връзка и фиксиран с ключ. Валът на арматурата има различни диаметри на кацане. В допълнение към арматурата и колектора върху вала е притисната стоманена втулка на вентилатора. Вътрешните пръстени на лагера и лагерните втулки са горещо монтирани на вала.

Лагерни щитове

Шиндовете са снабдени със сачмени или ролкови лагери - надеждни и лесни за поддръжка. От страната на колектора има опорен лагер; външният му пръстен лежи срещу прилива на лагерния щит. От страната на тяговата трансмисия е монтиран свободен лагер, който позволява удължаване на арматурния вал при нагряване. Лагерите се смазват с грес. За да се предотврати изхвърлянето на смазочния материал от камерите за смазване по време на работа на двигателя, е предвидено хидравлично (лабиринтно) уплътнение. Вискозна смазка, попаднала в малка междина между жлебовете-лабични пръстени, обработени в щита, и втулката, монтирана на вала, под действието на центробежна сила се хвърля към стените на лабиринта, където се създават хидравлични прегради самата смазка. Лагерните щитове са закрепени от двете страни на рамката.

четков апарат

За свързване на колектора на двигателя към силовата верига на автомобила се използват електрографитни четки от марката EG-2A, които имат добри превключващи свойства, висока механична якост и могат да издържат на големи претоварвания. Четките са правоъгълни призми с размери 16 x 32 x 40 mm. Работната повърхност на четките е шлифована към колектора, за да се осигури надежден контакт. Четките са монтирани в скоби, наречени четкодържатели, и са свързани към тях с гъвкави медни шунтове: всеки четкодържател има две четки, броят на четкодържателите е четири. Натискът върху четката се осъществява от пружина, опряна с единия край през пръста в четката, а с другия - в четкодържача. Натискът върху четката трябва да се регулира в строго определени граници, тъй като прекомерният натиск причинява бързо износване на четката и нагряване на колектора, а недостатъчното налягане не осигурява надежден контакт между четката и колектора, което води до искри под четката. Натискането не трябва да надвишава 25N (2,5 kgf) и да бъде по-малко от 15N (1,5 kgf). Държачът на четката е фиксиран върху скобата и с помощта на две шпилки, притиснати в скобата, се закрепва директно към крайния щит. Скобата от четкодържача и лагерния щит е изолирана с порцеланови изолатори. За проверка на комутатора и държачите на четки в рамката на двигателя има люкове с капаци, които осигуряват достатъчна защита срещу проникване на вода и мръсотия.

Вентилатор

По време на работа е необходимо да се охлажда двигателят, тъй като с повишаване на температурата на намотките му мощността на двигателя намалява. Вентилаторът се състои от стоманена втулка и силуминово работно колело, закрепени с осем нита. Лопатките на работното колело са разположени радиално, за да изпускат въздуха в една посока. Вентилаторът се върти заедно с арматурата на двигателя, създавайки вакуум в него. Въздушните потоци се засмукват в двигателя през отвори отстрани на колектора. Част от въздушния поток измива котвата, главните и допълнителните стълбове, другата преминава вътре в колектора и се закрепва през вентилационните канали. Въздухът се изтласква от страната на вентилатора през люка на скелета.

Устройството на асинхронен двигател с ротор с катерица

Разрез за промишлен асинхронен двигател

Асинхронният двигател се състои от два основни компонента: статор и ротор. Поставен на статора трифазна намоткакоето създава въртящо се магнитно поле. Скоростта на въртене на магнитното поле се определя от честотата на тока, захранващ двигателя, и броя на двойките полюси.

Намотката на ротора се извършва под формата на така наречената "катерица". Има късо съединение и няма изводи. Клетката за катерици се състои от медни или алуминиеви пръти, свързани накъсо в краищата с два пръстена. Пръчките на тази намотка се вкарват в жлебовете на сърцевината на ротора, сглобени от листове електрическа стомана, без никаква изолация. Лопатките са монтирани по краищата на ротора, образувайки центробежен вентилатор. Токът в ротора се индуцира от движещото се спрямо него статорно поле. По този начин за работата на двигателя е необходима разлика в скоростите на въртене на ротора и полето на статора, което е отразено в името му.

Характеристики на тягов двигател

Таблицата показва спецификацииколекторни тягови двигатели на вагони на метрото:

тип на двигателя ДПМ-151 DK-102A…G SL-104n USL-421 ДК-104А DK-104G, D DK-108A DK-108A1 DK-108G DK-108D ДК-112А DK-115G ДК-116А ДК-117А ДК-117ДМ DK-120AM
Тип вагон В 2 НА 3 В 1

Асинхронните двигатели с катерица са много прости по дизайн; имат висока надеждност при работа, ниска себестойност на производство и ремонт, по-малки габаритни размери и тегло в сравнение с двигателите с постоянен ток, не изискват специална поддръжка, с изключение на лагери, изолация, контактни връзки и имат задоволителни теглителни свойства. Когато скоростта на ротора се повиши над синхронната (скорост на магнитното поле), те автоматично преминават в режим на генератор без никакво превключване, което опростява електрическа схемапри използване на електрическо спиране.

