Устройство тягового электродвигателя: Тяговые электродвигатели

Содержание

Тяговые электродвигатели

Тяговые электродвигатели предназначены для передачи вращательного момента к колесным парам. Тепловозы с электрической передачей имеют индивидуальный привод колесных пар, т. е. каждая колесная пара приводится во вращение отдельным тяговым электродвигателем.

Вращающий момент от тягового электродвигателя к колесной паре при индивидуальном приводе передается при помощи одноступенчатого тягового редуктора, состоящего из двух цилиндрических шестерен: ведущей на валу двигателя и ведомой на оси колесной пары. На тепловозах из-за ограниченных габаритов для размещения тягового электродвигателя применяется односторонняя, несимметричная относительно оси тепловоза прямозубая передача.

Таблица 10.6

Тип тягового электродвигателя	Серия тепловоза	Номинальная мощность, кВт	Тип подвески	Масса, кг
ЭДТ104	ТЭ10, 2ТЭ10	307	Опорно-осевая	2850
ЭД107	ТЭП10, 2ТЭ10Л	305	Опорно-осевая	3100
ЭД108А	ТЭП60, 2ТЭП60	305	Опорно-рамная	3350
ЭД118А	ТЭМ2, ТЭМ2М	105	Опорно-осевая	3100
	М62, 2М62	192	Опорно-осевая	3100
	2ТЭ10М, ЗТЭЮМ, 2ТЭ116	305	Опорно-осевая	3100
ЭД120А	ТЭМ7	135	Опорно-осевая	3000
ЭД121А	ТЭП70	413	Опорно-рамная	2950

Тяговые электродвигатели выполняются в основном с опорно-осевым подвешиванием, но на пассажирских тепловозах они имеют опорно-рамную подвеску. Основные типы применяемых тяговых электродвигателей приведены в табл. 10.6.

Практически на всех тепловозах тяговые электродвигатели имеют независимую нагнетательную вентиляцию с групповой подачей воздуха (по тележкам) и свободным выбросом нагретого воздуха в атмосферу.

Забор воздуха обычно происходит снаружи тепловоза через простейшие сетчатые фильтры или решетки. Расход воздуха можно регулировать (сезонно) перепуском части потока. Недостатком используемой «открытой» системы охлаждения является практически полная бесконтрольность температуры и чистоты охлаждающего воздуха. Однако относительное единообразие схем вентиляции тяговых электродвигателей тепловозов объясняется многолетним опытом электровозостроения, где охлаждение двигателей осуществлено по аналогичным схемам.

На рис. 10.2 представлен тяговый электродвигатель ЭД118А. Его магнитная система состоит из остова с полюсами, имеющими катушки.

235

Остов 5 (см. рис. 10.2) изготавливают из низкоуглеродистой стали. Он представляет собой в поперечном сечении неправильный восьмиугольник. Остов исполняет роль магнитного сердечника и механической основы всей конструкции электродвигателя. С торцов остов имеет расточки для подшипниковых щитов. Подвеска электродвигателя к раме тележки осуществляется при помощи опорных приливов 29 (носиков), между которыми помещена траверса подвески. Малые приливы 24 служат для предохранения двигателя от попадания на путь при поломке опорных приливов или траверсных пружин. С другой стороны на остове расположены лапы для сочленения с корпусом моторно-осевого подшипника. В верхней части остова, со стороны коллектора, имеется вентиляционное отверстие, соединенное с вентиляционным каналом брезентовым рукавом. Охлаждающий воздух выбрасывается через выпускные отверстия 8. Для осмотра коллектора и щеток остов имеет три люка, закрываемые крышками: верхний, нижний и боковой. Для вывода кабелей в остове предусмотрены четыре отверстия, защищенных от проникновения влаги резиновыми втулками. Кабельные выводы 25 крепятся к остову зажимами 26.

Главные полюсы создают основной магнитный поток в машине. Состоят они из сердечника 15 и катушки 16. Сердечник для уменьшения вихревых потоков набирается из штампованных листов низкоуглеродистой стали, скрепленных заклепками 28. Катушки главных полюсов намотаны из меди прямоугольного сечения в виде двух полюсных шайб. Витки катушек изолированы друг от друга асбестовой электроизоляционной бумагой. Катушки главных полюсов соединены между собой изолированными шинами из медной ленты. Изоляция катушек главных полюсов электродвигателя ЭД118А класса Б.

Добавочные полюсы обеспечивают нормальную коммутацию. Сердечник добавочного полюса 4 изготавливают сплошным из листовой стали. Катушка добавочного полюса 3 выполнена из шинной меди, намотанной на ребро. Между витками катушки установлены изоляционные прокладки. Наружная поверхность средних

Рис. 10.2. Тяговый электродвигатель ЭД118А (продольный и поперечный разрезы): 1 — вентиляционные отверстия; 2 — уравнительные соединения; 3 — катушка добавочного полюса; 4 — сердечник добавочного полюса; 5 — остов; 6 — сердечник якоря; 7 — обмотка якоря; 8 — выпускные отверстия; 9 — дренажное отверстие; 10 — лабиринтное кольцо; 11 — вал; 12, 19 — якорные подшипники; 13 — стеклотекстолитовый клин; 14 — крышки моторно-осевого подшипника; 15 — сердечник главного полюса; 16 — катушка главного полюса; 17 — вкладыш моторно-осевого подшипника; 18 — труба подачи смазки; 20 — подшипниковые щиты; 21 — коллектор; 22 — корпус щеткодержателя; 23 — кронштейн; 24, 29 — опорные и предохранительные приливы; 25 — выводной кабель; 26 — зажимы; 27 — смазочный фитиль; 28 — заклепка витков, кроме трех-четырех крайних, не изолируется, а от корпуса они изолируются для охлаждения добавочного полюса прокладками из асбестовой электроизоляционной бумаги. Катушки добавочных полюсов соединены гибкими проводами.

Якорь тягового электродвигателя состоит из следующих частей: вала 11, сердечника 6, нажимных шайб, коллектора 21 и обмотки 7. Якорь опирается на два роликовых подшипника 19 и 12, установленных в подшипниковых щитах 20. Вал якоря изготовлен из легированной стали. Сердечник якоря набран из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Шихтовка сердечника обязательна, так как перемещающееся относительно него вращающееся магнитное поле стремится индуктировать вихревые токи. Каждый лист сердечника имеет 54 паза и два ряда вентиляционных отверстий в количестве 32 шт. По торцам сердечник удерживается на валу двумя нажимными шайбами, которые одновременно являются и обмоткодержателями. Обмотка якоря петлевая, с уравнительными соединениями 2.

Рис. 10.3. Обмотка якоря тягового электродвигателя ЭД118А: а — схема: 1-216 — коллекторные пластины; 1, 14 — пазы сердечника; У — уравнительные соединения; 6 — разрез паза: 1 — клин; 2 — прокладка под клин и на дно паза; 3 — медь; 4 — прокладка между катушками; 5 — изоляция от

корпуса На рис. 10.3, а представлена схема обмотки якоря тягового электродвигателя ЭД118А. Катушка обмотки (рис. 10.3, б) состоит из четырех расположенных по ширине паза секций, каждая из которых состоит из трех проводников, расположенных по высоте паза. В пазу изолированная катушка удерживается стеклотекстоли-товым клином. На дно паза и под клин укладываются прокладки из стеклотекстолита. В задних лобовых частях обмотки между секциями устанавливаются изоляционные прокладки; обмотка якоря удерживается стеклобандажами.

Коллектор тягового электродвигателя состоит из втулки, нажимного конуса, коллекторных пластин (ламелей), двух изоляционных манжет, изоляционного цилиндра и стяжных болтов. Пластины коллектора штампуются из меди, легированной кадмием или серебром. В нижней части они имеют форму ласточкина хвоста, позволяющего прочно скрепить коллектор. Коллекторные пластины изолированы друг от друга коллекторным миканитом, а от конуса — миканитовым цилиндром и манжетами.

В подшипниковый щит 20 (см. рис. 10.2) со стороны коллектора устанавливается роликовый опорно-упорный подшипник, который воспринимает радиальные и осевые нагрузки. Снаружи подшипник закрыт крышкой, в которой для предотвращения попа-

Рис. 10.4. Щеточный аппарат тягового электродвигателя ЭД118А: а — щеткодержатель; б — щетка; 1 — корпус щеткодержателя; 2 — стальная пружина; 3 — палец щеткодержателя; 4 — изолятор; 5 — втулка; 6 — наконечник; 7 — шунт; 8 — щетка; 9 — амортизатор

дания смазки на якорь имеется лабиринтное уплотнение. Подшипниковый щит крепится к остову болтами с пружинными шайбами. В подшипниковый щит со стороны шестерни устанавливается опорный роликовый подшипник, который отличается от опорно-упорного отсутствием бурта во внутренней обойме. Попадание смазки из подшипника внутрь тягового электродвигателя предотвращается лабиринтным уплотнением. Кроме того, с внутренней стороны предусмотрено дренажное отверстие 9 (воздушный канал). Снаружи подшипник закрыт крышкой, имеющей лабиринтное кольцо 10, предотвращающее утечку смазки из подшипника. К кронштейнам 23 тягового электродвигателя крепятся четыре щеткодержателя 22.

Щеткодержатели электродвигателя (рис. 10.4) установлены напротив главных полюсов. Щеткодержатель имеет литой латунный корпус, укрепленный в кронштейне, вваренном в торцевую стенку остова. Два стальных пальца, запрессованных в корпус, служат для крепления щеткодержателя в кронштейне. Пальцы изо-

Рис. 10.5. Моторно-осевой подшипник тягового электродвигателя ЭД118А: 1, 2 — оси; 3 — фиксатор; 4 — поплавок; 5 — втулка; 6 — крышка; 7 — пробка; 8 — крышка моторно-осевого подшипника; 9 — пружина; 10 — рычаг; 11 — пластинчатая пружина; 12 — корпус; 13 — скоба; 14 — коробка; 15 — пакет польстерный; 16 — болт; 17 — постель моторно-осевого подшипника; 18 —

вкладыш лированы твердым изоляционным слоем, на который надеты изоляторы из пресс-материала. В корпусе щеткодержателя имеются два гнезда для щеток. В первое гнездо вставляется одна разрезная щетка, а во второе — две. Каждая разрезная щетка имеет резиновый амортизатор, предназначенный поглощать небольшие удары и толчки, не допуская отрыва щеток от коллектора. Нажатие щеток на коллектор осуществляется стальными пружинами, при этом один конец пружины упирается в резиновый амортизатор щетки, а второй входит в паз втулки. Регулировка нажатия осуществляется поворотом и фиксацией втулки на оси.

Моторно-осевой подшипник (рис. 10.5) состоит из двух вкладышей, постели — расточки в остове тягового электродвигателя, крышки и болтов крепления крышки.

Вкладыши моторно-осевых подшипников изготавливают из бронзы. Крышка подшипника является резервуаром для смазки, которая попадает к подшипнику при помощи двух войлочных польстерных пакетов, закрепленных скобами в коробке, которая может перемещаться в корпусе, опираясь на четыре пластинчатые пружины. Коробка с польстерными пакетами прижимается через отверстие во вкладыше моторно-осевого подшипника к шейке пружиной. Рычаг с пружиной закреплены осями на корпусе, расположенном на нижней части ванны крышки моторно-осевого подшипника. Ванна имеет отстойник, куда сливается кон-

Рис. 10.6. Кожух зубчатой передачи: 1 — верхняя часть кожуха; 2 — скобы; 3 — ребра жесткости; 4, 9, 11 — бонки; 5 — полукольцо отбойное; б — прокладки; 7 — болты; 8 — накладки уплотнитель-ные; 10 — уплотнение; 12 — нижняя часть кожуха; 13 — горловина для заливки

масла денсат, который через пробку сливают наружу. Количество смазки на пробке определяют по уровню поплавка.

Вращающий момент от тягового электродвигателя на ось колесной пары передается при помощи ведущей шестерни, напрессованной на вал якоря и ведомого зубчатого колеса, напрессованного на ось колесной пары. Ведущая шестерня и ведомое зубчатое колесо закрыты кожухом (рис. 10.6), состоящим из двух частей (нижней и верхней), соединенных болтами.

Электропоезда постоянного тока | Устройство тяговых двигателей

Тяговый двигатель состоит из остова, главных и дополнительных полюсов, якоря, щеткодержателей с кронштейнами. В боковых стенах корпуса установлены подшипниковые щиты для крепления вала якоря, на валу имеется вентилятор. Остов двигателя с помощью кронштейнов 39 (рис. 34) прикрепляют к поперечной балке тележки. Он является не только несущей конструкцией, но и частью магнитной системы (магнитопроводом), по которому замыкается рабочий магнитный поток двигателя. В опорных поверхностях нижней части остова имеются отверстия, через которые проходят болты для крепления двигателя к тележке.

Внутри остова находятся обработанные поверхности для установки полюсов. Сверху, снизу и сбоку возможен доступ к коллектору и щеткам через люки. Через вентиляционный люк с патрубком засасывается воздух для охлаждения. Он выбрасывается наружу через выхлопные отверстия с сетками. В остове просверлено три отверстия для болтов, крепящих главные дополнительные полюса, и отверстия для выводных концов, на которые надеты резиновые втулки и защитные рукава.

Четыре главных полюса с обмотками возбуждения, остов и якорь, а также воздушный зазор между якорем и полюсами составляют магнитную цепь двигателя. Чтобы уменьшить вихревые токи, сердечники главных полюсов набирают из отдельных стальных пластин толщиной 0,5 мм, покрытых лаком. Собранные листы спрессовывают и соединяют заклепками. Через их середину пропущен стальной стержень, в который ввертывают болты, прикрепляющие полюс к остову.

Аналогично крепятся и дополнительные полюса. Между сердечником и остовом устанавливают диамагнитную прокладку, чтобы сосредоточить магнитный поток в узкой коммутационной зоне, не допуская его излишнего рассеяния. Дополнительные полюса обеспечивают безыскровую работу тягового двигателя (их также четыре, установлены они между главными полюсами).

