Asynchroniczne silniki klatkowe są bardzo proste w konstrukcji; oni posiadają wysoka niezawodność w eksploatacji, niski koszt wytworzenia i naprawy, mniej całkowite wymiary i waga w porównaniu do silników elektrycznych prąd stały, nie wymagają specjalnej konserwacji, z wyjątkiem obserwacji łożysk, izolacji, połączeń stykowych i mają zadowalające właściwości trakcyjne. Gdy prędkość wirnika wzrośnie powyżej synchronicznej (częstotliwość wirowania pola magnetycznego), automatycznie przełączają się w tryb generatorowy bez żadnego przełączania, co upraszcza obwód elektryczny podczas korzystania z hamowania elektrycznego.
Oprócz zalet asynchroniczne silniki elektryczne mają szereg wad, które komplikują ich zastosowanie w taborze. Charakterystyka rozruchowa silnika klatkowego przy stałej częstotliwości prądu nie zapewnia dużych przyspieszeń, ponieważ moment rozruchowy jest stosunkowo mały i wzrasta do maksymalna wartość z rosnącą prędkością. Sterowanie prędkością silnika jest trudne. Szczelina powietrzna między stojanem a wirnikiem jest bardzo mała. Zwiększenie prześwitu zwiększa masę i wielkość silnika. Uruchomienie silnika elektrycznego z wirnikiem klatkowym wiąże się z dużymi stratami mocy i nagrzewaniem się uzwojeń.
Postępy w technologii półprzewodników mocy i urządzeniach automatyki umożliwiają tworzenie niezawodnych i ekonomicznych statycznych przemienników częstotliwości o wymiarach i masie akceptowalnych dla lokomotyw spalinowych. Przesądza to o praktycznym zastosowaniu transmisji prądu przemiennego z asynchronicznymi zwarciowymi silnikami elektrycznymi w trakcji spalinowej, zwłaszcza że dla lokomotyw spalinowych z
Ryż. 3.23. Trakcja silnik asynchroniczny ED-900 (przekroje wzdłużne i poprzeczne):
1 - wał; 2- podkładka; łożyska 3-wałeczkowe; 4 - tarcze łożyskowe; 5- rękaw; 6 - rdzeń wirnika; 7-stojanowe uzwojenie; Jestem rdzeniem stojana; 9-budynek (szkielet); 10 osłona ochronna; 1 / - zwarte uzwojenie wirnika; 12 - rowek w rdzeniu wirnika; 13- rowek w rdzeniu stojana; 14-przypływ; 15 kanał wentylacyjny; 16- skrzynka zaciskowa; 17- otwory wentylacyjne w rdzeniu wirnika przy silnikach wysokoprężnych o mocy powyżej 2940 kW w przekroju przy zastosowaniu silników trakcyjnych prądu stałego konieczne będzie znaczne skomplikowanie ich konstrukcji (stosowanie szkieletów prefabrykowanych lub spawanych, uzwojeń kompensacyjnych itp. lub zwiększyć liczbę osi). Zakład Charkowie „Electrotyazhmash” im. Lenin, fabryka lokomotyw spalinowych Woroszyłowgrad nazwana. Rewolucja Październikowa i Zakład Elektromechaniczny Tallina im. Kalinin stworzył makietę lokomotywy spalinowej TE120 o mocy 2940 kW z przekładnią prądu przemiennego, w której zastosowano asynchroniczne klatkowe silniki trakcyjne ED-900 (rys. 3.2.3) z zawieszeniem ramowym (patrz tabela 3.4).
V maszyny trakcyjne Obwód magnetyczny prądu przemiennego wykonany z blach elektrotechnicznych nie może jednocześnie służyć jako szkielet maszyny (niedostateczna stabilność jej kształtu), dlatego jest zamocowany w obudowie stojana. Grubość ścianek korpusu (ramy) określa się na podstawie warunków wytrzymałości i współpracy z innymi częściami maszyny: osłonami końcowymi, częściami kanałów powietrznych itp.
Głównymi częściami silnika są stojan, wirnik i tarcze końcowe z łożyskami. Stojan zawiera obudowę 9, rdzeń 8, uzwojenie 7 i podkładki oporowe. Odlany okrągły korpus ma wewnętrzne osiowe żebra usztywniające, które tworzą kanały dla powietrza do chłodzenia stojana. Rama posiada dwa włazy do wlotu i wylotu powietrza. Właz wyjściowy wyposażony jest w osłonę ochronną, która zapobiega przedostawaniu się wody do silnika (podczas mycia wózków).
Pakiet stojana jest montowany z blach elektrotechnicznych na specjalnych pryzmatach i zabezpieczany podkładkami ciśnieniowymi. Uzwojenie stojana (dwuwarstwowa pętla) umieszcza się w rowkach rdzenia stojana i mocuje w nich klinami izolacyjnymi. Czołowe części cewki uzwojenia stojana są zamocowane za pomocą stożkowych pierścieni. Nawinięty stojan jest szlifowany wzdłuż pryzmatów i wciskany w obudowę. Izolacja od obudowy uzwojenia stojana wykonana jest z folii poliamidowej. Wirnik zawiera wał 1, tuleję (korpus) 5, rdzeń 6 "i uzwojenie 1 /.
Na wał wciskana jest tuleja w postaci rury, na której znajduje się rdzeń wirnika wykonany z blach elektrotechnicznych. Uzwojenie zwarciowe wykonane jest w formie „klatki wiewiórki” poprzez wypełnienie rowków i końcówek rdzenia stopem aluminium. Szczelina powietrzna pomiędzy stojanem a wirnikiem I, G>mm Konstrukcja zespołów łożyskowych jest podobna do zespołów łożyskowych silników trakcyjnych prądu stałego.
WZBUDNIKI, GENERATORY POMOCNICZE I SILNIKI ELEKTRYCZNE
SPECYFIKACJA
„Regionalne Centrum Innowacyjnych Technologii”
Instruktaż
Rozdziały 1-7
Ministerstwo Transportu Federacji Rosyjskiej
Agencja federalna transport kolejowy
Federalna Państwowa Budżetowa Instytucja Oświatowa
wyższe wykształcenie zawodowe
Dalekowschodni Państwowy Uniwersytet Transportu
Zakład „Taboru elektrycznego”
Yu.A. Dawidow, A.K. Plyaskin
Elektryczne maszyny trakcyjne.
Instruktaż
1.
2.
3.
3.1. Metody zawieszenia silników trakcyjnych
3.2. Schematy kinematyczne napędów trakcyjnych
3.3. Elementy konstrukcyjne silnika trakcyjnego prądu stałego
3.4. Cechy konstrukcyjne silników trakcyjnych prądu przemiennego
3.5. Cechy konstrukcyjne i perspektywy zastosowania silników liniowych
4.
5.
6.
6.1. Dane znamionowe i graniczne silników trakcyjnych
6.2. Charakterystyka magnetyczna i obciążeniowa silnika trakcyjnego
6.3. Wydajność silnika
6.3.1. Charakterystyka elektromechaniczna
6.3.2. Charakterystyka trakcji elektrycznej
6.4. Współczynnik przydatne działanie i straty silnika
7.