Наред с предимствата, асинхронните електродвигатели имат редица недостатъци, които затрудняват използването им на подвижния състав. Стартовата характеристика на двигател с катерица при постоянна честота на тока не осигурява високи ускорения, тъй като началният въртящ момент е сравнително малък и нараства до максимална стойност с увеличаване на скоростта. Контролът на скоростта на двигателя е труден. Въздушната междина между статора и ротора е много малка. Увеличаването на разстоянието увеличава масата и увеличава размера на двигателя. Стартирането на електродвигател с ротор с катерица е свързано с големи загуби на мощност и нагряване на намотките.

Напредъкът в силовите полупроводникови технологии и средствата за автоматизация правят възможно създаването на надеждни и икономични статични честотни преобразуватели с размери и тегло, приемливи за дизелови локомотиви. Това се дължи практическа употребав дизелови локомотиви AC предаване с асинхронни електрически двигатели с катерица, особено след като за дизелови локомотиви с

Ориз. 3.23. Сцепление асинхронен електродвигател ED-900 (надлъжно и напречно сечение):

1 - вал; 2- шайба; 3- ролкови лагери; 4 - лагерни щитове; 5- втулка; 6 - сърцевина на ротора; 7-намотка на статора; Аз съм сърцевината на статора; 9-тяло (скелет); 10 защитна обвивка; 1/- късо съединена намотка на ротора; 12-- жлеб на сърцевината на ротора; 13- жлеб на ядрото на статора; 14 - прилив; 15 вентилационен канал; 16- кутия със скоби; 17 - вентилационни отвори в сърцевината на ротора с дизелови двигатели с мощност над 2940 kW в секцията, когато се използват тягови двигатели с постоянен ток, ще е необходимо значително да се усложни техният дизайн (използвайте сглобяеми или заварени рамки, компенсационни намотки и др. .или увеличаване на броя на осите). Харковски завод "Electrotyazhmash" им. Ленин, Ворошиловградски завод за дизелови локомотиви на името на V.I. Октомврийската революция и Талинският електромеханичен завод. Калинин създаде прототип на дизелов локомотив TE120 с мощност 2940 kW с променлив ток, който използва асинхронни тягови двигатели с катерица ED-900 (фиг. 3.2.3) с окачване на опорна рамка (виж таблица 3.4).

В тяговите машини с променлив ток магнитната верига, изработена от листове от електротехническа стомана, не може едновременно да служи като рамка на машината (недостатъчна стабилност на формата й), поради което е фиксирана в корпуса на статора. Дебелината на стените на корпуса (скелета) се определя от условията на якост и взаимодействие с други части на машината: лагерни щитове, части на въздуховоди и др.

Основните части на двигателя: статор, ротор и крайни щитове с лагери. Статорът включва корпус 9, сърцевина 8, намотка 7 и шайби под налягане. Лятото кръгло тяло има вътрешни аксиални усилващи ребра, които образуват канали за преминаване на въздух, охлаждащ статора. Рамката има два люка за вход и изход на въздух. Изходният люк е оборудван със защитен корпус, който предотвратява навлизането на вода в двигателя (при измиване на талиги).

Пакетът на статора е сглобен от листове от електротехническа стомана върху специални призми и фиксиран с шайби под налягане. Статорната намотка (двуслойна контурна намотка) се поставя в жлебовете на статорното ядро ​​и се фиксира в тях с изолационни клинове. Челните части на намотката на статора са фиксирани с конични пръстени. Навитият статор се завърта по призми и се притиска в корпуса. Изолацията от корпуса на намотката на статора е направена от полиамидно фолио. Роторът включва вал 1, втулка (сърцевина) 5, сърцевина 6" и намотка 1/.

Върху вала се притиска втулка под формата на тръба и върху нея се притиска сърцевина на ротора, сглобена от листове електрическа стомана. Намотката с късо съединение е направена под формата на "катерица" чрез запълване на жлебовете и краищата на сърцевината с алуминиева сплав. Въздушна междина между статора и ротор I,G> mm Конструкцията на лагерните възли е подобна на лагерните възли на тягови двигатели с постоянен ток.

ЕКЗИТОРИ, СПОМАГАТЕЛНИ ГЕНЕРАТОРИ И ЕЛЕКТРОМОТОРИ