Неисправность	Меры предупреждения	Способ устранения
Неисправности тормозных приборов	Проверять воздухораспределитель и реле давления срабатывания при торможении и отпуске. Проверять работу и при необходимости отрегулировать кран машиниста	Отключить воздухораспределитель, выпустить сжатый воздух из запасного резервуара и перекрыть кран
Разрушение подшипников тягового двигателя, излом вала якоря	При выезде из депо после ремонтов и технического обслуживания проверить крепление указанных узлов. В пути следования прослушивать ходовые части и работу механического оборудования, при постороннем шуме проверять	Отсоединить упругую муфту
Разрушение опорных подшипников малой шестерни, буксовых подшипников, излом зубьев тяговой передачи	То же	Попробовать расклинить колесную пару методом краткое ременного движения поезда вперед и назад. При невозможности расклинивания эвакуировать из вагона пассажиров и следовать с заклиненной колесной парой со скоростью не более 5 км/ч. При этом помощник машиниста через люк должен наблюдать за колесной парой
Выход штока тормозного цилиндра менее установленного	Отрегулировать выход штока, проверить работу авторегулятора	Распустить рычажно-тормоз-ную передачу с помощью авторегулятора, вращая его против часовой стрелки и предварительно нажав на фиксатор
Неравномерный наклон рычагов или завал рычагов на одну сторону	Отрегулировать горизонтальные и вертикальные рычаги рычажной передачи	То же

Рис. 34. Продольный (а) и поперечный разрез (б) тягового двигателя 1 ДТ.003.4У 1 :

1 — втулка якоря; 2 — вал: 3 — стопорная шайба; 4 — диск; 5 — кольцо

подшипника; 6. 29 — роликовые подшипники; 7, 28 — крышки подшипников;

9 — нажимной конус; 10 — коллектор; 11 — втулка коллектора; 12 — катушка

якоря; 13 — уравнительные обмотки: 14 — катушка главного полюса:

15 — сердечник главного полюса; 16 — стержень; 17. 19 — болты крепления

полюсов; 18 — якорь; 20 — диамагнитная прокладка; 21 — сердечник

дополнительного полюса; 22 — планка; 23 — катушка дополнительного подюса;

24 — остов; 25 — бандаж; 27 — обмоткодержагель; 30 — втулка: 31— наружное

кольцо подшипника: 32, 37 — маслоподводяшие трубки: 33, 38 — скобы:

34 — заглушка: 35 — болт для слива конденсата; 36, 44, 48 — крышки

коллекторных люков: 39 — лапы двигателя: 40 — заглушка люка;

41 — щеткодержатель: 42 — щетка; 43 — кронштейн щеткодержателя;

45 — кабель для подключения: 46 — стопорная планка болтов главных полюсов;

47 — клинья обмотки

Катушки главных полюсов наматывают из шинной меди в два слоя. Каждый из них изолируют друг от друга миканитовой прокладкой. Изоляция катушек главных и дополнительных полюсов выполнена из стеклослюдинитовой ленты и стеклоленты. Собранные катушки и полюса пропитывают в эпоксидном компаунде, и они образуют монолит. Межкатушечные соединения выполнены из провода сечением 70 мм».

Основные части якоря тягового двигателя (см. рис. 34): вал 2, сердечник 18, нажимные шайбы, обмотка с обмоткодержателем 27, коллектор 10 и втулка якоря 1. Вал якоря — очень ответственная часть. Он должен выдерживать значительные и часто меняющиеся нагрузки при вращении, а также реакции зубчатой передачи, большие усилия на скручивание и срез. Поэтому его изготавливают из качественной хромоникелевой стали 12ХНЗА, которая предварительно проходит термообработку.

Основные детали якоря собирают на втулке 1, которая напрессовывается на вал 2. Поэтому можно сменить поврежденный вал, не разбирая якорь. Втулка якоря — это стальная труба с буртом для упора вентиляторного колеса и резьбой на передней части. На ней установлены сердечник якоря с нажимными шайбами (обмоткодержателями), коллектор и вентилятор. Сердечник набирают из листов электротехнической стали и спрессовывают между обмоткодержателем 27 и втулкой коллектора 11. Обмоткодержатель и вентилятор изготовлены как одно целое.

Обмотка якоря выполнена из отдельных якорных катушек, которые изолируют, укладывают в пазы сердечника и закрепляют текстолитовыми клиньями, так как при вращении обмотку может вырвать из пазов. Каждая катушка состоит из семи витков шинной меди. Лобовые части обмотки удерживаются бандажом 25 из стеклобандажной ленты.

Коллектор набирают на коллекторной втулке 11 из пластин клинообразного сечения. Нижняя часть пластины имеет форму «ласточкина хвоста». Пластины зажимаются между нажимным конусом 9 и втулкой 11, которые затем стягивают болтами. В качестве изоляции служат миканитовые манжеты и цилиндры. Коллекторные пластины изолированы друг от друга миканитовыми прокладками.

При вращении коллекторная медь изнашивается быстрее, чем изоляционные прокладки. Поэтому в процессе эксплуатации поездов коллектор продораживают специальной фрезой и добиваются, чтобы высота изолирующих пластин была приблизительно на 1 мм меньше высоты медных пластин. На наружной стороне коллекторных пластин имеются выступы («петушки»), к которым припаивают обмотку якоря.

Якорь окончательно пропитывают в лаке, его изоляция становится более влаго- и теплостойкой, повышается ее электрическая и механическая прочность. Втулку коллектора закрепляют специальной гайкой, которая удерживает ее от осевого сдвига. В механическом отношении сердечник представляет собой монолит.

Одно из основных условий хорошей работы щеток — надежный (плотный) контакт между коллектором и щеткой. Щетки устанавливают в специальные обоймы (щеткодержатели), которые при помощи кронштейнов закрепляют на остове (кронштейны изолированы от остова). Щеткодержатель отлит из латуни, в месте его крепления к кронштейну поверхность сделана рифленой, что позволяет надежно зафиксировать положение щеткодержателя. Отверстие под болт для крепления к кронштейну имеет форму эллипса. Это позволяет регулировать зазор между коллектором и щеткодержателем.

Для хорошего контакта между щетками и коллектором служит нажимное устройство. Оно состоит из пружины, обоймы, нажимного кольца, собранных на оси, укрепленной в щеткодержателе. Нажатие щеток регулируют закручиванием пружины, оно должно составлять 2,5 кгс/см2.

К горловинам боковых стенок остова плотно подгоняют и закрепляют болтами подшипниковые щиты для установки вала якоря. В них имеются камеры для смазки с лабиринтовыми уплотнениями. В гнездах щитов запрессованы наружные обоймы подшипников. Передний подшипник — радиальноупорный, задний—радиальный. Наружные кольца подшипников запирают крышками, передняя — глухая, в задней имеется отверстие для вала двигателя.

Требования к смазке подшипников очень высоки, в ней не допускаются даже следы грязи. Недостаток смазки приводит к повышенному нагреву, разрушению подшипника, а после остывания—; к заклиниванию колесной пары. Без смазки меняется твердость материала деталей подшипника, нарушается его нормальная работа. Для периодической запрессовки смазки имеются специальные трубки, закрытые штуцерами.

Во время работы двигателя нагреваются его якорь и полюса, коллектор и подшипники. При интенсивном охлаждении нагрев значительно снижается, что позволяет повысить развиваемую мощность. В этом узле применяется самовентиляция: со стороны задней нажимной шайбы (обмоткодержателя) на втулку якоря напрессовано вентиляторное колесо. Воздух забирается через жалюзи на боковых стенках нижней части кузова и, проходя по каналам через фильтры и патрубки, попадает в двигатель.

Внутри двигателя он проходит двумя путями: один воздушный поток охлаждает внешние поверхности полюсов и якоря, второй попадает в отверстия сердечника якоря и охлаждает якорь изнутри. Причем полюса нагреваются меньше, поскольку здесь обеспечен лучше теплоотвод. Далее, через каналы в нажимной шайбе воздух попадает к лопаткам вентилятора и выбрасывается наружу через сетки вентиляционных отверстий.

⇐Уход за механической частью | Электропоезда постоянного тока | Обмотка якоря⇒

Тяговый электродвигатель: устройство и принцип работы

Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрический ток и наоборот. Подавляющее большинство электрических устройств работают по простой схеме: под действием механической энергии вырабатывается электричество, которое в свою очередь вызывает движение станков, машин, механизмов, подвижного состава. В транспортной отрасли хорошо известен тяговый электродвигатель, приводящий в действие колесные пары вагонов. Использование их в режиме генератора дает возможность затормозить состав. Процесс торможения происходит за счет нагрузки, образующейся в процессе превращения механической энергии состава, находящегося в движении, в электрический ток.

Появление и развитие тяговых устройств

В самом начале, когда электрический транспорт только начал использоваться, на всех видах подвижного состава устанавливались коллекторные тяговые электродвигатели. При этом передача энергии осуществлялась по самой простой схеме, поэтому агрегатами можно было легко управлять в любом рабочем режиме. Технические и механические характеристики полностью отвечали всем требованиям транспортной специфики.

Тем не менее, в процессе эксплуатации тяговый электродвигатель постоянного тока обнаружил ряд недостатков. В первую очередь, это сам коллектор, оборудованный подвижными контактами – щетками, требующий регулярного технического обслуживания. Принимаемые меры по снижению искрения, повышению надежности коммутации, во многом усложнили устройство двигателя. В результате, его размеры заметно увеличились, а максимальная скорость вращения осталась на прежнем уровне.

Постепенно развивалось направление силовой техники на основе быстродействующих полупроводников. Это позволило заменить реостатную систему, применяемую в коллекторных агрегатах, импульсной, отличающейся повышенной надежностью и экономичностью. В дальнейшем, в вагонных парах стал устанавливаться асинхронный тяговый двигатель в качестве приводного механизма.

Основными проблемами, с которыми пришлось столкнуться при эксплуатации асинхронных двигателей, считаются сложные регулировки. Определенные трудности возникают при использовании электрического торможения, когда для этих целей служат моторы на основе короткозамкнутого ротора. В данный период идет разработка более современных тяговых приводов на основе синхронных агрегатов, в которых установлен ротор на постоянных магнитах.

Поскольку на железнодорожном транспорте до сих пор широко используются именно коллекторные агрегаты, следует более подробно рассмотреть их общее устройство и порядок работы.

Коллекторный агрегат на постоянном токе

Любой коллекторный агрегат является своеобразной электрической машиной, которая в зависимости от своего предназначения выполняет функции генератора или электродвигателя. Отличительной чертой этих устройств считается соединение якорной обмотки с коллектором.

Основным источником питания коллекторных движков служит постоянный ток. Сейчас уже выпускаются модификации многофункциональных агрегатов с невысокой мощностью, способных работать не только от постоянного, но и от переменного тока.

Стандартный тяговый электродвигатель состоит из коллектора (1), щеток (2), сердечника ротора или якоря (3), сердечника главного полюса (4), обмотки возбуждения (5), станины (6). Кроме того, сюда же включены подшипниковый щит (7), вентилятор (8), якорная обмотка (9).

Все детали соединяются в несколько конструктивных элементов. Прежде всего, это магнитная система, под влиянием которой появляется магнитное поле, а также якорь с обмоткой, вращающийся с помощью подшипников. Коллектор и другие детали разъединяются между собой воздушной прослойкой.

В агрегатах постоянного тока возникновение магнитного поля происходит с участием обмоток возбуждения. Они располагаются на полюсных сердечниках и подключены к постоянному току. Количество полюсов может быть разным, в зависимости от мощности двигателя и его использования в транспортной единице. Их число чаще всего находится в рамках от 2 до 12. Стандартная магнитная система представляет собой монолитную металлическую станину, в которой присутствуют съемные шихтованные сердечники. Чтобы понять, как взаимодействуют узлы и детали между собой, необходимо более подробно рассмотреть устройство каждого компонента.

Назначение и устройство станины

Каждый тяговый электродвигатель оборудуется станиной, используемой прежде всего в качестве магнитопровода, по которому осуществляется прохождение магнитных потоков основных и дополнительных полюсов. Еще она служит местом расположения и крепления полюсов и подшипниковой защиты.

При наличии больших нагрузок станина обычно бывает отлита из стали или сварена из толстых электротехнических стальных листов. Благодаря такой конструкции создается требуемая механическая устойчивость и высокая магнитная проницаемость. Стенки обычно имеют толщину, обеспечивающую установленный уровень магнитной индукции, а ее размеры ориентированы на поперечное сечение главных полюсов и составляют не ниже 50% этого размера.

На представленном рисунке отмечено расположение станины (1), относительно других деталей и компонентов – сердечника полюса (2), катушки обмотки возбуждения (3) и полюсного башмака (4). Между всеми элементами и якорем существует воздушная прослойка (5). Размеры диаметра изнутри станины рассчитываются так, чтобы в этом пространстве мог разместиться якорь, полюса главные и дополнительные и их обмотки.

Тяговый электродвигатель локомотива может иметь стальную литую станину с уменьшенной массой и пониженным поперечным сечением, ориентированным на оси главных полюсов. Это дает возможность равномерно распределить магнитный поток, поступающий к станине от главного полюса.

Частично станина, не выполняющая функции магнитопровода, образует коллекторное пространство с незначительной толщиной стенок, достаточной для обеспечения необходимой механической прочности. В некоторых конструкциях это место закрывается отдельными ребрами жесткости, прикрытыми тонким защитным кожухом.

Главные полюса

Тяговый электродвигатель, работающий на постоянном токе, включает в свою конструкцию обмотку возбуждения, где и появляется магнитодвижущая сила, создающая, в свою очередь, магнитное поле. В состав обмотки входят катушки, надеваемые на сердечники основных полюсов. На стороне сердечника, направленной к якорю, устанавливается полюсный наконечник, он же башмак. С его помощью осуществляется равномерное распределение магнитного потока по всей поверхности якоря. Перечисленные детали отмечены на предыдущем рисунке вместе со станиной.

На практике довольно редко используется схема, включающая в себя полюсный сердечник и полюсный башмак. Как правило, они объединяются в единое целое и образуют главный полюс. За счет этого в сердечнике полюса наступает снижение вихревых потоков, вызываемых действием пульсаций магнитной индукции в наконечниках из-за зубчатой поверхности якоря.

Для сборки полюса используются стальные лакированные листы, которые затем попадают под пресс высокого давления. Сквозь сердечник пропускаются болты или специальные заклепки, чтобы стянуть всю конструкцию. Их равномерное распределение позволяет успешно выдерживать упругость сжатых полос. Крепление полюсов к станине осуществляется с помощью болтов или шпилек.

Назначение и устройство добавочных полюсов

Каждый тяговый электродвигатель мощностью более 1 кВт оборудуется дополнительными полюсами, для того чтобы снизить количество искр, появляющихся на щетках. Их устройство очень простое, включающее в себя сердечник (1) и катушку (2), где использован медный проводник в изоляции. Его сечение рассчитывается по рабочему току двигателя, поскольку эта катушка и обмотка якоря последовательно подключаются друг к другу.

Стальной сердечник изготавливается в виде монолитной конструкции, по причине отсутствия в нем вихревых токов, так как магнитная индукция имеет очень малую величину. Местом монтажа дополнительных полюсов определен промежуток между главными полюсами, а крепление к станине выполняется специальными болтами. Величина воздушной прослойки под ними существенно превышает зазор под главными полюсами. Его регулировка выполняется при помощи специальных пластин из материалов магнитного или немагнитного типа, а окончательная величина определяется, когда тяговый двигатель постоянного тока настраивается на коммутацию при достижении минимального количества искр.

Якорь и коллектор

В состав якоря входит вал, сердечник, обмотки и коллектор. Конфигурация сердечника выполнена в форме цилиндра, а сам он изготовлен из тонких штампованных листов электротехнической стали. Для изоляции листов используется лак или бумага. В сжатом виде после сборки сердечник фиксируется нажимными шайбами. Благодаря устройству сердечника, удается компенсировать влияние вихревых токов и снизить в нем утечку электроэнергии. Охлаждение ТЭД выполняется за счет специальных каналов вентиляции, устроенных в сердечнике.

Для якорных обмоток используется медный проводник круглого или прямоугольного сечения. Он закладывается в выемки сердечника и качественно изолируется от него. Вся обмотка делится на секции, концы каждой из них соединяются с коллектором путем пайки.

В конструкцию каждого коллектора входит активная составляющая и система крепления. Изоляция медных коллекторных пластинок (7) выполняется с помощью специальных прокладок. Провода якорной обмотки припаиваются к выступу в конце элемента (5). Край пластин, расположенный снизу (6) после сборки зажимается с помощью двух нажимных колец (3). Эти кольца также изолируются, а сама изоляция утапливается на 1,5 мм внутрь скользящей поверхности коллектора.