8. WYŁĄCZANIE SILNIKÓW TRAKCYJNYCH DC
8.1. Kryteria oceny jakości przełączania
8.2. Komutacja w ramach procesów w stanie ustalonym
8.3. Przyczyny elektromagnetyczne wyładowań łukowych
9. POTENCJALNE WARUNKI U KOLEKCJONERA
9.1. Rozkład indukcji i napięcia
9.2. Sposoby poprawy potencjalnej odporności
9.3. Dodatkowe bieguny i ich kompensacja za reaktywne emf
9.4. Uzwojenie kompensacyjne i jego wpływ na potencjalne warunki
9.5. Dookólne światło na kolektorze silnika trakcyjnego
10. IMPULSOWE SILNIKI TRAKCYJNE PRĄDU
10.1. Zewnętrzne sposoby na wygładzenie tętnienia
10.2. Przełączanie składowej prądu przemiennego
10.3. Składnik o zmiennym momencie obrotowym
10.4. Cechy procesu przełączania silników prądu pulsującego
10.5. Wyznaczanie składowej zmiennej ekp
10.6. Kompensacja biernego emf z dodatkowymi biegunami silników prądu pulsującego
10.7. Sposoby poprawy komutacji pulsujących silników trakcyjnych
11. NIEZABEZPIECZONE PROCESY W OBWODZIE SILNIKA TRAKCYJNEGO
11.1. Rodzaje transjentów
11.2. Wpływ przepływów wirowych w obwodach magnetycznych na przebieg procesów przejściowych
11.3. Wpływ indukcyjności uzwojeń maszyn trakcyjnych na procesy przejściowe
11.4. Wpływ parametrów obwodów zewnętrznych na stany nieustalone
11.5. Środki mające na celu złagodzenie przepływu transjentów
12. OGRZEWANIE I CHŁODZENIE CIĄGNIKÓW ELEKTRYCZNYCH
12.1. Dopuszczalny nadmiar temperatury
12.2. Klasyczna teoria ogrzewania jednorodnego ciała stałego
13. WENTYLACJA SILNIKÓW TRAKCYJNYCH
13.1. Maszyny samowentylowane
13.2. Niezależna wentylacja
13.3. Obliczanie wentylacji trakcyjnych maszyn elektrycznych
14. SILNIKI TRAKCJI AC
14.1. Silniki asynchroniczne. Podstawowe koncepcje.
14.2. Zasada sterowania asynchronicznym silnikiem trakcyjnym
14.3. Formy prądów i napięć fazowych ATD
14.4. Momenty od wyższych harmonicznych czasowych prądu i strumienia tego samego rzędu
14.5. Współczynnik mocy i sprawność ATD
15. MASZYNY POMOCNICZE I PRZETWORNIKI MASZYN
15.1. Cel i klasyfikacja maszyn pomocniczych
15.2. Cechy konstrukcyjne maszyn pomocniczych taboru elektrycznego prądu stałego
15.3. Maszyny pomocnicze prądu przemiennego
15.4. Silnik wentylatora
15.5. Sprężarki silnikowe
15.6. Pompy silnikowe
15.7. Rozdzielacze fazowe
15.8. Prądnice silnikowe i prądnice sterujące
15.9. Dzielniki napięcia
16. TESTY TRAKCYJNYCH MASZYN ELEKTRYCZNYCH
17. KONSERWACJA I NAPRAWA MASZYN ELEKTRYCZNYCH
17.1. Poważne awarie maszyn elektrycznych
17.2. Silnik trakcyjny NB-520V
WNIOSEK
LISTA BIBLIOGRAFICZNA
Elektryczne maszyny trakcyjne.
Instruktaż
1. GŁÓWNE ETAPY ROZWOJU KRAJOWEGO
I ŚWIATOWA INŻYNIERIA ELEKTRYCZNA
2. PODSTAWOWE INFORMACJE O TRAKCYJNYCH MASZYNACH ELEKTRYCZNYCH
Klasyfikacja trakcyjnych maszyn elektrycznych. Terminologia. Definicje. Spotkanie
Trakcja maszyny elektryczne(TEM) nazywane są maszynami elektrycznymi przeznaczonymi do pracy jako silniki, generatory, przekształtniki w taborze wszystkich typów.
Elektryczne maszyny trakcyjne są klasyfikowane:
1) według celu:
- dla silników trakcyjnych;
- generatory trakcyjne;
- maszyny pomocnicze;
2) ze względu na charakter prądu:
- dla prądu stałego (tętnienie prądu nie przekracza 10%);
- prąd pulsujący;
- maszyny zbierające prąd przemienny jednofazowy o częstotliwości przemysłowej i obniżonej;
- asynchroniczne maszyny prądu przemiennego trójfazowego (lub wielofazowego);
3) metodą ochrony przed wpływami zewnętrznymi:
- dla chronionych;
- bryzgoszczelny;
- Zamknięte;
4) metodą schładzania:
- z niezależną wentylacją;
- samowentylacja;
- dmuchane;
- chłodzenie naturalne;
5) według rodzaju wzbudzenia:
- z niezależną ekscytacją;
- wzbudzenie równoległe;
- podniecenie sekwencyjne;
- mieszane podniecenie.
Elektryczny silnik trakcyjny (TED) nazywana maszyną elektryczną przeznaczoną do przekształcania energii elektrycznej w Praca mechaniczna wydane na ruch pociągu. Obecnie tabor elektryczny (ERS) stosowany jest głównie do silników trakcyjnych prądu stałego i pulsującego. Istnieją jednak wstępne kroki w kierunku stworzenia lokomotyw elektrycznych z silnikami asynchronicznymi i bezszczotkowymi.
Przez maszyny pomocnicze wezwać silniki elektryczne służące do napędzania sprężarek dostarczających sprężone powietrze
- układy hamulcowe i napędy elektropneumatyczne urządzeń trakcyjnych, wentylatorów;
- rozdzielacze faz;
- dzielniki napięcia;
- serwisowanie prądnic;
- prądnice silnikowe.
Silniki wentylatorów służą do chłodzenia silników trakcyjnych i prostowników.
Rozdzielacze fazowe służą do zamiany prądu jednofazowego na prąd trójfazowy, który służy do zasilania silników asynchronicznych innych maszyn pomocniczych.
Dzielniki napięcia (maszyny z podwójnym kolektorem) służą do zasilania silników innych maszyn pomocniczych napięciem o połowę niższym sieć kontaktowa.
Serwisowe generatory prądu przeznaczone są do wytwarzania energii elektrycznej o napięciu 50...1100 V do zasilania obwodów sterowniczych i sygnalizacyjnych.
Jednostki wzbudzenia silnik-generator są używane w ERS do zasilania uzwojeń wzbudzenia w okresie hamowania elektrycznego.
3. BUDOWA SILNIKÓW TRAKCYJNYCH
3.1. Metody zawieszenia silników trakcyjnych
Silnik trakcyjny to maszyna elektryczna wbudowana w wózek EPS. Ta okoliczność pozostawia pewien ślad na jego wymiarach i konstrukcji, w tym rodzaju zawieszenia silnika trakcyjnego w wózku.
Istnieją dwa rodzaje zawieszenia:
- podparcie osiowe;
- rama nośna.
V pierwszy przypadek silnik jest podparty z jednej strony za pomocą łożysk osiowo-silnikowych na półosi zestawu kołowego, az drugiej strony za pomocą gumowo-metalowych klocków do ramy wózka.
Na rama nośna Po zawieszeniu cały silnik jest przymocowany do ramy wózka za pomocą układu zawieszenia, który amortyzuje uderzenia toru na nim.
Schemat mocowania i przenoszenia momentu podczas zawieszenia ramy nośnej zależy od układu przenoszenia tego momentu. Figa. 3.1 widać, że silnik, gdy jedna strona jest podparta - osiowo zawieszona, spoczywa na osi zestawu kołowego i naturalnie odbiera wszystkie siły przenoszone z toru. W tym przypadku przyspieszenie osiąga 21g.
Jeśli silnik jest w pełni resorowany, tak jak w przypadku zawieszenia ramy, przyspieszenie wynosi tylko 3g.
Dzięki osiowemu podparciu konstrukcja przekładni jest niezwykle prosta, ale ten rodzaj zawieszenia wymaga zwiększenia wytrzymałości mechanicznej elementów silnika trakcyjnego, a także zmniejszy niezawodność odbioru prądu.
Schemat ideowy mocowania silnika do podparcia osiowego przedstawiono na rys. 3.1.
Po zawieszeniu na ramie konstrukcja staje się znacznie bardziej skomplikowana. Konieczność zlokalizowania tulei przegubowej w wnęce wewnętrznej wymaga zwiększenia średnicy twornika. Smarowanie i rewizja są trudne. Dlatego zawieszenie ramy nośnej jest używane tylko przy prędkościach powyżej 120 km / h oraz w metrze w celu zmniejszenia hałasu.
Zaleca się przyjrzenie się konstrukcji silników z zawieszeniem ramy nośnej w książce autorstwa M.D. Nachodkina na s. 67-68.
Rozważać schematy kinematyczne przekładnie trakcyjne.
3.2. Schematy kinematyczne napędów trakcyjnych
Najprostsza to przekładnia z podparciem osiowym. Zwykle jest dwustronna lub jednostronna. Te koła zębate są pokazane schematycznie na ryc. 3.2.
W przekładni dwukierunkowej skrzynia biegów wykonana jest z kół zębatych śrubowych i kół, aby zapewnić równomierne przenoszenie momentu obrotowego. Ponadto konieczne jest zapewnienie promieniowego ruchu zwory o 8 ... 10 mm & Przekładnia z zawieszeniem ramy nośnej na ryc. 3.3.
Inny sposób napędu jest bardzo rzadko stosowany - jest to napęd grupowy, gdy jeden silnik trakcyjny wprawia w ruch obrotowy kilka par kół, ale skrzynia biegów jest w tym przypadku nieporęczna, droga i skomplikowana (Francja).
Ogólny układ takiego napędu można zobaczyć na przykładzie grupowego (jednosilnikowego) napędu lokomotywy spalinowej SS72000, w której zastosowano również sprzęgło Alstom. Silnik elektryczny zainstalowany na górze ramy wózka trzyosiowego i faktycznie umieszczony w korpusie lokomotywy przekazuje moment trakcyjny do przekładni trakcyjnej poprzez przekładnię rozdzielczą, która składa się z szeregu kół napędzanych i pośrednich połączonych szeregowo (rys. 3.4).
Po rozważeniu schematów kinematycznych napędów trakcyjnych chciałbym poruszyć elementy konstrukcji twornika, zwłaszcza te, które występują w prawie wszystkich silnikach trakcyjnych. Jako podstawę przyjmiemy silnik trakcyjny o konstrukcji z podparciem osiowym, ponieważ jest to najpopularniejszy silnik w EPS Federacji Rosyjskiej.
3.3. Elementy konstrukcyjne silnika trakcyjnego prądu stałego
Elementy projektu kotwicy... W tej sekcji pokrótce skupimy się na głównych elementach konstrukcyjnych bez wchodzenia w szczegóły. Dzieje się tak, ponieważ kiedy wykonujesz projekt kursu niezbędne informacje będą dalej badane, a każdy (lub większość elementów) silnik trakcyjny zostanie uwzględniony.
Wał twornika silnika trakcyjnego służy do łączenia wszystkich części twornika i jako konstrukcja nośna tych części, a także do przenoszenia momentu obrotowego z silnika przez przekładnię na koło zębate (rys. 3.5).
Pozostałe rowki są przeznaczone do mocowania innych zespołów silnika trakcyjnego i mogą się różnić w zależności od konstrukcji. Zwykle są to powierzchnie osadzenia pokryw łożysk (osłon), pierścieni labiryntowych itp. Sztywność wału powinna być taka, aby maksymalne obciążenia, w tym elektrycznych, nie prowadziły do ugięcia, a kotwa zamontowana na wale nie dotykała słupów. Chropowatość powierzchni przylegania musi mieć co najmniej stopień 7.
Aby nadać wałowi niezbędną wytrzymałość, wszystkie zmiany jego średnicy są dokonywane płynnie, bez pierścieniowych rowków i rowków wpustowych.
Rdzeń twornika silnika trakcyjnego... Rdzeń twornika silnika trakcyjnego służy do przenoszenia strumienia magnetycznego, mocowania uzwojenia i jest jedną z najważniejszych części silnika trakcyjnego (rys. 3.6).
Zazwyczaj rdzeń zbiera się na rękawie (ryc. 3.7).
Ryż. 3.7. Armatura rękaw
Jeżeli średnica twornika jest mniejsza niż 350 mm (DZ Rdzeń twornika składa się z ułożonych w stos płyt, które są dociskane do tulei twornika, a następnie wraz z tuleją nakładane na wał twornika, tworząc jednolitą strukturę z to i skrzynka armatury. Wygląd zewnętrzny arkusz pakietu kotew pokazano na ryc. 3.8.
Aby zapobiec puchnięciu, zewnętrzne blachy są wykonane ze stali o grubości 1 mm i są mocowane przez spawanie. Rowki są szlifowane i wkłada się w nie od krawędzi tuleje izolacyjne, aby uniknąć przetarcia izolacji.
Montaż kolektora... Kolektor jest elektromechanicznym urządzeniem przełączającym.
Kolektor jest bardzo obciążonym urządzeniem i przy nowoczesnych maszynach jest na granicy wykorzystania możliwości materiałów i technologii. Każda płyta kolektora jest połączona z odpowiednią sekcją uzwojenia twornika. Płyty mają zwykle ponad 300.
Kolektory łukowe są zwykle stosowane w silnikach trakcyjnych. Płyty kolektora są miedziane, trapezowe, izolowane od siebie uszczelkami mikanitowymi.
Wygląd płyty kolektora i jej mocowanie można przedstawić jak pokazano na ryc. 3.9.
Cała konstrukcja tworzy kolektor, którego tuleja jest nasuwana na tuleję twornika. Kołnierze mikanitowe i cylinder służą do odizolowania stożka i tulei zaciskowej od płyt kolektora. Kolektor wymaga szczególnej ostrożności podczas montażu. Bicie powierzchni roboczej kolektora nie powinno przekraczać 0,04 mm. Dlatego kolektor jest jednocześnie pod ciśnieniem i przykręcany. W tym przypadku pomiędzy płytami powstaje boczny nacisk - łukowaty element dystansowy, dzięki któremu powstające siły tarcia uniemożliwiają przesuwanie się płyt względem siebie (rys. 3.10).
Po zmontowaniu w kolektorze wykonuje się rowek w celu wykluczenia dokręcania szczelin międzywarstwowych miedzią oraz usunięcia zadziorów, zapobiegając pękaniu szczotek i przerywaniu komutacji.
Uzwojenie twornika... Przewody ułożone w pozycjach twornika i połączone z płytami kolektora tworzą uzwojenie twornika.
W silnikach trakcyjnych uzwojenie wykonuje się w postaci odcinków lub cewek. Ta sekcja zawiera kilka prostokątnych przewodów miedzianych. Według rodzaju połączenia między sobą a układaniem cewki są podzielone (ryc. 3.11):
- na fali;
- zapętlony;
- „żaba”.
W przypadku silników trakcyjnych zwykle stosuje się uzwojenia falowe i pętlowe. Ponadto uzwojenie falowe stosuje się w silnikach do ok. 500 kW (rys. 3.12).
Uzwojenia silników trakcyjnych są izolowane w specjalny sposób. Istnieją trzy główne rodzaje izolacji:
- cewka;
- ciało;
- powłoka.
Izolacja cewki we wszystkich silnikach jest wykonany z taśmy szklano-mikowej, w jednej warstwie (każdy przewodnik).
Izolacja szafy jest głównym, jest to izolacja pakietu przewodów. Jego grubość zależy od wielkości naprężenia i rodzaju materiałów. Między sekcje (jeżeli są w tym samym rowku) wkładana jest uszczelka izolująca.
Pokrycie izolacji- jest to najwyższa warstwa izolacji w rowku - służy do ochrony kształtowników przed uszkodzeniami mechanicznymi. Sekcja jest mocowana w rowku za pomocą klinów. Zwykle są to dzielone kliny tekstolitowe lub bukowe (ostatnio rzadko są używane). Przednie i tylne zwisy uzwojenia są sklejone. Może to być opaska metalowa lub niemetalowa.
Elementy konstrukcyjne szkieletu... Szkielet silników trakcyjnych prądu stałego i pulsującego stanowi obwód magnetyczny i jednocześnie korpus nośny dla osłon końcowych oraz układ biegunowy. Z reguły stelaż jest odlewany ze stali 25L. Jego grubość dobierana jest na podstawie wymaganej indukcji magnetycznej.
Długość szkieletu jest półtora razy większa od długości głównego słupa. Tam, gdzie strumień magnetyczny nie przechodzi, grubość rdzenia jest mniejsza o 15 ... 20 mm. Na zewnętrznej stronie znajdują się ucha do mocowania łożysk osi silnika, włazów itp. Do powierzchni wewnętrznej przymocowany jest główny i dodatkowy drążek. W maszynach 4-biegunowych od wewnątrz wykonane są specjalne ucha do mocowania słupów, ponieważ rama nie jest okrągła (rys. 3.13).
Z boku kolektora znajduje się właz wentylacyjny, a także właz na rutynowa konserwacja z urządzeniem zbierającym szczotkę.
Słupy główne i pomocnicze... Rdzenie głównych słupów wykonane są z tłoczonych blach ze stali miękkiej. Technologia wykonania i zestaw są w przybliżeniu takie same jak w przypadku kotwy sercowej, końcowe arkusze są zgrzewane do zgrzewania punktowego (rysunek 3.14).
W przypadku maszyn z uzwojeniem kompensacyjnym na biegunach głównych wykonuje się rowki do jej układania.