Тяговые электродвигатель асинхронного типа

На железнодорожном транспорте асинхронный тяговый двигатель долгое время не мог использоваться из-за отсутствия в электроснабжении подвижного состава переменного трехфазного тока. Постепенно развивающееся электротехническое производство позволило создать и усовершенствовать электронику полупроводникового типа.

Таким образом, были созданы преобразователи тока и напряжения, обладающие мощностью, достаточной, чтобы обеспечить энергией асинхронный тяговый двигатель. Ведущую роль в этом деле сыграли мощные транзисторы.

Данные устройства оказались просты и надежны в эксплуатации. У них заметно снизились габаритные размеры и вес в сравнении с двигателями постоянного тока. Асинхронный тяговый двигатель не требует особого технического обслуживания, способен переходить в генераторный режим без специального переключения, а лишь под действием повышенной частоты вращения ротора. Подобная схема существенно упрощает использование системы электрического торможения.

Назначение, устройство тягового электродвигателя НБ-418К — Мегаобучалка

Тяговый двигатель предназначен для преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети, в механическую, передаваемую с вала двигателя на колесную пару. Привод каждой колесной пары электровоза индивидуальный. Малые шестерни смонтированы на концах вала двигателя, а большие— на оси колесной пары.

Конструкция. Двигатель защищенного исполнения состоит из остова, якоря, траверсы, подшипниковых щитов и кожуха Остов двигателя стальной цилиндрической формы служит одновременно магнитопроводом (рис. 29). На нем укреплены по шесть главных и дополнительных полюсов, поворотная траверса и щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь двигателя. С наружной поверхности остов имеет приливы для крепления букс моторно-осевых подшипников, подвески двигателя, коробки выводов и предохранительные. На остове имеются рым-болты для транспортировки двигателя и кантования остова при монтаже и демонтаже. Со стороны коллектора имеются два люка, предназначенных для осмотра щеточного аппарата и коллектора, и один вентиляционный люк для входа воздуха. Выход вентилирующего воздуха осуществлен со стороны, противоположной коллектору, через специальный кожух, укрепленный на подшипниковом щите и остове.

Крышка верхнего коллекторного люка укреплена на остове специальным пружинным замком, нижнего — болтами М20 и специальным с цилиндрической пружиной.

Рис. 29. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы тягового электродвигателя

НБ-418К6:

1,5 — щиты подшипниковые; 2 — поворотная траверса щеткодержателей, 3 — остов, 4 — якорь, С — сердечник гл мото полюса; 7 — катушка дополнительного полюса; 8 — катушка главного полюса

На остове смонтирована коробка выводов Электрический мон* таж этой коробки выполнен проводами марки РКТМ-4000 сечением 95 мм2 с одним наконечником на два провода. Кабели укреплены на пальцах (опорных изоляторах), опрессованных пресс-массой АГ-4. Крепление пальцев к остову резьбовое на белилах цинковых густотертых МА-011 ГОСТ 482—67. Пальцы монтируют специальным ключом. Условное обозначение выводных кабелей выбито на металлической пластинке стеклопластиковой крышки. Внутри коробки выводов со стороны входа силовых кабелей условное обозначение написано красной эмалью, высота букв не менее 20 мм. После монтажа силовых кабелей коробку выводов закрывают стеклопластиковой крышкой с уплотняющими резиновыми клицами.

Сердечники главных полюсов, шихтованные из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм, скреплены заклепками и укреплены на остове» каждый тремя болтами МЗО. Катушка главного полюса, имеющая 11 витков, намотана на ребро из мягкой шинной меди размером 4X65 мм, изогнута по радиусу для обеспечения прилегания к внутренней поверхности остова.

Между сердечником главного полюса и остовом имеется одна стальная прокладка толщиной 0,5 мм, которая предохраняет изоляцию катушки от механических повреждений. Корпусная изоляция состоит из пяги слоев стеклоыикаленты толщиной 0,13 мм и одного слоя стеклоленты толщиной 0,2 мм, уложенных с перекрытием в половину ширины лепты (вполуперекрышу). Межвитковая изоляция — асбестовая бумага толщиной 0,3 мм в два слоя.

Для улучшения рабочих характеристик двигателя применена компенсационная обмотка, расположенная в пазах, проштампованных в наконечниках главных полюсов, и соединенная последовательно с обмоткой якоря. Компенсационная обмотка состоит из шести катушек по шесть витков каждая, намотанных из прямоугольной проволоки МГМ сечением 4,4X35 мм. В каждом пазу расположено по два стержня. Корпусная изоляция состоит из четырех слоев мика тенты толщиной 0,1 мм и одного слоя стеклоленты толщиной 0,1 мм, уложенных вполуперекрышу. Витковая изоляция— один слой микаленты 0,1 мм, уложенной вполуперекрышу. Крепление обмотки в пазах — клиньями из текстолита марки Б.

Сердечники дополнительных полюсов, шихтованные из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, скреплены заклепкой и укреплены на остове каждый тремя болтами М20. Для обеспечения надежной коммутации двигателя в переходных режимах между остовом и сердечниками дополнительных полюсов предусмотрены текстолитовые прокладки толщиной 7 мм». Катушки дополнительных полюсов намотаны из медной проволоки размером 12,5X12,5 мм по восемь витков каждая. Изоляция этих катушек аналогична изоляции катушек главных полюсов. Схема электрических соединений полюсьых катушек электродвигателя приведена на рис. 30.

Щеточный аппарат тягового двигателя состоит из траверсы с поворотным механизмом, шести кронштейнов и шести щсткодержате-

лей Траверса стальная швеллерного сечения, разрезная, имеет по наружному ободу зубчатый венец, входящий в зацепление с шестерней поворотного механизма. В остове траверса застопорена фиксатором, установленным против верхнего коллекторного люка, и прижата к подшипниковому щиту двумя стопорными устройствами (рис. 31).

Электрическое соединение траверсы с обмотками электродвигателя выполнено двойным проводом РКГМ-4000 сечением 95 мм2 и гибким шунтом. Кронштейны щеткодержателя разъемные (из двух половин) закреплены болтами М16 на двух изоляционных пальцах, установленных на траверсе. Изоляционные пальцы представляют собой шпильки, опрессованные пресс-массой АГ-4. Щеткодержатель имеет три цилиндрические пружины растяжения, закрепленные одним концом на оси, вставленной в отверстие корпуса щеткодержателя, другим — на оси на нажимном пальце с помощью регулирующего винта, которым одновременно регулируют натяжение пружины. Кинематика нажимного механизма выбрана так, что нажимной палец обеспечивает практически постоянное нажатие на щетку. Кроме того, при наибольшем допустимом износе щетки давление нажимного пальца на нее автоматически прекращается. Это позволяет предотвратить повреждение рабочей поверхности коллектора шунтами сработанных щеток. В окна щеткодержателя вставлены три разрезные щетки ЭГ-61.

Крепление щеткодержателя к кронштейну осуществлено шпилькой и гайкой. Для более надежного крепления и регулировки положения кронштейна относительно рабочей поверхности по высоте при износе коллектора на корпусе щеткодержателя и кронштейне предусмотрены гребенки.

Якорь двигателя состоит из коллектора, обмотки, вложенной в пазы сердечника, набранного в пакет из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, стальной втулки, зад-

ней и передней нажимных шайб, вала. В сердечнике есть два ряда аксиальных отверстий для прохода вентилирующего воздуха. Передняя нажимная шайба одновременно служит корпусом коллектора. Все детали якоря собраны на общей втулке коробчатой формы, запрессованной на вал, что обеспечивает возможность замены якоря

Обмотка якоря состоит из 87 катушек и 58 секционных уравнителей, концы которых впаяны в петушки коллектора. В каждой катушке имеется четыре отдельных стержня из медной прямоугольной проволоки МГМ сечением 3,53X6,9 мм, изолированных одним слоем вполуперекрышу микаленты толщиной 0,1 мм. Корпусная изоляция катушки в пазовой части — четыре слоя вполуперекрышу микаленты толщиной 0,1 мм. Покровная изоляция — один слой встык стеклоленты толщиной 0,1 мм.

Уравнители изготовлены из медной прямоугольной проволоки МГМ сечением 1,68X4,7 мм. Каждая секция уравнителя имеет три стержня, изолированных друг от друга одним слоем вполуперекрышу микаленты толщиной 0,1 мм. Покровная изоляция секции уравнителей выполнена одним слоем вполуперекрышу стеклоленты толщиной 0,1 мм. Пазовая часть обмотки якоря укреплена текстолитовыми клиньями, лобовые части — стеклобандажами.

Коллектор тягового двигателя с диаметром рабочей поверхности 520 мм набран из 348 медных пластин, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками. Коллекторная пластина имеет приварной петушок От нажимного конуса и корпуса коллектора пластины изолированы миканитовыми манжетами и цилиндром.

Основные элементы конструкции тяговых электродвигателей

Страница 2 из 8

Основными узлами тягового электродвигателя (рис. 37) являются остов с катушками (магнитная система), якорь с узлом щеткодержателей, подшипниковые щиты. Остов 1 представляет собой восьмигранную отливку, с правой стороны которой (если смотреть со стороны коллектора) имеется прилив, образующий моторно-осевую горловину. В продольном направлении остов имеет две горловины: малую — со стороны коллектора диаметром 465 мм и большую — со стороны привода (шестерни) диаметром 550 мм. Со стороны коллектора остов имеет люки 50 для осмотра коллектора и прохода вентиляционного воздуха. На один из верхних люков при помощи хомута прикреплен брезентовый патрубок, соединяющий тяговый электродвигатель с каналами воздухопровода тепловоза. Со стороны привода (шестерни) остов имеет три отверстия для выхода вентиляционного воздуха. Закрыты эти отверстия сетками с козырьками 20, предохраняющими от попадания внутрь посторонних предметов. Внутри остова закреплены четыре главных 3 и четыре добавочных полюса 17. Каждый из полюсов прикреплен тремя болтами.

Рис. 37. Тяговый электродвигатель ЭДТ-200, ЭД-107: а — продольный разрез, б — поперечный разрез

В малую и большую горловины остова запрессованы подшипниковые щиты 8: передний со стороны коллектора и задний со стороны шестерни. В подшипниковых щитах (буртах, прилегающих к остову) имеется по три отверстия, служащие для ввертывания в них отжимных болтов для выпрессовки.
Подшипниковый щит со стороны шестерни в верхней части имеет воздушный канал, соединяющий заднюю часть (лабиринт) подшипникового щита с атмосферой для выравнивания давления внутри остова с атмосферным. Если этот канал забьется грязью или крышка канала (внутренняя сторона) сильно помнется, то может произойти засасывание смазки внутрь остова. Происходит это потому, что открытые головки секции якоря образуют «веер», который при вращении действует, подобно вентилятору, создавая разряжение внутри остова. В подшипниковые щиты запрессованы роликовые подшипники 9 со стороны коллектора и 23 — со стороны привода. Подшипник со стороны коллектора имеет на внутреннем кольце с внутренней стороны бурт, а с наружной стороны — упорное кольцо и шайбу 11. Этот подшипник радиально-упорный; он, кроме радиальных, воспринимает и осевые нагрузки. Закрыт этот подшипник крышкой 10.
Подшипник со стороны шестерни осевых нагрузок не воспринимает, а воспринимает только радиальные. Смазку в подшипник запрессовывают через трубки 7, закрываемые пробками. Для предотвращения вытекания смазки из подшипника с внутренней стороны имеются уплотнительные кольца и лабиринтные крышки 26 с обеих сторон. На электродвигателях ЭД-107А и ЭД-118А крышку прикрепляли к шунту болтами. На остальных электродвигателях она отлита вместе со щитом. Для предотвращения попадания осерненной смазки из редуктора с наружной стороны установлена лабиринтная крышка 22 и кольца 24.
Со стороны подвески к раме тепловоза у тягового электродвигателя имеются два опорных носика 27 (верхний и нижний), между которыми помещена пружинная траверса подвески. Несколько выше опорного носика на остове имеются два прилива с отверстиями (транспортные ушки 28). Приливы служат для предохранения от падения на путь при изломе носиков. С противоположной стороны (над моторно-осевой горловиной) имеется еще один такой прилив. Крюк подъемного крана при транспортировке тягового электродвигателя зацепляют за отверстия этих приливов.
Моторно-осевая горловина имеет два прилива, к которым четырьмя болтами 39 с гайками 40 прикреплены шапки моторноосевых подшипников 33. Каждая шапка имеет масляную камеру, в нее через горловину 34 заливают смазку. Через трубки с крышкой 35 замеряют уровень смазки в шапке, а через пробку 37 спускают конденсат.
Подача смазки к оси осуществляется шерстяной подбивкой 38 с войлочной прокладкой у оси. Подбивка прижимается к оси при помощи польстера 36. Польстер электродвигателей ЭДТ-200Б, ЭД-107 представляет собой металлическую пластину, которая одним концом шарнирно закреплена в верхней части шапки, а другим (нижним) под действием пружины прижимает подбивку к шейке оси. Бронзовые вкладыши 5 моторноосевых подшипников образуют постель, в которой вращается ось колесной пары. Проушина 41 служит для крепления к остову кожуха шестерни.
Между обеими шапками (для защиты от попадания загрязнений) установлен кожух 4. На остове со стороны моторно-осевой горловины расположены две клицы 32, состоящие из двух половин, стянутых болтами. Клицы служат для крепления кабелей.
Главный полюс 3 состоит из сердечника, катушки 46 и уплотняющей пружинной рамки 47. Листы сердечника спрессованы и стянуты четырьмя трубчатыми заклепками 48, развальцованными с обеих сторон. В прямоугольное отверстие, проходящее в середине сердечника, запрессован сплошной стержень 49, в котором нарезаны три отверстия для крепления полюса к остову. На электродвигателях ЭД-118А полюсы выполнены в виде моноблоков — катушка в этой конструкции не может быть снята с полюса. В данной конструкции катушка изолирована, будучи посаженной на сердечник путем погружения в специальный компаунд «Монолит-2». Такие полюсы имеют высокие изоляционные свойства, не боятся увлажнения. Сердечник полюса по наружной поверхности имеет сферу радиусом, равным радиусу места посадки его на приливах остова. По внутренней поверхности он имеет радиус, близкий к радиусу якоря.
Сердечник добавочного полюса 43 представляет собой литую конструкцию прямоугольной формы с небольшими заплечиками, к которым электрозаклепками приклепан (а у электродвигателя ЭДТ-200Б приварен) латунный (диамагнитный) фланец 45 и на него опирается по всей поверхности катушка 44. Для уплотнения катушки на полюсе и смягчения ударов при движении под нее со стороны остова подложена стальная пружинная рамка 42, а под сердечник — латунная прокладка, обеспечивающая необходимый «воздушный зазор» между сердечником добавочного полюса и остовом.
Якорь 6 состоит из вала 25, задней нажимной шайбы 19, стальных листов 18, передней нажимной шайбы 16, обмотки якоря 21 и коллектора. Со стороны привода (шестерни) хвостовик вала имеет конус для посадки шестерни. Шайбы (задняя и передняя) напрессованы с натягом. На вал напрессован и коллектор, состоящий из набора медных и миканитовых пластин 13, зажатых между втулкой 15 и нажимным конусом 12 и стянутых болтами. Изолированы пластины от втулки и конуса миканитовой изоляцией (манжетами и цилиндром). Пластины в нижней части имеют форму «ласточкина хвоста», благодаря чему они удерживаются от выбрасывания под действием центробежных сил при вращении якоря. Над коллектором к остову приварены четыре кронштейна 14, к которым болтами 29 прикреплены щеткодержатели 30 с щетками 31.

Тяговые электродвигатели

Тяговые электродвигатели преобразовывают электрическую энергию в механическую и передают ее на ось колесной пары. Все тяговые электродвигатели маневровых тепловозов являются электрическими машинами постоянного тока последовательного возбуждения с принудительной вентиляцией и моторно-осевой подвеской. На тепловозе ВМЭ1 установлены шестиполюсные тяговые электродвигатели, а на всех остальных тепловозах — четырехполюсные. Основные технические характеристики тяговых электродвигателей и сопротивление их обмоток приведены в табл. 3 и 10.

Тяговые электродвигатели ЭД-107 установлены на маневровых тепловозах ТЭМ2 и магистральных тепловозах 2ТЭ10Л и ТЭШО. Остов 22 (рис. 156) отлит из углеродистой стали, обладающей высокой механической прочностью и магнитной проницаемостью. Для лучшего использования внутреннего пространства и более удобного размещения главных и добавочных полюсов остов имеет восьмигранную форму. К раме гележки электродвигатель подвешен с помощью опорных приливов

Таблица 10

Тип машины

Сопротивление обмоток, Ом

якоря

добавочных полюсов

главных полюсов

ЭДТ-200Б

ЭДТ-104Б

ЭД-107

ЭД-107А

ТС32. 44а/14 \

ТС32. 44/14 1

ТМв43/37Х4

ТЕ-006

МВГ-25/11

ПГ701-4

0,00585 0,01326 0,01265 0,01326

0,0163 (0,0161)

0,0165 0,00766 0,055 0,06

0,00326 0,00826 0,00826 0,00828

0,0045 (0,0044)

0,0070 0,00471 0,0227 0,02

0,00443 0,0102 0,0104 0,0107

0,0047 (0,0046)

0,0094 0,00773 9,18 24,7

Примечание. В скобках указано сопротивление обмоток катушек, выполненных из меди стандартных сечеиий.

(носков) 29, между которыми размещена траверса подвески. С другой стороны остов имеет приливы (лапы) для сочленения с корпусом 25 мо-торно-осевого подшипника.

С торцов в остов запрессованы подшипниковые щиты 5 и 15, а с боков имеются три смотровых и один вентиляционный люки. Смотровые люки закрыты съемными крышками с паронитовым уплотнением. Вентиляционный люк соединен брезентовым рукавом с вентиляционным каналом в раме тепловоза. Воздух из канала 16 проходит в пространстве между станиной и якорем, а также через вентиляционные каналы в сердечнике якоря и выбрасывается через выпускные отверстия 13, защищенные сетками и щитками. Гибкие кабели выведены из остова в верхней части через отверстия, в которые вставлены резиновые втулки, препятствующие попаданию влаги внутрь электродвигателя и предохраняющие кабели от перетирания. Кабели крепят к остову зажимами 31 из древеснослоистого пластика. В подшипниковых щитах 5 и 15 установлены роликовые подшипники, в которых вращается якорь 12.

Сердечники 10 главных полюсов набраны из листов электротехнической стали толщиной 2 мм и стянуты четырьмя заклепками. В листах выштампованы отверстия, в которые после сборки сердечника вставляют стальную планку, а в эту планку ввертывают болты 27, крепящие сердечники к остову. В результате давление от планки передается равномерно на листы сердечника. Головки болтов заливают кварц-компаундом, препятствующим просачиванию влаги внутрь остова. Катушки 26 главных полюсов имеют 19 витков из медной шины размером 8X25 мм, намотанной плашмя в два слоя (11 и 8 витков). Катушки соединены в две параллельные группы при помощи гибких кабелей.

Добавочные полюсы компенсируют реакцию якоря и улучшают коммутацию. Сердечники 9 добавочных полюсов изготовлены из литой стали, так как размеры и магнитный поток их невелики и потери на вихревые токи незначительны. Катушки 8 выполнены из полосовой меди размером 6,5X28 мм, намотанной на ребро, имеют по 17 витков и соединены по две последовательно в две параллельные группы. Испыты-вается новая конструкция добавочных полюсов с литой изоляцией из эпоксидного компаунда.

Вал 21 якоря изготовлен из высококачественной легированной стали, так как он работает в тяжелых условиях. Один конец вала обработан на конус 1 : 10 для насадки ведущей шестерни. Сердечник 12 якоря набран из листов электротехнической стали Э13Л толщиной 0,5 мм, покрытых с обеих сторон изолирующим лаком. Крайние листы имеют толщину 1 мм. В листах выштампованы 54 паза и два ряда вентиляцион-

Рис 156 Тяговый электродвигатель ЭД 107

1 18 20 — кольца лабиринтные 2 19 — крышки подшипников 3 — кольцо упорное 4 17 — подшипники роликовые 5 15 — щиты подшипниковые 6 — коллектор 7 — щеткодержатель 8 26 — ка тушки добавочного и главного полюсов 9 10 — сердечники добавочі ого и главного полюсов, 1 , секция обмотки якоря 12- сердечник якоря 13 — отверстия выпускные 14 — бандаж сталь’ нон 16 — каьач воздушный 21- вап 22 — остов 23 24 — вкладыш моторно осевых подшипников, 25 — корпус (шапка) подшипника 27 — болты сердечников полюсов 28 — притив для крепления кожуха 29 30 — приливы опорные предохранительные 31 — клица 32 — труба для смазки подшипни ка, 33 — наконечник дооавочного полюса ных отверстий диаметром 27 мм. Сердечник напрессован непосредственно на вал. Обмотка якоря — петлевая с уравнительными соединениями, состоит из 54 катушек. Каждая катушка в свою очередь состоит из четырех одновитковых секций, которые имеют по три параллельных проводника марки ПДА, расположенных по высоте паза.

Коллектор 6 состоит из втулки (корпуса), нажимного конуса, 216 коллекторных пластин, изоляционного цилиндра, двух изоляционных манжет и стяжных болтов. Пластины штампуют из твердотянутой профильной меди с присадками кадмия или серебра. Пластины изолированы друг от друга коллекторным миканитом толщиной 1,2 мм, а от корпуса — миканитовым цилиндром и манжетами. Коллекторные пластины в нижней части имеют форму ласточкина хвоста, в который входят конусные выступы втулки и нажимного конуса. После сборки коллектор сжимают Под прессом, стягивают двенадцатью болтами и запекают в печи. В эксплуатации необходимо следить за состоянием поверхности коллектора, его чистотой, периодически протачивать и продороживать его и следить за состоянием щеточного аппарата. Диаметр нового коллектора 400 мм, а его биение не должно превышать 0,05 мм.

Четыре щеткодержателя установлены против главных полюсов. В каждом щеткодержателе расположены три пары разрезных щеток марки ЭГ-2А размером 2(12,5X40X60) мм. На каждом отдельном электродвигателе можно устанавливать щетки только одной марки. Щетки прижимаются к коллектору спиральными пружинами с усилием 4,2- 4,8 кгс.

Тяговый электродвигатель ЭДТ-200Б установлен на маневровых тепловозах ТЭМ1 и магистральных тепловозах ТЭЗ По конструкции тяговый двигатель ЭДТ-200Б аналогичен двигателю ЭД-107 и отличается от него мощностью, размерами и обмоточными данными. Ниже рассмотрены лишь узлы, отличающиеся от подобных узлов двигателя ЭД-107.

Катушки главных полюсов имеют по 27 витков из медной шины размером 6,5×25 мм, намотанной плашмя в два слоя. Катушки добавочных полюсов выполнены из полосовой меди размером 5,1X28 мм, намотанной на ребро, и имеют по 21 витку. Сердечник якоря набран из листов толщиной 0,5 мм, в которых выштамповано 50 пазов для укладки обмотки якоря и 28 вентиляционных отверстий, расположенных в два ряда.

Обмотка якоря состоит из 50 трехвитковых катушек, а каждый виток — из трех параллельно соединенных стержней из провода ПДА сечением 2,63×6,9 мм. Витки изолированы друг от друга вертикальными прокладками из микаленты толщиной 0,13 мм. В пазовой части катушки изолированы тремя слоями микаленты и одним слоем стеклянной ленты. В лобовых частях дополнительно установлены прокладки из электрокартона. В пазах между катушками проложен миканит толщиной 0,3 мм, а под клином и на дне паза — миканит и электрокартон. До наложения корпусной изоляции катушки пропитывают в лаке. Конструкция коллектора такая же, как и у двигателя ЭД-107. Число коллекторных пластин-150, диаметр коллектора — 400 мм. В каждом из четырех щеткодержателей расположены три пары разрезных щеток размером 2(12,5X50X60) мм марки ЭГ-2А.

Тяговые электродвигатели типа ТМв43/37Х4 установлены на маневровых тепловозах ЧМЭ2. Конструктивно двигатель мало отличается от двигателей ЭД-107, ЭДТ-200Б и ТЕ006. Сварная станина имеет форму восьмигранника. Сердечники главных полюсов набраны из лакированных стальных листов, а добавочных — выстроганы из толстого стального листа. Катушки главных и добавочных полюсов намотаны из голой полосовой меди прямоугольного сечения с междувитковой изоляцией из асбеста, пропитанного битумным лаком.

Сердечник якоря набран из листов лакированной электротехнической стали, в которых выштампованы вентиляционные отверстия и 46 пазов. Пакет сердечника якоря насажен на сварную втулку, напрессованную на вал, что облегчает замену вала. Обмотка якоря выполнена из меди прямоугольного сечения, изолированной стеклослюдяной лентой, пропитанной термостойким лаком. В пазовой части изоляция катушек микафолиевая. В пазах обмотку удерживают текстолитовые клинья, а лобовые части — проволочные бандажи. После укладки обмотки якорь пропитывают, а после сушки покрывают двумя слоями гли-фталевого лака.

Коллектор состоит из 230 пластин, изолированных между собой миканитовыми прокладками, а от корпуса — миканитовым цилиндром. Биение рабочей поверхности коллектора должно быть не более 0,07 мм. Токосъемное устройство имеет несущее кольцо (поворотную траверсу) и четыре щеткодержателя со щетками. Щеткодержатели прикреплены при помощи кронштейнов и накладок к стальным пальцам, завинченным в несущее кольцо. На пальцы надеты текстолитовые трубки. Каждый щеткодержатель имеет четыре щетки размером 16x32x50 мм, нажатие на которые должно быть в пределах 1,2-1,6 кгс. Вал якоря установлен на роликовых подшипниках, один из которых (со стороны коллектора) упорный. Подшипниковые щиты отлиты из стали. Тяговый редуктор закрыт кожухом, состоящим из двух половинок, уплотненных губчатой резиной.

Тяговый электродвигатель типа ТЕ006 тепловоза ЧМЭЗ по конструкции подобен электродвигателям ЭДТ-200Б и ЭД-107А. Его станина 15 (рис. 157) отлита из стали и имеет восьмигранную форму. С торцов в станину запрессованы подшипниковые щиты 5 и 9, а с боков со стороны коллектора имеются три смотровых и один вентиляционный люки. Смотровые люки закрыты съемными крышками 14 и 18. Сердечники главных полюсов 16 набраны из лакированных листов электротехнической стали толщиной 1 мм. Листы стянуты четырьмя заклепками, а к станине сердечник прикреплен тремя болтами при помощи траверсы круглого сечения (диаметром 42 мм), закладываемой в тело полюса. Для этого в каждом из листов выштамповано отверстие.

Катушки главных полюсов намотаны плащмя медной шиной сечением 4×25 мм. Катушка разделена на два слоя по девять витков в каждом. Витки изолированы друг от друга асбестовой бумагой, пропитанной термореактивным лаком, который склеивает витки после запечки катушки. Между слоями уложена прокладка из асбестовой бумаги толщиной 1,2 мм. От сердечника катушка изолирована двумя слоями стекломика-ленты. В прямой части катушки, кроме того, уложены прокладки из формовочного миканита толщиной 0,2 мм, а в углах наложен дополнительный слой стекломикаленты. Покровная изоляция выполнена из стекло-ленты (один слой в полнахлеста).

Сердечники добавочных полюсов 17 выстроганы из толстой листовой стали и прикреплены к станине тремя болтами. Катушки добавочных полюсов намотаны из медной шины размером 2×40 мм плашмя в два слоя по шесть витков в каждом. Изоляция катушек добавочных полюсов точно такая же, как и катушек главных полюсов. Между катушкой и остовом установлена пружинная рамка, которая фиксирует катушку на сердечнике.

Сердечник 7 якоря набран из лакированных листов электротехнической стали, в каждом из которых выштамповано по 58 пазов для укладки обмотки якоря и 24 вентиляционных отверстия, расположенных по окружности в два ряда. Толщина внутренних листов 0,5 мм, а крайних 1 мм. Пакет стянут двумя литыми нажимными шайбами 6 и 8.

Обмотка якоря петлевая с уравнительными соединениями. Каждая катушка состоит из трех витков, которые выполнены в виде двух па-

Рис. 157. Тяговый электродвигатель ТЕ006:

1 — корпус (втулка) коллектора, 2 — шайба (конус) нажимная коллектора; 3 — пластина коллектора; 4 — устройство токосъемное, 5,9 — щиты подшипниковые, 6,8 — шайбы нажимные передняя и задняя; 7- сердечник (железо) якоря; 10 — кожух редуктора; ‘1 — вал, 12 — горловина смазочная моторно-осевого подшипника, 13 — корпус (шапка) моторно-осевого подшипника; 14, 18 — крышки люков; 15 — станина; 16 — полюс главный; 17 — полюс добавочный раллельно соединенных стержней размером 2,8X8,0 мм, изолированных шеллачным микафолием. В пазовых частях катушки изолированы стек-лолентой и опрессованы микафольгой, пропитанной шеллачным лаком. В лобовых частях между секциями установлены прокладки из стекло-миканита, вместо микафольги катушки изолированы стеклолентой.

Рис 158 Тяговый электродвигатель ТС32 44/14

/-якорь ? — гаЯка крепления конусной вт>лки подшипника 3 — крышка подшипника 4, S — питы подшит иковые 5 -станина, 7 — полюс добавочный, 8-полюс главный

Между катушками в пазовой части уложены прокладки из стеклоткани толщиной 0,2 мм. Такие же прокладки уложены на дно паза и под клин. В пазах обмотку удерживают текстолитовые клинья, atB лобовых частях — проволочные бандажи.

В упор к передней нажимной шайбе якоря насажен коллектор из 174 медных пластин 3, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками, а от корпуса — манжетами из формовочного миканита и изолирующим цилиндром из стеклоткани. Втулка 1 и нажимной конус 2 коллектора, конусные выступы которых входят в углубления ласточкиного хвоста пластин, сжаты под прессом и стянуты 16 болтами. Биение нового коллектора диаметром 395 мм не должно быть более 0,06 мм.

Токосъемное устройство состоит из кольца и четырех щеткодержателей со щетками. Каждый щеткодержатель прикреплен к кольцу при помощи двух пальцев, на которые надеты изолирующие трубки и фарфоровые изоляторы. В щеткодержателях установлено по три разрезных щетки размером 2(12,5x32x50) мм. Нажатие на щетки в пределах 1,5-1,8 кгс осуществляет спиральная пружина, а величину его регулируют храповиком с защелкой.