Główne bieguny są przymocowane do rdzenia i utrzymują uzwojenie pola.
Główny biegun pokazano na ryc. 3.15.
W silnikach trakcyjnych cewki bieguna głównego wykonane są z miedzi o przekroju prostokątnym, nawijanej głównie na krawędzi.
Izolacja zwojowa wykonywana jest w zależności od wymaganej klasy izolacji F lub H. Występują pewne odchylenia w wykonaniu cewek biegunów głównych silników szeregowych i niezależnych. Te ostatnie mają uzwojenie wieloobrotowe, a prąd jest 3 ... 5 razy mniejszy niż prąd twornika.
Kable przyłączeniowe o podwyższonej odporności cieplnej.
Cewki kompensacyjne wykonuje się osobno, a gotowe odcinki wkłada się w szczeliny biegunów głównych.
Cewki uzwojenia polowe produkowane są na trzy sposoby:
- w wersji monoblokowej;
- z izolacją monolityczną;
- z niemonolityczną izolacją.
W pierwszym przypadku cewka wraz z głównym biegunem jest wypełniana masą i suszona w piecach F.
W drugim przypadku cewkę suszy się oddzielnie po zmieszaniu. W wersji niemonolitycznej cewka jest impregnowana związkiem termoplastycznym.
Aby poprawić mocowanie cewki, między nią a biegunem wstawia się falistą przekładkę, która ściska cewkę. Słupy główne mocowane są do ramy za pomocą śrub z podkładkami sprężystymi.
Dodatkowe kijki są instalowane między głównymi biegunami i służą do poprawy warunków przełączania.
W nowoczesnych silnikach trakcyjnych na prąd pulsujący, rdzenie są wykonane z zestawu blach elektrotechnicznych.
W przypadku silników prądu stałego rdzenie są wykonane ze stali walcowanej. Czasami pomiędzy rdzeniem a rdzeniem dodatkowego bieguna wykonuje się uszczelkę diamagnetyczną.
Cewka dodatkowych biegunów nawinięta jest na wąskiej krawędzi. Izolacja zwojów i cewki jest generalnie podobna do izolacji cewki bieguna głównego. Wygląd dodatkowego słupa pokazano na ryc. 3.16.
3.4. Cechy konstrukcyjne silników trakcyjnych prądu przemiennego
W elektrotechnice trakcyjnej zgromadzono doświadczenie w stosowaniu silników asynchronicznych, zaworowych i liniowych. Do tej pory nie ma jednoznacznej opinii na temat preferencyjnego stosowania któregokolwiek z nich we wszystkich typach taboru. Każdy z silników ma swoje zalety i wady.
W tej sekcji omówione zostaną cechy konstrukcyjne tych maszyn elektrycznych.
Ramę, osłony końcowe, wał można wykonać prawie tak samo. Stojan silnika bezszczotkowego jest duży ze względu na konieczność umieszczenia czujników kontrolujących położenie wirnika. Strukturalnie stojany silnika indukcyjnego i silnika bezszczotkowego praktycznie się nie różnią. Wirnik silnika indukcyjnego wykonany jest z prętów aluminiowych lub miedzianych. Wirnik silnika bezszczotkowego może być wykonany tylko w postaci biegunów niejawnych.
Jako przykład asynchronicznego silnika trakcyjnego można przytoczyć fragment silnika NTA350 zainstalowanego w pociągach elektrycznych ER9T, ER9 (rys. 3.17).
Cechy konstrukcyjne asynchronicznego silnika trakcyjnego (ATM) są związane z jego instalacją na EPS. To determinuje jego konstrukcję zarówno pod względem sposobu montażu, jak i mocy.
Ryż. 3.17. Przekrój podłużny ATD NTA350:
1 - rdzeń stojana; 2 - rdzeń wirnika; 3, 24 boki odlewane; 4 - uzwojenie stojana; 5 - dysk wentylacyjny; 6 - piasta wentylatora; 7, 21 - tarcze łożyskowe; 8, 17 - pokrywy łożysk; 9, 15 - łożyska; 10, 14 - szpilki; 11, 13 - pieczęcie labiryntowe; 12 - bęben; 16 - podkładka oporowa; 18 - część piasty osłony łożyska; 19 - koło zębate; 20 - element do czytania; 21 - Górna część osłona końcowa; 22 - zwarty pierścień; 23 - pierścień zespołu; 25 - blacha stalowa; 26 - rdzeń wirnika
Często rama ATD ma okrągły kształt z elementami do mocowania silnika trakcyjnego do ramy wózka. Korpus wykonany jest z różnych, w tym stopów aluminium z żebrami usztywniającymi.
Do uzwojenie stojana używać tylko otwartych prostokątnych rowków. Ponadto istnieje kilka cech mocowania uzwojenia stojana.
W ATD pożądane jest stosowanie klinów magnetycznych wykonanych przez prasowanie z różnych materiałów magnetycznych. Zmniejsza to współczynnik szczeliny powietrznej i zmniejsza tętnienie strumienia magnetycznego.
Uzwojenie stojana ma również pewne cechy szczególne w porównaniu z uzwojeniami maszyn prądu stałego. W uzwojeniu stojana przekładnika prądowego ze względu na zwiększoną częstotliwość napięcia zasilającego, która z reguły osiąga wartości 140 Hz, prąd przemieszcza się do powierzchni uzwojenia i wzrastają straty.
Straty wynikające z przemieszczenia są redukowane poprzez dobór racjonalnego przekroju przewodu i umieszczenie go w szczelinie. W ATD przewodniki znajdują się głównie „płasko”.
Uzwojenie wirnika (rys. 3.18). Uzwojenie wirnika podlega poważnym ograniczeniom i wymaganiom konstrukcyjnym. Podczas rozruchu nagrzewanie się uzwojenia wirnika (jak również uzwojenia stojana) może być znaczne. Ponadto mocowanie uzwojenia musi być niezawodne, ponieważ przy rozruchu w chłodne dni, powiedzmy w temperaturze -60 C, w krótkim czasie uzwojenie nagrzewa się do 100 ... 150 C. Jest to bardzo duża temperatura różnica. Aby poprawić odprowadzanie ciepła, konieczne jest ciasne dopasowanie prętów uzwojenia wirnika do ścian. Pręt musi być sprężyście zamocowany w rowku.
W przypadku silników indukcyjnych o mocy do 300 kW jest zwykle stosowany jako metoda wytwarzania uzwojenia wirnika, wypełniając rowki stopem aluminium.
Jednak metoda odlewania ma znaczną wadę: ze względu na jakość odlewu powstają wnęki, które zmieniają opór prętów, a tym samym moc maszyny. Kiedy maszyna jest używana indywidualnie, nie ma to większego znaczenia. Ale w EPS, gdzie jednostki kołowo-silnikowe są wybierane zgodnie z ich charakterystyką, fakt ten ma ogromne znaczenie. W związku z tym pręty są wykonane z góry, prasowane i układane w rowkach.
Zazwyczaj w ADT stosowane są następujące rodzaje rowków i metody układania prętów (rysunek 3.19).
Uzwojenie wirnika pokazane na ryc. 3.18, jest zaawansowany technologicznie i ma elastyczność przy wejściu do pierścienia zwierającego, ale z powodu braku elastycznego elementu w rowku pręty mogą ulec osłabieniu. Na ryc. 3.19, a, b, c przedstawia pręty pozbawione tych wad, ale technologia ich wytwarzania jest bardziej skomplikowana.
Ryż. 3.18. Uzwojenie wirnika
Na koniec kilka słów o szczelinie powietrznej i wentylacji. Z reguły luz w ATD jest mniejszy niż w silnikach prądu stałego i wynosi 2,5…3 mm. Chłodzenie jest podobne do silników prądu stałego - jest to wentylacja osiowa z kanałami w wirniku i stojanie. Mówiąc o nowoczesnych trendach w elektrotechnice trakcyjnej nie można nie wspomnieć o silnikach trakcyjnych liniowych.