Тяговый электродвигатель типа ТС32.44/14 тепловоза ВМЭ1 в отличие от рассмотренных выше двигателей имеет круглую станину 5 (рис. 158), отлитую из стали. К станине 5 прикреплены болтами главные 8 и добавочные полюсы 7, в нее также запрессованы подшипниковые щиты, на которые через роликовые подшипники опирается якорь. В станине имеются окна для осмотра коллектора и щеток, а также для подвода охлаждающего воздуха.

Сердечники главных полюсов 8 набраны из штампованных листов электротехнической стали толщиной 1,5 мм, лакированных с обеих сторон. Обмотка главных полюсов выполнена из прямоугольной медной шины размером 7,2X35 мм, намотанной на ребро, и имеет девять витков на полюс. Сердечники добавочных полюсов 7 выстроганы из стали. Обмотка этих полюсов имеет по девять витков на полюс из прямоугольной меди сечением 7,2X35 мм, намотанной на ребро.

Сердечник якоря 1 набран из лакированных листов электротехнической стали, стянут двумя нажимными шайбами и насажен на сварной барабан, что облегчает замену вала в случае его поломки. В листах выштамповано 69 пазов, в которые уложена петлевая обмотка якоря. Обмотка якоря выполнена из прямоугольной изолированной меди сечением 2(1,9X7) мм. Изоляция обмоток двигателя кремнийорганическая. Коллектор арочного типа, по конструкции подобен рассмотренным выше.

Устройство тяговых электродвигателей тепловозов

Тяговые электродвигатели предназначены для приведения тепловоза в движение и устанавливаются непосредственно на тележках около колесных пар. Работают тяговые электродвигатели в очень неблагоприятных условиях. При движении локомотива на них попадает вода, снег, пыль и т. п. Место для установки тяговых двигателей крайне ограничено, их приходится выполнять весьма компактными. Мощность же, необходимая для движения поезда, вращающий момент, нужный для трогания с места и следования на подъемах, весьма велики. Кроме того, электродвигатель при работе нельзя осмотреть. Для проверки состояния тяговых электродвигателей тепловоз должен заходить на смотровые канавы. Поэтому тяговые электродвигатели имеют значительные конструктивные отличия от общепромышленных электродвигателей. Их особенностями являются: высокая удельная мощность, (на единицу массы), прочность и надежность, интенсивное воздушное охлаждение, способность к большим перегрузкам. Рассмотрим конструкцию тягового электродвигателя тепловоза 2ТЭ10Л (рис. 169). Его номинальная мощность равна 305.кВт. На тележках каждой секции тепловоза по числу колесных пар установлено шесть тяговых электродвигателей.

Рис. 169. Тяговый двигатель тепловоза 2ТЭ10Л

Магнитная система двигателя состоит из станины (остова), четырех главных полюсов и четырех добавочных. В остове двигателя монтируются все остальные его части. Сердечники главных полюсов набраны из стальных листов толщиной 2 мм и стянуты между полюсными щеками с помощью заклепок (рис. 170, а).

Рис. 170 а — Главный полюс тягового электродвигателя

В отверстия листов запрессован стальной стержень, в который ввертывают болты, крепящие полюсы к остову. Такая конструкция обеспечивает большую прочность крепления. На главных полюсах расположены катушки обмотки последовательного возбуждения. Обмотка рассчитана на прохождение всего тока тягового электродвигателя и поэтому выполнена из шинной меди сечением 8X25 мм. Сердечники добавочных полюсов (рис. 170, б) отлиты из стали. Катушки этих полюсов изготовлены также из шинной меди сечением 6,5X28 мм. Главные и добавочные полюсы снабжены пружинными рамками для предупреждения перемещений катушек на сердечниках, приводящих к перетиранию изоляции.

Рис. 170 б — Добавочный полюс тягового электродвигателя

На тепловозе 2ТЭ10Л, как и на других грузовых тепловозах, применена опорно-осевая подвеска тяговых электродвигателей. При таком типе подвешивания тяговый электродвигатель одной стороной опирается с помощью опорно-осевых подшипников непосредственно на ось колесной пары. Подшипники бронзовые разъемные, состоят из двух половинок-вкладышей. Вкладыши установлены в расточках приливов остова электродвигателя и крышек моторно-осевых подшипников (см. рис. 169). Крышки крепят к остову болтами. Масло для подшипников заливается в полости крышек и подается к шейкам оси с помощью фитилей. Пружинный механизм польстеров надежно прижимает верхние концы фитилей через окна во вкладышах подшипников к шейкам оси. Со стороны, противоположной моторно-осевым подшипникам, остов двигателя имеет приливы, с помощью которых опирается на пружинный аппарат рамы тележки. Для осмотра внутренних деталей двигателя в его остове сделаны люки, закрываемые крышками. С торцов к остову болтами прикреплены подшипниковые щиты. Якорь тягового электродвигателя имеет вал из высококачественной стали, которым он опирается на два роликовых подшипника, запрессованных в ступицы подшипниковых щитов. Подшипники закрыты крышками. В полости подшипников по трубкам запрессовывается смазка. Сердечник якоря набран из тонких (толщиной 0,5 мм) покрытых лаком листов электротехнической стали и зажат между нажимными шайбами. Шайбы установлены на валу с большим натягом. На вал двигателя напрессовывается уже собранный коллектор, состоящий из 216 медных пластин (см. рис. 169 и 171).

Рис. 171. Детали коллектора тягового двигателя

В пазы сердечника якоря уложена обмотка. Обмотка — петлевая состоит из изолированных витков медного провода прямоугольного сечения 1,68 X 6,4 мм. Уравнительные соединения выполнены из медного провода сечением 1,68X5,1 мм. Выводы обмотки впаяны в петушки коллектора. В пазах обмотка удерживается текстолитовыми клиньями, а лобовые части укреплены бандажами из стальной проволоки или стеклоленты. Тяговый электродвигатель оборудован четырьмя щеткодержателями. Для крепления к кронштейну остова двигателя с помощью нажимной планки и болта щеткодержатель снабжен пальцами с изоляторами (рис. 172).

Рис. 172 Щеткодержатель тягового электродвигателя

В каждом щеткодержателе размещены три разрезных щетки. Разрезная щетка состоит из двух отдельных щеток, объединенных резиновым амортизатором, который смягчает толчки, воспринимаемые щеткой при работе двигателя. Такие щетки надежны в эксплуатации, обеспечивают хороший постоянный контакт с рабочей поверхностью коллектора. Щетки свободно входят в обоймы корпуса щеткодержателя и прижимаются к коллектору двигателя спиральными пружинами через амортизаторы. Для обеспечения хорошего контакта щетки тщательно притирают к коллектору, а подвод тока к ним производится по гибким медным тросикам-шунтам. Включение тягового электродвигателя в электрическую цепь генератора тепловоза осуществляется четырьмя гибкими проводами большого поперечного сечения. По первому проводу ток подводится к двум плюсовым щеткодержателям, проходит через щетки, контактирующие с ними коллекторные пластины, обмотку якоря на минусовые щеткодержатели. От этих щеткодержателей тот же ток пропускается последовательно через четыре катушки обмотки добавочных полюсов и по второму проводу возвращается во внешнюю цепь. С помощью второй пары проводов и внутренних перемычек ток проходит через соединенные последовательно катушки главных полюсов двигателя. Такая схема соединения обмоток позволяет менять направление тока только в катушках главных полюсов для реверсирования тяговых электродвигателей и изменения направления движения тепловоза. Тяговый электродвигатель непосредственно приводит во вращение колесную пару через зубчатую передачу. Для этого один конец вала якоря выведен из остова (см. рис. 169) и на него в горячем состоянии напрессована шестерня. После остывания она с большой силой охватывает вал и прочно удерживается на нем. От сползания шестерня предохраняется гайкой. Эта шестерня находится в зацеплении с зубчатым колесом колесной пары, образуя тяговую передачу. Тяговая передача надежно закрыта кожухом для того, чтобы в нее не попадали пыль, вода и посторонние предметы. Внутрь кожуха заливают смазку для шестерен. В процессе движения тепловоза колесная пара за счет гибкости рессорного подвешивания периодически перемещается относительно рамы тележки и тягового электродвигателя. Однако благодаря моторно-осевым подшипникам расстояние между центрами шестерни тягового двигателя и зубчатого колеса колесной пары сохраняется постоянным, и их зубья не выходят из зацепления. Таким образом, объединение колесной пары и тягового электродвигателя с помощью моторно-осевых подшипников создает условия для устойчивой работы тяговой зубчатой передачи. На пассажирских скоростных тепловозах для снижения динамических нагрузок на путь применено моторно-рамное подвешивание тяговых электродвигателей. В этом случае двигатели устанавливают на раме тележки и не увеличивают необрессоренных масс локомотива. Однако конструкция тяговой передачи от вала электродвигателя к колесной паре значительно усложняется. Для охлаждения тяговых электродвигателей к ним подается атмосферный воздух специальными вентиляторами. Вентиляторы установлены на раме тепловоза и засасывают воздух снаружи через фильтры. Этот воздух от вентиляторов по нагнетательным каналам, а затем через широкие гибкие рукава, называемые гармошками, подводится к тяговым электродвигателям (рис. 173).

Рис. 173. Схема установки и охлаждения тяговых электродвигателей

Далее воздух проходит через специальное окно в станине двигателя, охлаждает коллекторы, щеткодержатели, проходит через двигатель параллельно его валу, отводит тепло от якоря, полюсов и выбрасывается наружу через окна с противоположной от коллектора стороны. Внутри двигателя поддерживается небольшое избыточное давление воздуха, препятствующее попаданию пыли, влаги, снега. Устройство центробежного вентилятора показано на рис. 174.

Рис. 174. Вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей

Внутри улиткообразного корпуса на валу установлено вентиляторное колесо. При вращении лопатки вентиляторного колеса придают воздуху вращательное движение. За счет центробежных сил воздух выбрасывается внутрь корпуса вентилятора. Здесь создается избыточное давление воздуха, и он проходит в нагнетательные каналы, соединенные с корпусом вентилятора. Засасывается воздух с торца вентиляторного колеса. Путь воздуха на рис. 174 показан стрелками. На новых отечественных тепловозах ТЭП70, ТЭП75, ТЭМ7 и 2ТЭ121 получила применение система централизованного воздухоснабжения. Воздух для охлаждения электрических машин н аппаратов подается одним мощным вентилятором после предварительной очистки. Такая система снабжения воздухом позволяет отказаться от многочисленных вентиляторов, создать мощную вентиляторную установку с высоким к. п. д., обеспечить достаточную степень очистки подаваемого воздуха.

В начало статьи << Назад ——————————— Дальше >>

Тяговые двигатели

Medha и Traktionssysteme, Австрия заключили соглашение о совместном предприятии (Medha Traction Equipment Pvt.Ltd.) для производства трехфазных тяговых двигателей переменного тока и тяговых генераторов в Индии.

Medha Traction Equipment Pvt. Ltd. производит тяговые двигатели переменного тока, которые дополняют существующий и постоянно растущий портфель тяговых и силовых установок Medha.

Реализованный ассортимент продукции для приложений, включая дизельные и электрические локомотивы, DMU, EMU, метро, высокоскоростной, трамвай и троллейбус

Двигатели, произведенные недавно для DMU мощностью 1600 л.с., EMU 1,3 МВт и тепловоза на 4500 л.с.

Преимущества для клиентов

Ценовая конкурентоспособность с производственными мощностями в Индии
Большая база данных проектов со всего мира; легко адаптируется под любые новые требования
Изоляция класса 220 позволяет использовать компактные двигатели
Длительный срок службы и низкая стоимость жизненного цикла
Любая мощность двигателя от 40 кВт до 1600 кВт
Возможность иметь единого производителя, несущего ответственность за все силовое оборудование, включая преобразователь, генератор, двигатель и органы управления.

Применимый международный стандарт:

Тестирование: IEC 60349-2
Рейтинг и характеристики: IEC 60034-1
Потери и эффективность по результатам испытаний: IEC 60034-2-3
Степени защиты: IEC 60034-5
Метод охлаждения: IEC 60034-6
Маркировка клемм: IEC60034-8
Уровень шума L IEC60034-9
Уровень механической вибрации: IEC 60034-14
Различные термические классы систем изоляции: IEC 60085
Обозначение клеммы и направление вращения: IEC 60034-8

Трехфазный асинхронный тяговый двигатель переменного тока для тепловоза мощностью 4500 л.с. (соответствует стандарту IEC 60349)

Тяговый двигатель переменного тока для 1.3 МВт ЭВС

Тяговые двигатели — обзор

6.2.1.2 Повышение коэрцитивной силы с помощью процесса диффузии границы зерна

Рабочая температура тяговых двигателей для гибридных / электрических транспортных средств обычно составляет 150–200 ° C, и они требуют не менее 6 кЭ (0,6 Тл) Н _с. Однако из-за низкого значения T _C Nd ₂ Fe ₁₄ B (315 ° C) спеченные магниты на основе Nd-Fe-B не могут использоваться, поскольку их H _c быстро падают. с температурой.PM, пригодный для высокотемпературных применений, должен иметь высокий H _c около 30 кЭ (3 Тл) при комнатной температуре. Чтобы компенсировать потерю H _c, примерно одна треть атомов Nd замещена тяжелыми RE-элементами Dy или Tb в спеченных магнитах Nd-Fe-B с высокой коэрцитивной силой, чтобы использовать более высокие H _a фазы (Nd, Dy / Tb) ₂ Fe ₁₄ фазы B. Однако замещение Dy / Tb значительно снижает намагниченность из-за антиферромагнитной связи между Dy / Tb и Fe, что приводит к уменьшению ( BH ) _max.Кроме того, Dy — ограниченный природный ресурс и очень дорогой. Эти факторы создали потребность в магнитах H, _c без тяжелых РЗМ. Модификация микроструктуры магнитов Nd-Fe-B играет решающую роль в улучшении этих магнитов H _c и M _r [49]. В зависимости от размера зерна и содержания РЗЭ промышленные спеченные магниты без Dy демонстрируют H _c ≈ 12–19 кЭ (960–1520 кА / м) при комнатной температуре.Park et al. [50] предложили процесс диффузии по границам зерен тяжелых RE-металлов (GBDP) для улучшения H _c спеченных магнитов путем пропитки соединений тяжелых RE-металлов, таких как Dy ₂ O ₃, DyF ₃, Tb ₃ O ₄ и TbF ₄. Процесс GBDP включает покрытие поверхности магнитов слоем тяжелых соединений RE, например, путем влажного покрытия или испарения металла или смешивания с порошками перед уплотнением.Затем магниты нагреваются до температуры (~ 1000 ° C), при которой границы зерен, богатых неодимом, плавятся, облегчая тем самым диффузию тяжелых РЗЭ элементов в границы зерен. Во время этого процесса некоторые из тяжелых РЗЭ далее диффундируют во внешнюю оболочку зерен Nd ₂ Fe ₁₄ B, образуя эпитаксиальную оболочку, богатую Dy / Tb, где инициируются зарождение и распространение перемагничивания. Тяжелые элементы RE во внешней оболочке увеличивают H, _и, что приводит к увеличению H _c в магнитах.В результате требуется значительно меньшее количество Dy, что, в свою очередь, позволяет изготавливать магниты с высокой H _c с минимальными потерями M _s.

Эффекты GBDP зависят от нескольких факторов, включая распределение фазы, богатой RE в исходном магните, источник диффузии, массовое соотношение между диффундирующим соединением и магнитом, текстуру, термообработку, температуру и время и т. Д. GBDP увеличивает H _c и уменьшает количество требуемых RE элементов по сравнению со смешиванием RE элементов с исходным магнитным сплавом.Накамура и др. [51] пропитали Dy и Tb в спеченных магнитах Nd-Fe-B путем покрытия мелкозернистыми порошками Dy ₂ O ₃, DyF ₃ или TbF ₃ (1–5 мкм) с помощью погружение в смеси порошка и этанола и термообработка при температуре до 900 ° C с последующим старением при температуре около 500 ° C. Они наблюдали значительное улучшение H _c для Dy ₂ O ₃, DyF ₃ и TbF ₃ с 11,3 кЭ (900 кА / м) до 16.3 кЭ (1300 кА / м), 18,8 кЭ (1500 кА / м) и 22,6 кЭ (1800 кА / м), соответственно, без какого-либо заметного уменьшения M _r. Более высокое усиление H _c в магнитах с Tb, чем Dy, приписывается более высокому H _a (Nd, Tb) ₂ Fe ₁₄ B, чем у (Nd, Dy) ₂ Fe ₁₄ B. Ishimaru et al. [52] диффузия обработала импульсную лазерную осажденную толстую пленку Nd-Fe-B с Tb-металлом и сообщила о заметном увеличении H _c с 13.От 3 кЭ (1050 кА / м) до более 27,5 кЭ (2200 кА / м) без каких-либо значительных потерь в M _r. Samardžija et al. [53] исследовали анизотропные спеченные магниты Nd ₂ Fe ₁₄ B, модифицированные Tb с использованием GBDP, путем покрытия магнита суспензией этанола Tb ₄ O ₇ и последующей термообработки при 850 ° C в течение 10 часов и позже при 500 ° C в течение 1 ч. Они также показали с помощью микроскопических исследований, что сначала Tb диффундирует по границам зерен от поверхности к центру магнита, а затем вступает в реакцию с внешними частями зерен матрицы Nd ₂ Fe ₁₄ B, образуя богатую Tb и (Nd, Tb) ₂ Fe ₁₄ B структура ядро-оболочка.Магниты GBDP показали 30% -ное увеличение H _c с 13,1 кЭ (1150 кА / м) до 18,2 кЭ (1450 кА / м), при практически неизменном M _r. Ли и др. [54] также сообщили об аналогичных наблюдениях GBDP с Tb с использованием Tb ₂ S ₃ в спеченных магнитах Nd-Fe-B. Sepehri-Amin et al. [55] проникал Dy в Nd _10,9 Pr _3,1 Fe _77,4 Co _2,4 B _6,0 Ga _0,1 Cu _0.1 (ат.%) Промышленный спеченный магнит от GBDP путем выдержки в парах Dy при 800–1000 ° C с последующей термообработкой при 500–600 ° C в течение 1–3 ч. Они пришли к выводу, что наличие оболочки (Nd, Dy) ₂ Fe ₁₄ B с улучшенным H _a в сочетании со слоем GB-фазы, обогащенным RE, является существенными микроструктурными особенностями спеченных магнитов GBDP. ; первый увеличивает поле зародышеобразования от границ зерен, а второй улучшает развязку.Ma et al. [56] пропитали анизотропные спеченные магниты Dy-H и показали, что на GBDP влияет анизотропия — она более эффективна в направлении оси c, чем в перпендикулярном направлении.

Однако вышеупомянутый высокотемпературный метод GBDP не может быть использован для горячедеформированных магнитов с ультрамелкозернистыми размерами (~ 250 нм в длину и ~ 100 нм в ширину), поскольку высокотемпературный отжиг приводит к чрезмерному росту зерна. Sepehri-Amin et al. [57] представили модифицированный GBDP с использованием легкоплавких эвтектических сплавов RE-M с низкой температурой плавления (RE: Nd, Pr, Nd-Dy; M: Cu, Al и т. Д.).) в качестве источников диффузии, проникающих в границы зерен при низкой температуре 600–650 ° C для улучшения магнитной развязки между зернами Nd ₂ Fe ₁₄ B. Образование неферромагнитных богатых РЗЭ межзеренных фаз в пропитанных магнитах приводит к значительному увеличению H _c, а также вызывает большое снижение M _r. Akiya et al. [58] приписали уменьшение M _r ухудшению [001] текстуры зерен Nd ₂ Fe ₁₄ B и предложили способ решения проблемы путем выполнения инфильтрации при ограничении расширения.Sepehri-Amin et al. [57] выполнили низкотемпературную обработку ГБДП в порошках гидрирования, диспропорционирования, десорбции и рекомбинации (HDDR) Nd _12,5 Fe _72,8 Co _8,0 B _6,5 Ga _{0,2 Сплав} с Nd ₈₀ Cu ₂₀ и сообщил об увеличении H _c с 16,5 кЭ (1321 кА / м) до 19,4 кЭ (1552 кА / м). Эта же группа выполнила ГБДП на горячедеформированном магните Nd-Fe-B с Nd ₆₀ Dy ₂₀ Cu ₂₀ [59] _. Увеличение с 16 кЭ (1280 кА / м) до 26 кЭ (2080 кА / м) наблюдалось в магните, пропитанном Nd ₆₀ Dy ₂₀ Cu ₂₀. Увеличение H _c было объяснено совместным эффектом уменьшения количества ферромагнитных элементов в межзеренной фазе и образования оболочки (Nd, Dy) ₂ Fe ₁₄ B. Seelam et al. [60] использовали сплавы Nd ₆₀ Al ₁₀ Ni ₁₀ Cu ₂₀ и Pr ₆₀ Al ₁₀ Ni ₁₀ Cu ₂₀ со способностью к стеклованию и низкими температурами плавления. GBDP для увеличения коэрцитивной силы горячедеформированных магнитов и сообщил о 28 кЭ (2240 кА / м) H _c.Несколько комбинаций сплавов использовались в качестве источника диффузии для GBDP для усиления H _c в магнитах, полученных спеканием, SPS, горячей деформацией, включая Nd-Cu [58,61–64], Pr-Cu [63 , 65], Pr- (Cu, Al) [66], Dy-Cu [61,67,68], Pr- (Cu, Co) [12], (Nd, Pr) -Cu [69], Nd- (Ga, Cu) [70], La-Cu [63], (Nd, Dy) -Cu [67], (Nd, Tb) -Cu [67], Nd-Al [61], (Nd, Dy) -Al [61,71], Dy- (Ni, Al) [61] и (Pr, Nd, Ce) -Cu [72].

Локомотив | автомобиль | Британника

Полная статья

Локомотив , любая из различных самоходных машин, используемых для буксировки железнодорожных вагонов по путям.

Хотя движущая сила для состава поезда может быть встроена в вагон, в котором также есть пассажирские, багажные или грузовые помещения, она чаще всего обеспечивается отдельным блоком, локомотивом, который включает в себя механизмы для выработки (или, в корпус электровоза, чтобы преобразовать) мощность и передать ее на ведущие колеса. Сегодня у локомотива два основных источника энергии: нефть (в виде дизельного топлива) и электричество. Пар, самая ранняя форма двигателя, использовался почти повсеместно примерно до Второй мировой войны; с тех пор на смену ей пришла более эффективная дизельная и электрическая тяга.

Паровоз был самодостаточной единицей, имеющей собственное водоснабжение для производства пара и угля, масла или дров для обогрева котла. Тепловоз также имеет собственный источник топлива, но мощность дизельного двигателя не может быть напрямую связана с колесами; вместо этого должна использоваться механическая, электрическая или гидравлическая трансмиссия. Электровоз не самодостаточен; он принимает ток от контактного провода или третьего рельса рядом с ходовыми рельсами. Подача третьего рельса используется только на городских скоростных железных дорогах, работающих на низковольтном постоянном токе.

В 1950-х и 60-х годах газовая турбина была принята на вооружение одной американской и некоторыми европейскими железными дорогами в качестве альтернативы дизельному двигателю. Несмотря на то, что его преимущества были сведены на нет достижениями в технологии дизельной тяги и повышением цен на нефть, он по-прежнему предлагается в качестве альтернативного средства для организации высокоскоростного железнодорожного сообщения для регионов, где нет инфраструктуры для выработки электроэнергии.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Узнайте, как историки узнают о прошлом, например об изобретении первого современного паровоза.
Узнайте, как историки используют различные источники для обнаружения, проверки и построения повествования о событиях — таких как изобретение паровоза — это случилось в прошлом.
© Открытый университет (издательский партнер Britannica) См. Все видеоролики к этой статье
Основные характеристики, которые сделали ракету Rocket 1829 года Джорджа и Роберта Стивенсонов успешной — ее многотрубный котел и система отвода пара и создания сквозняков. его топка — продолжала использоваться в паровозе до конца его карьеры. Вскоре количество сцепленных ведущих колес увеличилось. У Rocket была только одна пара ведущих колес, но вскоре стали обычным явлением четыре сдвоенных колеса, и со временем некоторые локомотивы были построены с 14 сдвоенными машинами.
Ведущие колеса паровозов были разных размеров, обычно больше для более быстрых пассажирских двигателей. Средний диаметр составлял 1829–2032 мм (72–80 дюймов) для пассажирских двигателей и 1 372–1676 мм (54–66 дюймов) для грузовых или смешанных типов.
Запасы топлива (обычно угля, но иногда и нефти) и воды могли транспортироваться на самой раме локомотива (в этом случае он назывался цистерной) или в отдельном транспортном средстве, тендере, сцепленном с локомотивом.Тендер типичного европейского магистрального локомотива имел вместимость 9 000 кг (10 тонн) угля и 30 000 литров (8 000 галлонов) воды. В Северной Америке были распространены более высокие мощности.

Для удовлетворения особых потребностей тяжелых грузовых перевозок в некоторых странах, особенно в Соединенных Штатах, было получено большее тяговое усилие за счет использования двух отдельных агрегатов двигателей под общим котлом. Передний двигатель был шарнирно соединен или шарнирно соединен с рамой заднего двигателя, так что очень большой локомотив мог преодолевать повороты.Шарнирно-сочлененный локомотив был изобретен в Швейцарии, первый из которых был построен в 1888 году. Самым большим из когда-либо построенных был Big Boy от Union Pacific, который использовался в горных грузовых перевозках на западе США. Big Boy весил более 600 коротких тонн, включая тендер. Он мог развивать тяговое усилие 61 400 кг (135 400 фунтов) и развивать более 6000 лошадиных сил на скорости 112 км (70 миль) в час.

Одной из самых известных шарнирно-сочлененных конструкций была модель Beyer-Garratt, которая имела две рамы, каждая из которых имела собственные ведущие колеса и цилиндры, на которых были установлены резервуары для воды.Два шасси разделяла другая рама, на которой находился котел, кабина и подача топлива. Этот тип локомотива был ценен на слегка проложенных путях; он также может преодолевать крутые повороты. Широко использовался в Африке.

Постепенно совершенствовался поршневой паровоз с различными доработками. Некоторые из них включали более высокое давление в котле (до 2 000–2060 килопаскалей [290-300 фунтов на квадратный дюйм] для некоторых из последних локомотивов по сравнению с примерно 1300 килопаскалей [200 фунтов на квадратный дюйм] для более ранних конструкций), перегрев, питательная вода предварительный нагрев, роликовые подшипники и использование тарельчатых (перпендикулярных) клапанов, а не скользящих поршневых клапанов.

Тем не менее, тепловой КПД даже самых совершенных паровозов редко превышал около 6 процентов. Неполное сгорание и тепловые потери из топки, котла, цилиндров и других объектов рассеивали большую часть энергии сожженного топлива. По этой причине паровоз устарел, но медленно, поскольку имел компенсирующие преимущества, в частности, его простоту и способность противостоять злоупотреблениям.

Попытки приводить в движение железнодорожные вагоны с использованием батарей относятся к 1835 году, но первое успешное применение электрической тяги было в 1879 году, когда на выставке в Берлине появился электровоз.Первые коммерческие применения электрической тяги были на пригородных и городских железных дорогах. Один из первых появился в 1895 году, когда Балтимор и Огайо электрифицировали участок пути в Балтиморе, чтобы избежать проблем с дымом и шумом в туннеле. Одной из первых стран, использовавших электрическую тягу для работы на магистральных линиях, была Италия, где система была открыта еще в 1902 году.

К началу Первой мировой войны несколько электрифицированных линий работали как в Европе, так и в Соединенных Штатах.После той войны были предприняты крупные программы электрификации в таких странах, как Швеция, Швейцария, Норвегия, Германия и Австрия. К концу 20-х годов почти в каждой европейской стране имелся хотя бы небольшой процент электрифицированных путей. Электротяга также была внедрена в Австралии (1919 г.), Новой Зеландии (1923 г.), Индии (1925 г.), Индонезии (1925 г.) и Южной Африке (1926 г.). В период с 1900 по 1938 год в Соединенных Штатах был электрифицирован ряд столичных терминалов и пригородных линий, а также электрифицировано несколько магистральных линий.Появление тепловоза препятствовало дальнейшей электрификации магистральных маршрутов в Соединенных Штатах после 1938 года, но после Второй мировой войны такая электрификация была быстро распространена в других местах. Сегодня значительный процент путей стандартной колеи на национальных железных дорогах по всему миру электрифицирован, например, в Японии (100 процентов), Швейцарии (92 процента), Бельгии (91 процент), Нидерландах (76 процентов), Испании ( 76 процентов), Италия (68 процентов), Швеция (65 процентов), Австрия (65 процентов), Норвегия (62 процента), Южная Корея (55 процентов), Франция (52 процента), Германия (48 процентов), Китай (42 процента). процентов) и Соединенное Королевство (32 процента).Напротив, в Соединенных Штатах, где около 225000 км (140000 миль) путей стандартной колеи, электрифицированные маршруты практически не существуют за пределами Северо-восточного коридора, где компания Amtrak управляет 720-километровым (450-мильным) экспрессом Acela Express между Бостоном и Вашингтоном. , DC

Вторая половина века также ознаменовалась созданием в городах по всему миру многих новых электрифицированных городских скоростных железнодорожных систем, а также расширением существующих систем.

Преимущества и недостатки

Электрическая тяга обычно считается наиболее экономичным и эффективным средством эксплуатации железной дороги при условии наличия дешевой электроэнергии и плотности движения, оправдывающей высокие капитальные затраты.Электровозы, являясь просто энергопреобразующими, а не генерирующими устройствами, обладают рядом преимуществ. Они могут использовать ресурсы центральной электростанции для выработки мощности, значительно превышающей их номинальные параметры, для запуска тяжелого поезда или для преодоления крутого подъема на высокой скорости. Типичный современный электровоз мощностью 6000 лошадиных сил в этих условиях в течение короткого периода времени развивает до 10000 лошадиных сил. Кроме того, электровозы работают тише, чем другие типы, и не производят дыма и дыма.Электровозам требуется мало времени в цехе для обслуживания, затраты на их обслуживание низкие, а срок службы у них больше, чем у дизелей.

Самыми большими недостатками электрифицированной эксплуатации являются высокие капитальные вложения и затраты на техническое обслуживание стационарной установки — токоведущих проводов, конструкций и силовых подстанций — а также дорогостоящие изменения, которые обычно требуются в системах сигнализации для защиты их схем от помех от высокого напряжения. тягово-токовые напряжения и адаптировать их характеристики к превосходному ускорению и устойчивым скоростям, достигаемым с помощью электрической тяги.