3.5. Cechy konstrukcyjne i perspektywy zastosowania silników liniowych
Do tej pory w EPS stosowane są różne silniki: prądu stałego i zaworowe, asynchroniczne. Ale wszystkie mają jedną właściwość: przekazują… pociągowy wysiłek na zestawie kołowym. W tym przypadku siła trakcyjna jest ograniczona naciskiem osi i współczynnikiem przyczepności:
(3.1)
Dla znacznego wzrostu siły trakcyjnej konieczne jest zwiększenie nacisku na oś (czego nie da się zrobić w nieskończoność jeśli chodzi o wytrzymałość toru i osi) lub współczynnika przyczepności, co również jest trudne w warunkach gładkich szyn . Ponadto, wraz z pojawiającym się trendem zwiększania prędkości, kwestie interakcji między kołem a torem stają się jeszcze bardziej dotkliwe. Wyjściem z tej sytuacji jest zastosowanie silników indukcyjnych liniowych (LIM).
Należy zauważyć, że po raz pierwszy potrzeba LAD pojawiła się w XIX wieku. Nie rozpowszechniły się jednak ze względu na swoją wagę i wymiary. W ZSRR rozwój LAD rozpoczął się około 1920 roku od ich zastosowania w instalacjach szokowych (napęd elektryczny). To są prace M.P. Kostenko, Y.S. Japolskiego. Następnie, już w okresie powojennym, LAD otrzymały dalszy rozwój w badaniach podstawowych przez G.I. Szturman, AI Walden i wielu innych naukowców.
Siła trakcyjna wytwarzana przez silnik indukcyjny liniowy jest spowodowana interakcją pola roboczego stojana (element podstawowy położony na ERS lub po drodze) z prądy elektryczne, zaindukowany w reaktywnej szynie w elemencie wtórnym, który jest rozłożonym wirnikiem, czyli w istocie jest przeciętą maszyną asynchroniczną (rys. 3.20).
gdzie V 1 jest prędkością pola roboczego cewki indukcyjnej.
Oczywiście jednym z elementów powinna być cała długość odcinka pracy tego silnika. Dlatego takie maszyny są wykonane albo z krótkim elementem pierwotnym, albo z krótkim elementem wtórnym. I podniecaj tylko te sekcje powyżej (lub poniżej), przez które przechodzi wirnik. Wydawałoby się, że wszystko jest proste, ale trudność polega na wytworzeniu siły nie tylko przesunięcia poziomego, ale także zawieszenia magnetycznego, czyli siły bocznej. Ponadto zwiększone odstępy między elementami pierwotnymi i wtórnymi zniekształcają pola magnetyczne, powodując niezrównoważony strumień magnetyczny.
Ten element należy usunąć za pomocą dodatkowych cewek. Oznacza to, że jest wiele trudności, ale wszystkie stopniowo są pokonywane. Obecnie powstały już prototypy taboru z silnikami trakcyjnymi liniowymi.
4. WARUNKI PRACY SILNIKÓW TRAKCYJNYCH
Obciążenia mają znaczący wpływ na osiągi silnika.
Warunki pracy są takie, że prąd silnika trakcyjnego zmienia się co minutę, zmienia się również prędkość. Jednocześnie zarówno jeden, jak i drugi wskaźnik może, zarówno przez długi czas, utrzymywać stałość wartości, jak i gwałtownie się zmieniać (ryc. 1.1).
W pociągach elektrycznych obciążenia prądowe są bardziej stabilne (rys. 4.2) i, ze względu na stosunkowo duże bicia, generalnie silniki pociągów elektrycznych przegrzewają się mniej.
Trudna praca silników i napięcia. Zmiana napięcia zgodnie z GOST 6962-75 może mieścić się w następujących granicach:
- prąd stały 2000 ... 4000 V;
- prąd przemienny 19 000 ... 29 000 V.
Trudne są również warunki klimatyczne pracy silników trakcyjnych. Według GOST 2582–81 silniki muszą pracować od +40 do –60 C. Takie nagłe zmiany temperatury mogą prowadzić do pogorszenia stanu izolacji, jej szybkiego starzenia itp.
Obecnie stosuje się głównie 3 klasy izolacji (B; F; H) o różnym wzroście temperatury. Mówiąc o wpływie na silnik trakcyjny, nie można nie wspomnieć o efektach dynamicznych.
Zgodnie z GOST 2582–81 maszyny elektryczne muszą być zaprojektowane do pracy w warunkach wibracji i wstrząsów osiągających przyspieszenie 150 m / s2. Wynikowe przyspieszenie dla różne rodzaje zawieszenie to:
- podpora osiowa - 212 m/s2;
- stelaż nośny - 30 m/s2.
Wszystkie te wstrząsy mają oczywiście wpływ na mocowanie części silnika i jakość odbioru prądu.
Silniki trakcyjne należy chronić przed kurzem i brudem. Konstrukcja silników trakcyjnych zajmuje pozycję pośrednią pomiędzy konstrukcjami zamkniętymi i chronionymi, są one zamknięte przed kontaktem z części elektryczne ale nie chronione przed wilgocią i kurzem.
Jednak pomimo trudne warunki eksploatacji, w ostatnich latach udało się poprawić niezawodność silników trakcyjnych i zwiększyć ich przebiegi remontowe. Uzyskuje się to poprzez:
- opracowanie i wdrożenie uzwojenia kompensacyjnego;
- podniesienie poziomu technologicznego produkcji; zastosowanie stali elektrotechnicznej 2212 zamiast 1312 (umożliwiło to zmniejszenie wagi);
- zastosowanie taśmy z miki szklanej zamiast mycotape, co pozwoliło na zwiększenie wytrzymałości elektrycznej, odporności na wilgoć i odporności mechanicznej.
Następujące działania umożliwiły zwiększenie wskaźników:
- poprawa elementy mechaniczne konstrukcje (osłony łożyskowe, połączenia między szpulami);
- ulepszanie konstrukcji i materiałów izolacyjnych.
5. MATERIAŁY ELEKTRYCZNE,
WYKORZYSTYWANE W SILNIKACH TRAKCYJNYCH
Materiały przewodzące... Z reguły jako materiał przewodzący stosuje się miedź. Do produkcji uzwojeń stosuje się opony z drutu, taśmy i miedzi.
Stosowane są następujące rodzaje przewodów:
dla klasy termicznej B i F
dla klasy odporności cieplnej H
Liczby 1, 2, 3 odpowiadają grubości izolacji 0,23; 0,3; 8.35.
Do produkcji kolektorów stosuje się miedź z dodatkami srebra lub kadmu. Zapewnia to jakość komutacji dzięki uformowanej folii.
Materiały magnetyczne... Jak wspomniano wcześniej, rdzenie magnetyczne wykonywane są z odlewów stalowych, elektrotechnicznych i blach stalowych.
Gatunki stali elektrotechnicznej 2212, 2213, 2214.
Cechą charakterystyczną tych stali jest grubość 0,5 mm, indukcja 1,5 T i częstotliwość odwrócenia namagnesowania 50 Hz, straty wynoszą:
- stal 2212 - 5 W/kg;
- stal 2213 - 4,5 W/kg;
- stal 2213 - 4 W/kg.
Zazwyczaj przed lub po tłoczeniu stal jest powlekana materiałami elektroizolacyjnymi.
Elektryczny izolacja... W poprzednich rozdziałach wymieniono trzy klasy izolacji: B, H, F; są one podzielone przez opór cieplny (tabela 5.1).
Tabela 5.1. Charakterystyka klas izolacji
Reglamentacja jest przeprowadzana dla uzwojeń stacjonarnych, uzwojeń ruchomych (uzwojeń twornika) i kolektora. Materiały izolacyjne podano w tabeli. 5.2.