Тяговые двигатели тепловозов

14 марта 2016 г., Опубликовано в статьях: EE Publishers, Статьи: Energize, Статьи: Vector, Рекомендуемые: Energize

Майка Райкрофта, редактора функций, EE Publishers

Железнодорожный транспорт снова становится популярным для перевозки грузов на большие расстояния.В этой статье рассматривается роль электродвигателей в этом секторе транспортной отрасли.

Используются два типа локомотивов: чисто электрический, который питается от контактного провода среднего напряжения и ограничен в использовании для поездок на большие расстояния, и локомотив с приводом от дизельного двигателя, который может использоваться для всех типов операций. в том числе маневровые. В этой статье рассказывается о тепловозе.

Название «тепловоз» вводит в заблуждение, поскольку тяговое усилие обеспечивается электродвигателями, приводящими в движение колеса напрямую, а электричество для питания двигателей вырабатывается генератором переменного тока, приводимым в действие дизельным двигателем.Использование дизельного двигателя освобождает локомотив от подключения к внешнему источнику электроэнергии, а использование электродвигателей и приводов позволяет контролировать тяговые возможности локомотива, что было бы невозможно при прямом приводе от дизельного двигателя.

Электродвигатели тяговые

Двигатели могут быть установлены в нескольких различных конфигурациях:

Управление грузовиком или тележкой : Один двигатель приводит в движение все колеса грузовика или тележки, обычно четыре колеса на двигатель.
Управление осью : Двигатель приводит в движение оба колеса на одной оси. Это наиболее распространенная конфигурация (см. Рис. 1).
Управление колесом : Каждое колесо приводится в движение собственным двигателем. Это позволяет максимально контролировать локомотив, но используется нечасто.

В локомотивах используются три типа двигателей:

Двигатели постоянного тока.
Двигатели переменного тока с частотно-регулируемыми приводами.
Двигатели переменного тока с постоянными магнитами.

Основные требования к двигателю локомотива заключаются в том, что он должен иметь возможность изменять и контролировать скорость, и он должен обеспечивать пусковой и ускоряющий момент. Ранние локомотивы использовали двигатели постоянного тока, поскольку они были единственным типом больших двигателей, которые могли обеспечивать контроль скорости и требуемый крутящий момент. Двигатели переменного тока работали с фиксированной скоростью и поэтому не могли использоваться в этом приложении. Двигатели постоянного тока имеют несколько недостатков, которые будут рассмотрены позже.

Разработка частотно-регулируемых приводов для больших синхронных двигателей переменного тока изменила ситуацию, и сегодня большинство локомотивов используют этот тип двигателя и комбинации привода.На рынке появились двигатели с большими постоянными магнитами (PM), которые имеют ряд преимуществ перед синхронными двигателями переменного тока с обмоткой статора для тяговых приложений. Ряд производителей используют двигатели с постоянными магнитами в своих локомотивах.

Двигатели тяговые постоянного тока

Двигатели постоянного тока

используются в конфигурации с последовательной обмоткой, а скорость регулируется путем переключения последовательного сопротивления в цепи и вне ее. В ранних приложениях сопротивление регулировалось драйвером вручную, но позже были установлены релейные системы, которые делали это автоматически.При запуске через двигатель протекает максимальный ток, обеспечивая максимальный крутящий момент. По мере увеличения скорости двигателя противо-ЭДС снижает ток и крутящий момент, а последовательное сопротивление постепенно отключается, чтобы поддерживать требуемый крутящий момент, пока не будет достигнута полная скорость. Переключение сопротивления дает ступенчатое изменение крутящего момента и, следовательно, ускорения. Релейные системы были заменены электронным управлением в более поздних системах, чтобы обеспечить более плавные характеристики ускорения и замедления. В используемых сегодня системах обычно используются двигатели постоянного тока с раздельным возбуждением и тиристорные регуляторы как для возбуждения поля, так и для основного напряжения питания.Двигатели постоянного тока по-прежнему используются в приложениях, требующих постоянного запуска-останова при большой нагрузке.

Рис. 1: Мотор на оси (Railelectrica [5]). Двигатели постоянного тока серии

имеют недостаток, заключающийся в том, что при проскальзывании колес в стандартном приводе постоянного тока тяговый двигатель имеет тенденцию ускоряться и убегать, даже до точки механического отказа, если мощность не снижается. быстро. По мере увеличения проскальзывания колес коэффициент трения ( µ ) также быстро падает до уровня 0,10 или менее, и, поскольку все двигатели соединены вместе, нагрузка на весь локомотив должна быть уменьшена.Таким образом, максимальная адгезия достигается при работе на уровне с комфортным запасом прочности ниже теоретического максимума. Более современные системы постоянного тока включают контроль проскальзывания колес, который определяет начало скольжения и автоматически модулирует мощность для сохранения контроля. Это позволяет локомотиву безопасно работать в точке, близкой к теоретическому максимуму [4].

Двигатели с частотно-регулируемым приводом переменного тока: асинхронные двигатели

Замена двигателей постоянного тока двигателями переменного тока стала возможной благодаря развитию мощных электронных устройств, используемых в частотно-регулируемых приводах (ЧРП).ЧРП позволяют управлять скоростью и крутящим моментом в большей степени, чем двигатели постоянного тока, и позволяют реализовать больше функций управления. Тяговые двигатели переменного тока заменили двигатели постоянного тока во многих тяговых приложениях. Используемые двигатели являются асинхронными или асинхронными двигателями, которые имеют характеристики, подходящие для тяги. Скорость и крутящий момент двигателя регулируются путем изменения частоты, напряжения и тока, подаваемых на катушки статора. Двигатели для типичного локомотива будут иметь мощность от 400 до 600 кВт.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)

PMSM — это трехфазный синхронный двигатель переменного тока с обычной короткозамкнутой клеткой или индукционной конструкцией, замененной магнитами, закрепленными в роторе. Ротор приводится в движение вращающимся магнитным полем, реализуемым посредством трехфазного переменного тока, подаваемого на обмотку статора. Ротор будет вращаться синхронно с вращающимся полем, создаваемым статором. Для двигателя требуется сложная система управления, но он может быть на 25% меньше, чем обычный трехфазный двигатель при той же номинальной мощности.Конструкция также обеспечивает более низкие рабочие температуры, поэтому охлаждение ротора не требуется, а статор представляет собой герметичный блок со встроенным жидкостным охлаждением. Ряд различных типов поездов был оборудован двигателями с постоянными магнитами. Уменьшенный размер особенно привлекателен для автомобилей с низким полом, где ступичные двигатели могут быть эффективным способом обеспечения тяги в компактной тележке. Разработка конструкции двигателя и связанных с ним систем управления продолжается, и несомненно, что двигатель с постоянными магнитами будет использоваться на большем количестве железных дорог в будущем [3].Системы управления способны управлять как крутящим моментом, так и скоростью двигателя, что обеспечивает широкий диапазон работы, подходящий для тяги.

Двигатель с постоянными магнитами обеспечивает более высокий пусковой момент, чем асинхронные или асинхронные двигатели переменного тока, используемые в локомотивах, что дает возможность управлять осью напрямую, в отличие от зубчатой передачи, используемой с другими двигателями. Это снижает вес и увеличивает эффективность. PMSM использует специально разработанный инвертор / контроллер, чтобы воспользоваться преимуществами характеристик двигателя.

Установка тягового двигателя непосредственно на колесо была целью с тех пор, как электродвигатели впервые были использованы в локомотивах. Вероятно, в будущем это станет возможным благодаря модулям PMSM с высоким удельным крутящим моментом. Опытные образцы созданы успешно. Конструкции с осевым потоком были созданы для промышленности, и, возможно, эту конфигурацию можно будет использовать на локомотивах.

Генераторы

Генераторы переменного тока используются в локомотивах с приводом от постоянного и переменного тока для выработки необходимой электроэнергии.Типичный генератор переменного тока будет бесщеточным трехфазным синхронным типом. Генератор приводится в действие непосредственно дизельным двигателем и, таким образом, работает в диапазоне скоростей и, как следствие, переменной выходной частоты. Возможно, это основная причина использования комбинаций выпрямитель / инвертор. Нет причин, по которым генератор переменного тока должен работать на фиксированной частоте, поскольку он не управляет напрямую устройствами, зависящими от частоты. Рабочий частотный диапазон также может быть выбран в соответствии с процессом выпрямления, при этом типичная выходная мощность составляет 3 фазы 75 Гц при работе на полных оборотах двигателя.Во многих генераторах переменного тока блок выпрямителя прикреплен к раме генератора и поставляется в виде блока, согласованного с выходом генератора. Это позволяет использовать генератор переменного тока и для тяги постоянного тока.

Выпрямительные преобразователи

Для всех типов тяговых двигателей требуется питание постоянного тока, либо непосредственно в случае двигателя постоянного тока, либо косвенно через частотно-регулируемый привод в случае двигателя переменного тока. Во многих современных двигателях выпрямительный блок поставляется как часть генератора переменного тока и соответствует характеристикам машины.

Органы управления локомотивом

Ранние средства управления основывались только на скорости. Современные разработки учитывают множество других факторов, чтобы максимизировать тяговую мощность локомотивов при том же размере приводного двигателя. Одним из основных факторов, влияющих на тяговую мощность, является проскальзывание или проскальзывание колес, и большинство современных систем управления предназначены для управления величиной проскальзывания между колесом и рельсом.

Сцепление и скольжение в локомотивах

Локомотив приводится в движение за счет контакта колеса с рельсом.Это контакт металл-металл, и передаваемая сила зависит от коэффициента сцепления и веса сцепления локомотива. Коэффициент сцепления означает величину веса локомотива на его ведущих колесах, которая может быть преобразована в тяговое усилие.

Пробуксовка колес происходит, когда тяговое усилие превышает адгезионную массу. Адгезионный вес определяется как сила, которая может быть приложена колесом без проскальзывания или скольжения. Скольжение возникает, когда окружная скорость превышает линейную скорость колеса на рельсе.

Вес клея т = мкм _{адгезия} x вес (1)

Коэффициент сцепления зависит от скорости скольжения, состояния поверхности рельса, скорости поезда и температуры в зоне контакта. Из всех параметров, которые могут влиять на коэффициент сцепления, можно изменять и контролировать только скорость поезда и скорость скольжения. Поскольку скорость поезда обычно поддерживается на требуемом уровне, можно управлять только скоростью скольжения [1].Характеристики колес немного различаются, и соединенные ведущие колеса будут иметь некоторое пробуксовку.

Рис. 2: Коэффициент адгезии зависит от скорости скольжения [1].

Даже при работе в оптимальных условиях между колесами и рельсами будет определенный процент пробуксовки. Целью современной системы управления является максимальное увеличение коэффициента сцепления за счет ограничения или контроля степени проскальзывания колес. Это достигается за счет управления двигателями многоосного грузовика или агрегата.Тяговое усилие изменяется в зависимости от скольжения, как показано на рис. 2, и цель системы управления — управлять локомотивом в зоне максимального коэффициента сцепления. Существует разница в коэффициентах сцепления, достигаемая с двигателями переменного и постоянного тока. Приводы переменного тока обеспечивают более высокие пусковые коэффициенты сцепления, а также более высокую управляемую адгезию.

Существует ряд различных систем, используемых для управления скольжением и оптимизации коэффициента сцепления. Все используют какие-то средства сравнения скорости вращения колеса с линейной скоростью поезда и подают соответствующие средства управления на инвертор.Проскальзывание измеряется путем определения скорости локомотива с помощью доплеровского радара (вместо использования вращающихся колес) и сравнения ее с током двигателя, чтобы увидеть, соответствует ли вращение колеса скорости движения относительно земли. Если между ними существует несоответствие, ток двигателя регулируется, чтобы поддерживать скольжение в пределах диапазона «медленного движения» и поддерживать тяговое усилие на максимально возможном уровне в условиях медленного передвижения [3].

Еще один элемент управления, обеспечивающий улучшенное сцепление, — это компенсация переноса веса.Когда локомотив тянет груз, вес имеет тенденцию переноситься с передней оси на заднюю ось каждого грузовика. При максимальном тяговом усилии вес ведущей оси может быть уменьшен примерно на 20%. Поскольку тяговое усилие пропорционально весу водителей, тяговое усилие будет определяться самой легкой осью в системе, в которой двигатели получают питание от общего источника. Таким образом, эквивалентная масса локомотива снижается примерно на 20%. Однако с системой управления осью привод может компенсировать перенос веса.Когда ведущая ось гаснет, система привода снижает мощность на эту ось и передает больше мощности на заднюю ось, не вызывая пробуксовки колес.

Инверторы и системы управления

Инвертор, который на самом деле является моторным приводом или частотно-регулируемым приводом, подает на двигатели переменный ток различной частоты и тока. Первоначально один инвертор питал все двигатели, но в соответствии с новейшими технологиями, как правило, используется один инвертор на двигатель. Это дает преимущество уменьшения размера инвертора и возможности индивидуального управления двигателем.В большинстве больших локомотивов используется конфигурация с одним двигателем на ось, поэтому каждый преобразователь управляет осью и колесной парой.

Есть несколько вариантов конфигурации инверторов. Некоторые производители полагаются на один инвертор на грузовик, в то время как другие используют один инвертор на ось. Обе системы имеют свои достоинства. Система управления грузовиком соединяет оси внутри каждого грузовика параллельно, обеспечивая максимальное равное управление проскальзыванием колес между осями. Параллельное управление также означает более равномерный износ колес между осями.Однако, если один инвертор (например, один грузовик) выходит из строя, то агрегат может создавать только 50% своего тягового усилия. Один инвертор на ось — сложнее, но есть мнение, что индивидуальное управление осью может обеспечить наилучшее тяговое усилие. Если инвертор выходит из строя, тяговое усилие для этой оси теряется, но полное тяговое усилие по-прежнему доступно через другие пять инверторов (для шестиосного агрегата). За счет индивидуального управления каждой осью отпадает необходимость в точном согласовании диаметров колес для оптимальной производительности [4].

Динамическое торможение

В системах динамического торможения двигатели работают как генераторы, а генерируемый ток подается на реостаты или переменные резисторы, установленные на шасси локомотива. Сила торможения регулируется изменением сопротивления реостата. Мощность, необходимая для торможения или замедления локомотива, такая же, как и для его ускорения, поэтому реостаты должны рассеивать большое количество энергии и, как правило, имеют принудительное воздушное охлаждение.В более поздних разработках генерируемый ток использовался для зарядки аккумуляторных батарей или ультраконденсаторов, а накопленная энергия использовалась для помощи в повторном ускорении локомотива.

Возможности модернизации

Локомотивы

— это долгосрочная инвестиция, и в Африке есть много единиц, которым более 20 лет, с использованием более старых технологий и средств управления. К счастью, можно модернизировать системы управления на старых локомотивах для повышения производительности и продления срока службы локомотива без замены основных компонентов привода.Было заявлено улучшение тягового усилия до 25%, а при всепогодной или управляемой адгезии — до 26%. Это может уменьшить количество единиц, необходимых для перевозки высоких грузов.

Накопители энергии или суперконденсаторы для ускорения запуска

Супер- и ультраконденсаторы используются в некоторых локомотивах для обеспечения дополнительной мощности, необходимой при запуске. Это позволяет использовать двигатели и генераторы меньшего размера. Конденсаторы могут накапливать энергию рекуперативного торможения, которая в противном случае рассеивалась бы в резисторах или других устройствах.