Tabela 5.2. Materiały elektroizolacyjne do systemów izolacji silników trakcyjnych
NAWIJANIE KOTWICZKI
| Rodzaj izolacji |
Klasa odporności na ciepło B, F |
Klasa odporności na ciepło h |
| Izolacja cewki |
LSEC-5-TPl ŁSK-110-TPl LSEP-934-TPl Elmicatherm 524019 |
Przewód PSDKT Przewód PPIPK-2 PM-40 |
| Izolacja korpusu cewek | LSEC-5-TPl ŁSK-110-TPl Elmicatherm 524019 LSEP-934-TPl LSU LSM |
LSPM LSK-SS LIKO- TT |
|
Izolacja rowka: - skrzynka z rowkami - klin szczelinowy |
Isoflex 191 Syntoflex 515 Syntoflex 616 STEF |
Imidoflex 292 Syntoflex 818 ST-ETF |
| Izolacja międzypłytowa kolektora |
ŻYCIE, KIFE-A Elmikaplast 1440 |
KIFE-N, KIFK Elmikaplast 1440 |
| Mankiety do mankietów | Elmikaform 323 Pl |
Elmikaform 325, 325 po południu, FIFK-TPl |
| Bandaż | LSBE-155 | LSBE-180 |
| Izolacja międzywarstwowa | Elmika 423 STEF | Elmika 425 |
| Masy impregnujące |
FL-98, ML-92, PE-933 Związek epoksydowo-bezwodnikowy Mieszanka poliestrowa |
KO-916, Związek poliestroimidowy |
uzwojenie stojana: cewka główna i pomocnicza
uzwojenie stojana: cewka kompensacyjna
| Rodzaj izolacji |
Klasa odporności na ciepło B, F |
Klasa odporności na ciepło h |
| Izolacja cewki |
ŁSK-110-TPl LSEC-5-TPl Elmicatherm 524019 |
PM-40 |
| Izolacja szafy |
ŁSK-110-TPl LSEC-5-TPl Elmicatherm 524019 |
PM-4040 |
| Izolacja rowka |
Isoflex 191 Syntoflex 515 Syntoflex 616 |
Imidoflex 292 Syntoflex 818 |
Syntoflex to dwuwarstwowa lub wielowarstwowa kompozycja składająca się z folii poliestrowej i papieru poliestrowego, impregnowana żywicą po stronie papieru. Służy do izolacji rowków, osłony klina, izolacji międzywarstwowej maszyn elektrycznych niskiego napięcia w układzie izolacyjnym o klasie odporności cieplnej B (130°C). W połączeniu z bardziej odpornymi na ciepło kompozycjami impregnacyjnymi dozwolone jest stosowanie z długotrwałym dopuszczalnym temperatura pracy 155°C. Żywotność 30 000 godzin.
ML, FL- lakiery na bazie modyfikowanego gliftu o różnych właściwościach w zależności od marki.
Imidoflex- materiał izolacyjny, którego podstawą jest folia poliamidowa, włókno szklane, kompozycja epoksydowo-kauczukowa.
Do klasy B obejmują materiały na bazie miki i związków epoksydowo-poliestrowych.
DO klasa F obejmują taśmy na bazie lakieru epoksydowo-poliestrowego EP-934. Sama taśma to mika.
DO klasa H obejmuje papier azbestowy o grubości od 0,2 do 1 mm, mikanity, folię poliamidową.
6. CHARAKTERYSTYKA I WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW TRAKCYJNYCH
6.1. Dane znamionowe i graniczne silników trakcyjnych
Nominalnymi i definiującymi parametrami maszyn trakcyjnych są prąd, moc i sprawność odpowiadające określonemu trybowi pracy ustalonemu przez normę.
Istnieją dwa takie tryby dla maszyn trakcyjnych:
- godzina;
- długoterminowy.
Tryb godzinowy- jest to tryb pracy silnika z takim prądem na stole probierczym przez 1 godzinę, z przewidzianym dla tego trybu wzbudzeniem i normalnie działającą wentylacją, która nie powoduje, że temperatura jego części przekroczy temperaturę otoczenia powyżej norm ustanowiony dla tej klasy izolacji.
Tryb długi- jest określany przez najwyższy prąd, jak również godzinowy, ale gdy silnik pracuje na stanowisku probierczym przez nieograniczony czas. Parametry pracy ciągłej uważa się za nominalne dla lokomotywy elektrycznej:
i ∞ , r ∞ , n ∞ , η ∞ .
Dane znamionowe silników trakcyjnych podane są na specjalnych tabliczkach, które są przymocowane do nieusuwalnej części silnika trakcyjnego. Wskazują:
1) znak towarowy producent;
2) rodzaj (silnik, generator) maszyny;
3) typ maszyny;
4) rodzaj prądu;
5) nominalne tryby pracy;
6) najwyższa prędkość eksploatacyjna n;
7) nominalny stopień wzbudzenia;
8) masa maszyny;
9) rok produkcji samochodu;
10) oznaczenie normy, z którą maszyna jest zgodna;
11) klasa izolacji.
Oczywiście, jak każda maszyna, silnik trakcyjny ma pewne cechy.
6.2. Charakterystyka magnetyczna i obciążeniowa silnika trakcyjnego
Charakterystyka magnetyczna maszyny to zależność strumienia magnetycznego Ф od magnetycznej siły napędowej (mds) F cewki bieguna głównego lub proporcjonalna do prądu wzbudzenia w Ι (często zamiast w Ф f I), wykorzystuje się zależności
С п = f Ι в
(6.1)С v Ф = f Ι в
(6.2)gdzie 60 n p C a; 1000 60 v nb C C D;
n С - strukturalny stała maszyny;
p jest liczbą par biegunów;
a - liczba par równoległych gałęzi uzwojenia twornika;
N to liczba przewodów uzwojenia twornika;
– przełożenie transmisja trakcyjna;
b D - średnica opaski.
Charakterystyka obciążenia jest zależnością Ф f F lub w Ф f dla różnych w I, ale stałej I I. Krzywe te uwzględniają efekt rozmagnesowania I I. Charakterystyki magnetyczne uzyskuje się poprzez obliczenie obwodu magnetycznego maszyny.
W przypadku 4-biegunowego silnika trakcyjnego bez uzwojenia kompensacyjnego obwód magnetyczny jest przedstawiony na ryc. 6.1.
Charakterystyka magnetyczna na biegu jałowym maszyny jest określona przez kilka wartości strumienia magnetycznego, które można określić w następujący sposób:
gdzie U - napięcie na kolektorze;
n n to częstotliwość obrotów w trybie nominalnym. Zazwyczaj ustawiane lub określane na podstawie potrzeb operacyjnych.
Siłę magnesującą cewki bieguna głównego wyznacza się przez zsumowanie wszystkich napięć magnetycznych na odcinkach obwodu magnetycznego. Indukcja na stronach
gdzie Si jest przekrojem poszczególnych odcinków obwodu magnetycznego. Należy pamiętać, że strumień magnetyczny bieguna i rdzenia rdzenia definiuje się jako
Ф „= ФФ , (6.5)
gdzie jest współczynnik rozpraszania strumienia magnetycznego głównych biegunów.
Przekroje odcinków obwodu magnetycznego można określić w następujący sposób: szczelina powietrzna
S = α τ l i , (6.6)
gdzie jest współczynnik nakładania się bieguna;
ja to długość kotwicy;
- podział biegunów
Ryż. 6.1. Szkic obwodu magnetycznego silnika trakcyjnego
szkielet
dla I l 0 0 i S h; (6.8)
w i 0 0 2 i S h; (6.9)
gdzie 0 h to grubość szkieletu;
zęby kotwiące
1/3 / 2 z iya i S K Z Z p, (6.10)
gdzie ia K jest współczynnikiem wypełnienia pakietu kotew stalą;
1/3 Z - szerokość zębów o 1/3 ich wysokości; ;
Z to liczba zębów. rdzeń kotwicy
0,5 2 2 0,65 i z i czas s d h d n d k, (6.11)
gdzie I D jest średnicą kotwicy;
z h jest wysokością zębów;
i D - średnica wewnętrzna pakietu kotew;
bp n - liczba rzędów kanałów wentylacyjnych;
w d - średnica kanału;
rdzeń biegun
m ja un S w K, (6.12)
gdzie m in jest szerokością rdzenia bieguna;
un K jest współczynnikiem wypełnienia rdzenia słupa stalą.
Jeśli maszyna ma uzwojenie kompensacyjne, to powierzchnia przekroju zębów
zko zko ko un S w Z К, (6.13)
gdzie zko in - szerokość zęba uzwojenia kompensacyjnego;
do Z - liczba zębów na słupie.
Spadek napięcia szczeliny powietrznej
8 c w c F w, (6.14)
gdzie jest równoważna szczelina powietrzna; ;
w B - indukcja w szczelinie powietrznej;
w K - współczynnik szczeliny powietrznej (uwzględnia konstrukcję przekładni twornika)
gdzie 1 t jest zębatym podziałem twornika;
1 Z - szerokość zęba na obwodzie kotwy.
Do maszyn z uzwojeniem kompensacyjnym
10 10 kV w zko t K K in. (6.16)
Mając wartość indukcji magnetycznej dla odpowiedniej stali można wyznaczyć wartości i H natężenia pola magnetycznego.
Spadek napięcia na stalowych odcinkach obwodu magnetycznego
ja ja ja F Н L, (6.17)
gdzie i H - natężenie pola magnetycznego na ohm i odcinku obwodu magnetycznego;
i L - długość linii siły w tym odcinku obwodu magnetycznego.
Ze względu na dodatkową szczelinę powietrzną między biegunem a rdzeniem występuje dodatkowy spadek napięcia magnetycznego
0,8 mies. m K B, (6,18)
gdzie m B jest indukcją w rdzeniu bieguna.
o o o m m zko zko z z i i w mies F H L H L H h H h H L F F (6.19)
aby obliczyć charakterystykę Ф f F.
Konieczne jest wykonanie obliczeń dla różnych wartości strumienia magnetycznego (0,5F; 0,25F itd.).
Przy obliczaniu silników wzbudzenia szeregowego
/ w o w I I F, (6.20)
gdzie in jest liczbą zwojów uzwojenia wzbudzenia.
Prąd twornika można wykorzystać do określenia odpowiedzi twornika, a następnie zależności Ф f F pod obciążeniem
o wiersz F F K F, (6.21)
gdzie Rząd K jest współczynnikiem rozmagnesowania twornika (uzyskanym empirycznie).
Krzywą namagnesowania pokazano na ryc. 6.2. F f w I
Charakterystyka magnetyzacji jest niejako podstawą, która służy jako podstawa do obliczania wszystkich innych (operacyjnych) charakterystyk pracy silników.
6.3. Wydajność silnika
Charakterystyki pracy silników są podzielone na:
- do elektromechaniki;
- trakcja elektryczna;
- trakcja;
- moc.
Charakterystyka elektromechaniczna- zależność prędkości n, momentu obrotowego M i sprawności od prądu I.
Charakterystyka trakcji elektrycznej Są zależnościami prędkości lokomotywy V, stycznej siły trakcyjnej F i sprawności 0 na obręczy kół napędowych na I (prąd).
Charakterystyka trakcji nazwany zależnością siły pociągowej silnika (lub lokomotywy) od prędkości lokomotywy.
Charakterystyka mocy nazwany zależnością mocy od prędkości lokomotywy.
6.3.1. Charakterystyka elektromechaniczna
Prędkość obrotowa silnika jest określona wzorem
k d n U I r n С Ф, (6.22)
gdzie dr jest rezystancją obwodu prądowego silnika trakcyjnego. Moment elektromagnetyczny można uzyskać z równania mocy elektromagnetycznej
en E P E I C Fn I lub / 0,974 e e R M n; (6.23)
Me 0,974 Cn. (6.24)
Część czasu poświęca się na pokonanie wewnętrznych sił oporu.
0,974 / mech mag w M R R R n, (6,25)
gdzie futro Р - straty mechaniczne; mag Р - straty spowodowane odwróceniem namagnesowania stali; w P - straty wentylacyjne.
Moment obrotowy na wale silnika
0.974 / pl n mech mag w M M M S F I R R R n. (6.26)
6.3.2. Charakterystyka trakcji elektrycznej
Charakterystykę prędkości uzyskuje się z zależności n f I przez proste przeliczenia:
k d v U I r V С Ф, (6.26 а)
0,188 n przeciwko b C C D. (6.27)
gdzie U - napięcie na kolektorze;
ja jest prądem silnika;
dr jest rezystancją wszystkich uzwojeń;
v С - stała strukturalna zespołu koło-silnik;
Ф - strumień magnetyczny;
- przełożenie;
b D - średnica opaski.
Styczna siła uciągu na obręczy koła
3 2 / kb F M D, (6.28)
gdzie 3 to sprawność przekładni zębatej;
b D to średnica obręczy koła.
6.4. Sprawność i utrata silnika
Straty w silnikach trakcyjnych (i ogólnie w maszynach elektrycznych) składają się z elektrycznego e P, magnetycznego mag P, dodatkowego d P i mechanicznego mecha P
dv e mag mech dob R R R R R R R. (6.29)
Oczywiście, aby obliczyć te straty, konieczne jest określenie wszystkich odpowiednich formuł.
Straty elektryczne
2 e d u R I r I U, (6.30)
gdzie d r jest rezystancją wszystkich uzwojeń silnika;
Ush - spadek napięcia na stykach szczotek (zwykle 2 ... 3 V).
Straty magnetyczne występują, gdy rdzeń twornika jest odwrócony namagnesowany. Są one determinowane przez konkretne ubytki w zębach i korpusie szkieletu
magik z z z i i r k r m r m, (6.31)
gdzie c K jest współczynnikiem strat magnetycznych w stali twornika.
Jest to współczynnik empiryczny uwzględniający wzrost strat w stali spowodowany niedoskonałym mieszaniem, umocnieniem przez zgniot podczas tłoczenia oraz dodatkowymi stratami bez obciążenia:
1,5 / 50 0,8 s Kp, (6,32)
gdzie 1,5 / 50 p - straty właściwe w stali elektrycznej przy indukcji 1,5 TL i częstotliwości 50 Hz (W / kg); i m jest masą stali jarzma kotwicy; z m masa stali warstwy zębatej twornika; ja p - specyficzne straty magnetyczne w jarzmie twornika; i p - specyficzne straty magnetyczne w warstwie zębatej twornika.
Masę jarzma (lub korpusu) kotwicy określa wzór
2 2 2 2 4. p i k k iya s m D h D m d K, (6.33)
gdzie hп jest wysokością rowka twornika;
i D jest średnicą otworu na tuleję, na której narysowany jest rdzeń twornika;
k m - liczba kanałów wentylacyjnych;
k d średnica kanałów wentylacyjnych;
iya K - współczynnik wypełnienia pakietu kotew stalą;
ja to długość kotwicy;
i = 7850 kg / m3 - gęstość.
W podobny sposób określa się masę warstwy zębatej
z i p p p i uya z m D h Z w h K, (6.34)
gdzie Z jest liczbą zębów kotwy; p in - szerokość rowka kotwiącego, m.
Specyficzne straty w jarzmie twornika są określone wzorem
2 2 0,044 5,6 0,01 st z p f f B (6,35)
i w zęby
2 2 0,044 5,6 0,01 z i i z p f f B, (6,36)
gdzie I f jest częstotliwością odwrócenia twornika;
60 i p n f, (6.37)
gdzie p jest liczbą par biegunów; n to częstotliwość obrotów.
Straty mechaniczne w silniku zależą od następujące czynniki:
- straty tarcia w łożyskach twornika;
- straty tarcia szczotek na kolektorze;
- straty spowodowane tarciem o powietrze i wentylację podczas samowentylacji.
Straty tarcia w łożyskach tocznych twornika wynoszą około 0,2% godzinowej mocy silnika trakcyjnego, kW,
0,002 szt. h R R. (6.38)
Drugie z powyższego zestawienia straty zależą od siły tarcia szczotek o kolektor oraz od prędkości obrotowej i określane są jako
ff p S, (6.39)
gdzie 0,25 ... 0,29 u f jest współczynnikiem tarcia szczotek na kolektorze; u S to całkowita powierzchnia szczotek; sh p to nacisk szczotek na kolektor.
Wtedy straty są następujące:
9,81 kch PF V, (6,40)
gdzie Vkch jest prędkością liniową kolektora. Są to straty w trybie godzinowym.
W przypadku zmiany trybu, a także podczas wykreślania charakterystyk sprawności, straty w łożyskach i tarcie szczotek o kolektor zostaną określone ze wzoru
n p p p p p n, (6.41)
gdzie n, h n - częstotliwość rotacji w trybie zadanym i godzinowym.
W przypadku samowentylacji występują dodatkowe straty spowodowane oporami powietrza
9,81 / wew w P QH, (6,42)
gdzie Q jest przepływem powietrza m3 / s;
Н - głowa kg · s / m2;
c - sprawność wentylatora.
Dodatkowe straty d P zwykle obejmują straty związane z prądami wirowymi w miedzi uzwojenia twornika. Są one z reguły spowodowane zniekształceniem pola magnetycznego reakcji twornika.
Istnieje kilka sposobów określenia straty przyrostowej. Najprostszym z nich jest wyznaczenie strat jako procentu strat magnetycznych zgodnie z wykresem (rys. 6.3).