Самый южноафриканский локомотив

Локомотивы серии GE Evolution, производимые в Южной Африке, представляют собой шестиосные локомотивы (две группы по три спереди и сзади, все оси приводятся в движение), использующие технологию регулирования тягового усилия отдельных осей переменного тока, которая обеспечивает большую тяговую мощность за счет снижения проскальзывания на запуски, подъемы и в неоптимальных дорожных условиях. Эта технология обеспечивает оптимальную производительность, меньшие потери энергии и существенно снижает расходы на техническое обслуживание и связанные с ним простои в течение срока службы локомотива по сравнению с более старыми тяговыми системами постоянного и переменного тока.Локомотив оснащен сложными средствами управления оператора, которые улучшают диагностику и упрощают работу. Консолидированная архитектура управления локомотивом серии Evolution упрощает обновление программного обеспечения и загрузку данных. «Умные» дисплеи устраняют несколько дополнительных черных ящиков в пользу комбинации компьютера и дисплея, что повышает как надежность, так и эргономичность для оператора.

Список литературы

[1] P Pichlík и J Zděnek: «Обзор методов контроля пробуксовки, используемых в локомотивах», Труды по электротехнике , Vol.3 (2014), № 2, www.transoneleng.org/2014/20142c.pdf
[2] RTWP: «Электронное питание для поездов», www.railway-technical.com / tract-02.shtml
[3] RTWP: «Технология тепловозов», www.railway-technical.com / diesel.shtml
[4] Республиканский локомотив: «Тяга переменного тока против тяги постоянного тока», www.republiclocomotive.com/ac_traction_vs_dc_traction.html
[5] Railelectrica : «Выбор подвески тяговых двигателей», www.railelectrica.com/traction-motor/selection-of-suspension-arrangement-of-traction-motors-a-right-approach-2/

Присылайте свои комментарии по адресу: vector @ ee.co.za

Статьи по теме

Портал ресурсов правительства ЮАР по коронавирусу COVID-19

Постановлениями министерства предлагается 13813 МВт новых построек ГЭС, ни Eskom

Настало время для южноафриканской национальной ядерной компании Necsa

Разбираясь со слоном в комнате, это Эском…

Интервью с министром полезных ископаемых и энергетики Гведе Манташе

Тяговые и тяговые двигатели — BENNING

Тяговый двигатель

Электродвигатель известен как проверенное приводное решение для многих применений в железнодорожной тяге.Но даже электрическая машина может выйти из строя из-за внешних воздействий или старения. Если необходимо заказать заменяющий двигатель, но оригинальный производитель больше не производит конкретный привод, компания BENNING готова предложить решение.

На рисунке ниже показаны детали, которые необходимо заменить из-за повреждений. На фото справа показан статор тягового двигателя тепловоза. В этом случае произошел отказ подшипника, который привел к повреждению сердечника статора. Производство новых компонентов требовало подробной технической документации, которой не было.Поэтому компания BENNING создала всю необходимую техническую документацию, основанную на разборке всех частей, измерениях и расчетах рабочих характеристик. Из-за существующей механической конструкции новые листы статора должны были быть изготовлены методом штамповки, а новый сердечник статора был уложен и сварен. После окончательной обработки механический объем работ был завершен. В результате основная конструкция, которой более 20 лет, была снова готова к эксплуатации на рельсах в лучшем состоянии.

Состояние при получении Состояние поставки

Обработка электротехнической стали

Электрические машины создают магнитное поле с помощью токонесущих медных обмоток.Они вставлены в сердечник из пластин электротехнической стали. Если стержень поврежден и его необходимо изготовить, потребуется штамповочный цех BENNING. Высокоточные штамповочные машины используются для изготовления новых ламинатов без использования высоких энергетических ресурсов, которые используются при лазерной резке или других производственных методах.

ЧПУ штамповка пластин сердечника статора Новые ламинированные сердечники

Дополнительная информация

контакт: Марио Крусек
телефон: +49 2871 93 9486
электронная почта: м[email protected]

Брошюры

Примеры из практики

Знакомство с электрической тягой и рулевым управлением для роботизированных транспортных средств

В интегрированном тяговом приводе или приводном колесе все необходимые элементы содержатся в едином узле. Такой подход практически исключает инженерные затраты для OEM по сравнению с конструкциями без колес. Изготовитель оборудования выбирает тяговое решение с желаемыми характеристиками и функциями и устанавливает его в качестве единого приобретенного компонента для своего продукта.Интегрированные тяговые решения можно разделить на два типа: колесные и колесные.

Рис. 1: Двигатели в колесах состоят из электродвигателей крутящего момента, встроенных непосредственно в обод и ступицу колеса.

Решения для обеспечения тяги в колесах : В решении для обеспечения тяги в колесах бесщеточный электродвигатель крутящего момента встроен непосредственно в колесо. Обмотки статора прикреплены к монтажной конструкции колеса и раме автомобиля, иногда с помощью подвески того или иного типа, в то время как магниты ротора (здесь мы будем рассматривать только двигатели с постоянными магнитами) интегрированы в ступицу колеса.

Моментные двигатели для колесных конструкций полностью помещаются в колесо и, как правило, в пределах осевой ширины колеса и шины, что делает их компактным и занимающим мало места решением (см. Рис. 1). Они не требуют какой-либо трансмиссии или сцепления.

Существуют колесные решения, в которых используются закрытые двигатели в форме блинов, но в этих решениях также есть зубчатая передача, встроенная в колесо.

Мощность и крутящий момент приводных двигателей с прямым приводом в колесе зависят от ограничений доступного размера рабочего диапазона.Колеса для транспортных средств логистики, как правило, стандартизированы вокруг определенного диаметра. Для приводов с приводом от тяги в колесе двигатель должен соответствовать колесу. Хотя производительность двигателя можно улучшить за счет конструкции обмотки и магнита, в конечном итоге диаметр и ширина колеса устанавливают верхнюю границу крутящего момента.

Рис. 2: Колесный привод WheelMax ™ от Allied Motion объединяет двигатель, коробку передач и обратную связь, а также аксессуары в одном устройстве.

В общем, решения для тяги в колесах зарезервированы для приложений, в которых занимаемая площадь и / или слышимый шум являются более серьезными проблемами, чем бюджет.Например, могут подойти военные и охранные приложения.

Колесные приводы тяги: Колесные интегрированные приводы тяги представляют собой сборку, созданную и поставляемую как единый элемент (см. Рисунок 2). Это гибридная конструкция, сочетающая в себе преимущества внедорожника и внедорожника. OEM-производители покупают одну деталь, предварительно собранную для соединения с рамой автомобиля. Требуется только прикрутить узел к шасси и подсоединить жгут проводов. Производительность и совместимость уже подтверждены производителем тягового привода.

Особенности конструкции тяговых колес на колесах варьируются в зависимости от области применения и производителя. По своей сути, интегрированное тяговое колесо на колесе включает в себя шину и колесо, монтажную конструкцию, двигатель, коробку передач и коммутационное устройство обратной связи для тех случаев, когда используется бесщеточный двигатель. Более сложные версии могут включать бортовые электронные приводы, обратную связь по положению и аксессуары, такие как стояночные тормоза.

Колесные приводы с тяговым усилием используют стандартные двигатели, что делает этот подход более простым и менее дорогостоящим по сравнению с колесными конструкциями.Включение коробки передач снижает требования к крутящему моменту двигателя, что снижает его размер, вес и стоимость. Минимизация занимаемого места имеет важное значение для логистических транспортных средств и роботов, а контроль затрат является важным фактором для каждого OEM-производителя. Включение коробки передач действительно увеличивает сложность и увеличивает количество точек отказа, но, поскольку она встроена в узел, ее можно герметизировать для обеспечения защиты от проникновения и смазывания на весь срок службы.

Рис. 3: В разрезе показана концепция конструкции ведущего колеса диаметром 14 дюймов (356 мм).Это колесо состоит из колеса с шиной, циклоидальной коробки передач, бесщеточного моментного двигателя с коммутационной обратной связью и стояночного тормоза.

Вероятно, самым большим преимуществом тягового привода на колеса является то, что он состоит из компонентов, выбранных и интегрированных производителем для решения проблем, связанных с промышленными транспортными средствами. Такой подход позволяет стандартному колесу обеспечивать более высокий уровень производительности, чем конструкции с дискретными колесами. В то же время для него требуется меньше места, а затраты на проектирование и сборку для OEM-производителя меньше.Колесный привод тяги также обеспечивает стандартизированную конструктивную платформу, которая может быть настроена производителем в соответствии с требованиями изготовителя комплектного оборудования (см. Рисунок 3).

Хотя встроенные колесные приводы обладают множеством преимуществ, они не идеальны для всех областей применения. Для проектов с ограниченным бюджетом и / или маломасштабных транспортных средств использование тягового узла интегрированного типа на колесах может оказаться излишним. Однако для OEM-производителей, которым требуется комплексное решение, требующее меньше усилий с их стороны, полный или встроенный привод на колеса является привлекательным подходом.

Решения для электрического рулевого управления

Логистические транспортные средства и мобильные роботы необходимо быстро и точно направлять в определенные места. Эту задачу все чаще выполняют системы рулевого управления с электроусилителем (EPS). Как и в случае тяговых решений, электромобили предъявляют особые требования к архитектуре и компонентам, выбранным для электрического рулевого управления.

Тип движения: Самым простым требованием к движению является прямая линия. В некоторых случаях автомобиль устанавливается на рельсы и не требует рулевого управления, а только движущую силу от ведущих колес.На следующем уровне сложности управление транспортными средствами осуществляется за счет движения фиксированных тяговых колес с разной скоростью (см. Рисунок 4). Такой подход с дифференциальной скоростью может обеспечить некоторую маневренность. Однако, когда этот метод применяется при очень жестких или быстрых операциях рулевого управления, этот метод может привести к износу материала шины и нагрузке на соединения, в которых колеса крепятся к шасси.

Для поддержки движения, перпендикулярного линии движения (крабового движения), транспортному средству необходимы как минимум два активно управляемых колеса, способных поворачиваться на 180 °.Экзотические решения, такие как колесо Mecanum или Omni, также могут поддерживать краббинг, но здесь они не рассматриваются.

Должно ли транспортное средство вращаться на месте, то есть вращаться вокруг оси? В этом случае необходимо от двух до четырех активно управляемых колес, каждое из которых имеет вращение минимум на 360 °, или по крайней мере два колеса на центральной линии транспортного средства, которые могут одновременно вращаться в одном направлении.

Рисунок 4: Общие архитектуры рулевого управления для транспортных средств логистики включают (слева) дифференциально-скоростное рулевое управление, рулевое управление с одним управляемым колесом в сочетании с двумя фиксированными роликами, рулевое управление с двумя управляемыми колесами, способными поворачиваться на 180 °, и рулевое управление с двумя управляемыми колесами, способными вращения не менее 360 °.
(любезно предоставлено Transbotics Corp.)

Радиус поворота: Радиус поворота также влияет на архитектурную архитектуру. Трехколесный грузовик с противовесом, передвигающийся на одном ведущем / рулевом колесе и двух роликах, будет иметь довольно большой радиус поворота. Автомобиль с четырьмя управляемыми колесами, каждое из которых может вращаться на 360 °, будет иметь наименьший радиус поворота и наибольшую гибкость для других движений, не прибегая к экзотическим колесам, упомянутым выше.

Радиус поворота может также накладывать ограничения на размер колес или двигателей, которые могут использоваться в транспортном средстве.Производители оригинального оборудования должны позаботиться о том, чтобы обеспечить достаточный зазор для управляемых колес, особенно в случае небольших транспортных средств, чтобы избежать любого контакта колеса и шасси во время работы.

Крутящий момент: Как и в случае решений для тяги, нагрузка, дорожное покрытие и материал шины влияют на величину крутящего момента, необходимого для поворота колеса. Скорость автомобиля также оказывает большое влияние на крутящий момент. Поворот управляемых колес полностью загруженного вилочного погрузчика в состоянии покоя требует значительно большего крутящего момента, чем когда погрузчик находится в движении.Рулевой двигатель и коробка передач должны иметь такие размеры, чтобы обеспечивать достаточный крутящий момент для решения этой экстремальной ситуации.

Тип датчика: Вилочные погрузчики, грузовые автомобили AGV и подобное оборудование могут работать в очень тесных помещениях. Алгоритм управления рулевым управлением и / или человек-оператор должны точно знать углы поворота колес, поэтому необходимы определение положения колес и обратная связь. Обратная связь по относительному положению колес экономична, но при запуске требуется последовательность перемещения в исходное положение, чтобы установить известное положение управляемого колеса (см. Рисунок 5).

Абсолютное определение положения — лучшая альтернатива, но традиционно для него использовались датчики приближения или многооборотные датчики абсолютного позиционирования. Это увеличивает стоимость, но есть более экономичное решение. В этом подходе разумно используется определение эффекта Холла в зубчатой передаче тягового привода для определения абсолютного положения колеса без какой-либо необходимости в программе самонаведения.

Безопасность: Безопасная эксплуатация автомобилей, движущихся в непосредственной близости от людей, имеет первостепенное значение.В результате в отрасли выработан всеобъемлющий набор стандартов безопасности. Соответствие этим стандартам требует сочетания систем с резервированием и специализированного оборудования. В случае системы управления по проводам механической рулевой тяги не существует. Система должна обнаруживать любые проблемы, быстро полностью остановить автомобиль, а затем задействовать тормоз.

Надежность: Для операций, связанных с производительностью автоматизированных систем, простои транспортных средств, даже если производственное оборудование работает нормально, все равно могут повлиять на производительность.Важно, чтобы системы работали, оставаясь при этом достаточно экономичными, чтобы быть жизнеспособными решениями. Надежность особенно важна в контексте недавнего перехода отрасли к сервис-ориентированным моделям. OEM-производители все чаще продают услуги по перемещению товаров и, следовательно, время безотказной работы, а не сами автомобили. В этом случае надежность — это не просто аргумент в пользу продажи, а важный аспект бизнеса.

Рис. 5: В этом интегрированном тяговом колесе в сборе с рулевым управлением прямоугольный мотор-редуктор с постоянными магнитами вращает шестерню, которая вращает колесо вокруг своей средней линии.Маленькая белая шестерня и синий датчик передают информацию обратной связи контроллеру транспортного средства, чтобы указать положение колеса.

Устройство тягового электродвигателя: Тяговые электродвигатели

Тяговые электродвигатели

Электропоезда постоянного тока | Устройство тяговых двигателей

Тяговый электродвигатель: устройство и принцип работы

Появление и развитие тяговых устройств

Коллекторный агрегат на постоянном токе

Назначение и устройство станины

Главные полюса

Назначение и устройство добавочных полюсов

Якорь и коллектор

Тяговые электродвигатель асинхронного типа

Назначение, устройство тягового электродвигателя НБ-418К — Мегаобучалка

Основные элементы конструкции тяговых электродвигателей

Тяговые электродвигатели

Устройство тяговых электродвигателей тепловозов

Рекомендации по применению тяговых двигателей — Двигатели переменного тока, BLDC или PMDC — Bodine

Тяговые двигатели

Преимущества для клиентов

Применимый международный стандарт:

Тяговые двигатели — обзор

6.2.1.2 Повышение коэрцитивной силы с помощью процесса диффузии границы зерна

Локомотив | автомобиль | Британника

Преимущества и недостатки

Тяговые двигатели тепловозов

Статьи по теме

Тяговые и тяговые двигатели — BENNING

Дополнительная информация

Знакомство с электрической тягой и рулевым управлением для роботизированных транспортных средств

Решения для электрического рулевого управления

Добавить комментарий Отменить ответ