Zatem mając straty w silniku można wyznaczyć sprawność, odniesioną do wału silnika, jako
1 do dwóch dwa do U I Р Р U I U I. (6.43)
Jeśli maszyna jest w trybie generatora
1 1 k k dv k U I U I Р Р U I. (6.44)
Sprawność związana z felgami jezdnego zestawu kołowego,
gdzie 3 to sprawność przekładni zębatej. Zwykle 3 wyznacza się z wykresu w funkcji mocy.
W ten sposób wyznaczane są zależności opisujące charakterystykę trakcji elektromechanicznej i elektrycznej. Postać tych cech pokazano na ryc. 6.4.
Pozostaje określić charakterystykę trakcyjną, czyli zależność
do F f V. 39 V, FK I FK V 0
Ryż. 6.4. Ogólna forma charakterystyka trakcji elektromechanicznej i elektrycznej silnika elektrycznego
Przy danej prędkości ruchu siłę ciągu można wyznaczyć za pomocą równań mocy realizowanych na obręczy koła
/ 0,367 tys. k P F V, (6.46)
skoro k k o P U I, to
0,367/k o F U I V. (6.47)
7. ZASADY REGULACJI TRYBU
OBSŁUGA SILNIKÓW TRAKCYJNYCH
W warunkach eksploatacyjnych konieczna jest ciągła zmiana trybów pracy silnika, utrzymując prąd i siłę trakcyjną w dopuszczalnych lub wymaganych granicach. To samo można powiedzieć o szybkości.
Aby wyraźnie zobaczyć, który z parametrów silnika trakcyjnego można regulować, ponownie piszemy wzór na obliczenie prędkości
(7.1)
Z tego równania widać, że prędkość można kontrolować, zmieniając napięcie na kolektorze, zmieniając prąd i strumień magnetyczny.
Załóżmy, że wzór jest napisany dla jednej wartości prędkości V 1 i napięcie U k1 to jeśli napięcie stało się U k2, to charakterystykę prędkości można przeliczyć ze wzoru
(7.2)
W lokomotywach elektrycznych prądu przemiennego stosowana jest albo krokowa regulacja napięcia poprzez sekcjonowanie uzwojenia transformatora VL80k, albo płynna regulacja - za pomocą regulatorów tyrystorowych VL80r, VL85, 2 (3) ES5K.
W lokomotywach elektrycznych prądu stałego stosuje się zwykle dwie metody regulacji napięcia. Jest to przełączenie liczby silników połączonych szeregowo, czyli zmiana tzw. grupowania silników C, SP, P, lub włączenie reostatów rozruchowych w obwód silnika, zmniejszenie ze względu na spadek napięcia na je i napięcie na silnikach trakcyjnych.
W takim przypadku napięcie na silniku można określić jako
(7.3)
gdzie Uс - napięcie sieci stykowej;
n c - liczba silników połączonych szeregowo w sieci;
m- liczba silników równoległych;
r n jest rezystancją wyjściowego reostatu.
Następnie prędkość, gdy rezystancja jest włączona, zostanie określona jako
(7.4)
Jak już wspomniano, możesz dostosować prędkość i zmieniając strumień magnetyczny. Osiąga się to na kilka sposobów:
1) rozcięcie zwojów głównych biegunów;
2) zmiana prądu wzbudzenia (z niezależnym wzbudzeniem);
3) bocznikując uzwojenie wzbudzenia rezystorem.
Najpierw metoda jest bardzo droga i niewygodna, ponieważ jej wdrożenie wymaga złożoności konstrukcji maszyny.
druga- nie zaimplementowano dla silników o wzbudzeniu szeregowym.
Trzeci sposób Najpopularniejszy. Uzwojenie pola jest bocznikowane przez rezystor i połączony szeregowo z nim bocznik indukcyjny. Bocznik jest zainstalowany w celu ochrony silników przed nagłymi skokami napięcia. Jego obecność pozwala na stosunkowo płynną zmianę prądu w silniku podczas skoków napięcia.
Stopień regulacji jest szacowany przez współczynnik wzbudzenia β :
gdzie i s, i nv - prąd w uzwojeniu przy osłabionym i pełnym wzbudzeniu.
W celu uzyskania charakterystyk prędkości przy osłabionym wzbudzeniu zwykle stosuje się metodę opartą na przybliżonej równości strumieni magnetycznych przy tej samej prędkości ruchu w przypadku pełnego i osłabionego wzbudzenia (rys. 7.1).
Uzyskanie zależności ciągu od prądu przy osłabionym wzbudzeniu (ryc. 7.2) opiera się na fakcie, że przy prądach i nb i i s strumienie magnetyczne są w przybliżeniu równe F ow F nv:
(7.6)
Stopień osłabienia pola zależy od dopuszczalnego naprężenia międzywarstwowego. Do maszyn z uzwojeniem kompensacyjnym β
maks. = 0,2 ... 0,4.
Zwyczajowo ocenia się właściwości regulacyjne maszyny za pomocą współczynnika regulacji:
DO p = DO n β maks. -1, (7,7)
gdzie DO n = 1,6 ... 2 - współczynnik nasycenia. Zwykle z nowoczesnymi silnikami.
Davydov Yu.A.
Elektryczne maszyny trakcyjne. Instruktaż
Chabarowsk. Wydawnictwo FVGUPS. 2013
Strona 1 z 21
Dążenie do korzystania z najprostszej maszyny elektrycznej - asynchronicznej silnik klatkowy- związany z całą historią rozwoju trakcji elektrycznej. Jednak kwestia powszechnego wprowadzenia asynchronicznych silników trakcyjnych pojawiła się dopiero po pojawieniu się urządzeń sterowanych półprzewodnikowo mocy - tyrystorów. Szybki rozwój technologii półprzewodnikowej jest kluczem do sukcesu w powszechnym wykorzystaniu taboru elektrycznego (ERS) z asynchronicznymi silnikami trakcyjnymi, które rozpoczęło się w latach 70-tych.
W pierwszej krajowej lokomotywie elektrycznej VL80 z asynchronicznymi silnikami trakcyjnymi (ATD), tyrystory TL200 o prądzie 200 A i napięcie robocze 800 V. Tyrystory dla prądów do 2500 A i napięcia roboczego do 4500 V. Na każdy silnik trakcyjny lokomotywy elektrycznej VL80 przypadało około 180 tyrystorów TL200. W miarę rozwoju produkcji tyrystorów dla jednego silnika trakcyjnego, w połączeniu falownika zostanie zastosowanych 6-12 tyrystorów. Jeżeli masa przekształtnika tyrystorowego na 1kVA mocy wynosiła początkowo 5-8 κγ / (κΒ · Α), to dla bardziej zaawansowanej lokomotywy elektrycznej E-120 wskaźnik ten wynosi 1,05 κγ / (κΒ Jeszcze bardziej uderzający jest postęp w rozwoju podstaw elementów mikroelektronicznych układów sterowania. Układy scalone i mikroprocesory radykalnie upraszczają urządzenia systemu sterowania i zwiększają ich niezawodność. Tempo rozwoju w tym obszarze jest takie, że co 5-10 lat pojawia się nowa generacja urządzeń.
Przekształtniki wielu typów wymagają wymuszonej komutacji tyrystorów, co wiąże się z koniecznością komplikowania obwodu przekształtnika i stosowania kondensatorów, których masa jest nadal znacząca. Opracowywane są i są już stosowane tyrystory nowego typu, które są blokowane przez elektrodę sterującą. Ich szerokie zastosowanie pozwoli drastycznie zmniejszyć masę przekształtników na jednostkę mocy, uprościć je i zwiększyć ich niezawodność.
Istnieją zatem wystarczające przesłanki dla powszechnego wprowadzenia asynchronicznego napędu trakcyjnego zarówno w transporcie kolejowym, jak i miejskim.
Kiedy jest używany w trakcja elektryczna asynchroniczny napęd trakcyjny, można uzyskać następujące korzyści:
- znaczne uproszczenie silnika trakcyjnego w stosunku do silnika kolektorowego i zwiększenie jego niezawodności (nie ma potrzeby codziennej kontroli zespołu kolektor-szczotka);
- zwiększenie niezawodności wyposażenia elektrycznego nadwozia dzięki zastosowaniu bezstykowych urządzeń do konwersji energii;
- poprawa właściwości trakcyjne lokomotywy elektryczne ze względu na zastosowanie sztywnej charakterystyki trakcyjnej podczas poślizgu. Istnieją wyniki eksperymentalne wskazujące na możliwość zwiększenia współczynnika przyczepności o 20-40%)