Motoarele asincrone cu colivie de veveriță sunt foarte simple ca design; ei posedă fiabilitate ridicatăîn funcțiune, cost redus de fabricație și reparații, mai puțin dimensiunile per totalși greutate în comparație cu motoarele electrice curent continuu, nu necesită întreținere specială, cu excepția observării rulmenților, izolației, conexiunilor de contact și au proprietăți de tracțiune satisfăcătoare. Când viteza rotorului crește peste cea sincronă (frecvența de rotație a câmpului magnetic), acestea trec automat la modul generator fără nicio comutare, ceea ce simplifică circuit electric atunci când se utilizează frânarea electrică.
Alături de avantaje, motoarele electrice asincrone au o serie de dezavantaje care complică utilizarea acestora pe materialul rulant. Caracteristica de pornire a unui motor cușcă veveriță la o frecvență de curent constantă nu oferă accelerații mari, deoarece cuplul de pornire este relativ mic și crește la valoare maximă cu viteza crescândă. Controlul vitezei motorului este dificil. Distanța de aer dintre stator și rotor este foarte mică. Creșterea jocului crește masa și dimensiunea motorului. Pornirea unui motor electric cu un rotor cu colivie de veveriță este asociată cu pierderi mari de putere și încălzirea înfășurărilor.
Progresele în tehnologia semiconductoarelor de putere și echipamentele de automatizare fac posibilă crearea de convertoare de frecvență statice fiabile și economice cu dimensiuni și greutate acceptabile pentru locomotivele diesel. Aceasta determină aplicația practică în tracțiunea diesel a transmisiei de curent alternativ cu motoare electrice asincrone scurtcircuitate, mai ales că pentru locomotivele diesel cu
Orez. 3.23. Tracţiune motor asincron ED-900 (secțiuni longitudinale și transversale):
1 - arbore; 2- mașină de spălat; Rulmenți cu 3 role; 4 - scuturi de rulment; 5- mânecă; 6 - miez de rotor; Înfășurare cu 7 statoare; Eu sunt nucleul statorului; 9-clădire (schelet); 10 carcasă de protecție; 1 / - înfășurarea rotorului scurtcircuitată; 12 - canelură în miezul rotorului; 13- canelură în miezul statorului; 14- maree; 15 conductă de ventilație; 16- cutie de borne; 17- găuri de ventilație în miezul rotorului cu motorină cu o putere mai mare de 2940 kW în secțiune atunci când se utilizează motoare de tracțiune continuă, va fi necesar să le complicați semnificativ proiectarea (utilizați schelete prefabricate sau sudate, înfășurări de compensare etc. sau creșteți numărul de axe). Harkov planta "Electrotyazhmash" ei. Lenin, locomotiva diesel Voroshilovgrad le plantează. Revoluția din octombrie și planta electromecanică din Tallinn numită după. Kalinin a creat o locomotivă diesel simulată TE120 cu o capacitate de 2940 kW cu o transmisie de curent alternativ, care utilizează motoare asincrone cu tracțiune cu veveriță ED-900 (Fig. 3.2.3) cu suspensie de cadru (vezi Tabelul 3.4).
V mașini de tracțiune circuitul magnetic ax AC realizat din foi de oțel electric nu poate servi simultan ca schelet al mașinii (stabilitate insuficientă a formei sale), prin urmare este fixat în carcasa statorului. Grosimea pereților corpului (cadrului) este determinată din condițiile de rezistență și împerechere cu alte părți ale mașinii: scuturi de capăt, părți ale conductelor de aer etc.
Părțile principale ale motorului sunt stator, rotor și scuturi de capăt cu rulmenți. Statorul include o carcasă 9, un miez 8, un înfășurat 7 și șaibe de împingere. Corpul rotund turnat are nervuri de rigidizare axiale interne care formează canale pentru aerul de răcire a statorului. Cadrul are două trape pentru intrarea și ieșirea aerului. Trapa de ieșire este echipată cu o carcasă de protecție care împiedică pătrunderea apei în motor (la spălarea cărucioarelor).
Pachetul stator este asamblat din foi de oțel electric pe prisme speciale și fixat cu șaibe de presiune. Înfășurarea statorului (bucla cu dublu strat) este plasată în canelurile miezului statorului și fixată în ele cu pene izolatoare. Părțile frontale ale bobinei de înfășurare a statorului sunt fixate cu inele conice. Statorul plăgii este măcinat de-a lungul prismelor și presat în carcasă. Izolația din carcasa înfășurării statorului este realizată din folie de poliamidă. Rotorul include un arbore 1, un manșon (miez) 5, un miez de 6 "și o înfășurare 1 /.
Un manșon sub formă de țeavă este presat pe arbore, iar pe acesta se află un miez de rotor realizat din foi de oțel electric. Înfășurarea scurtcircuitată se realizează sub forma unei „cuști pentru veverițe” prin umplerea canelurilor și a capetelor miezului cu aliaj de aluminiu. Distanța de aer dintre stator și rotor I, G> mm Proiectarea ansamblurilor lagăre este similară cu ansamblurile lagăre ale motoarelor de tracțiune DC.
EXCITANȚI, GENERATOARE AUXILIARE ȘI MOTORI ELECTRICE
INFORMAȚII TEHNICE
„Centrul regional pentru tehnologii inovatoare”
Tutorial
Capitolele 1-7
Ministerul Transporturilor din Federația Rusă
Agenție federală transport feroviar
Instituția de învățământ bugetar de stat federal
studii superioare profesionale
Universitatea de Transport de Stat din Extremul Orient
Departamentul "Material rulant electric"
Yu.A. Davydov, A.K. Plyaskin
Mașini electrice de tracțiune.
Tutorial
1.
2.
3.
3.1. Metode de suspensie pentru motoarele de tracțiune
3.2. Diagramele cinematice ale acționărilor de tracțiune
3.3. Elemente structurale ale unui motor de tracțiune continuu
3.4. Caracteristici de proiectare ale motoarelor de tracțiune AC
3.5. Caracteristici de proiectare și perspective pentru utilizarea motoarelor liniare
4.
5.
6.
6.1. Date nominale și limită ale motoarelor de tracțiune
6.2. Caracteristicile magnetice și de încărcare ale motorului de tracțiune
6.3. Performanța motorului
6.3.1. Caracteristici electromecanice
6.3.2. Caracteristici de tracțiune electrică
6.4. Coeficient acțiune utilăși pierderi de motor
7.
8. COMUTAREA MOTORILOR DE TRACȚIE DC
8.1. Criterii pentru evaluarea calității comutării
8.2. Comutarea în cadrul proceselor de staționare
8.3. Cauze electromagnetice ale arcului
9. CONDIȚII POTENȚIALE LA COLECTOR
9.1. Distribuția inducției și tensiunii
9.2. Modalități de îmbunătățire a rezistenței potențiale
9.3. Polii suplimentari și compensarea acestora pentru emf reactiv
9.4. Înfășurarea compensației și influența acesteia asupra condițiilor potențiale
9.5. Lumină rotundă pe galeria motorului de tracțiune
10. PULSAREA MOTORILOR DE TRACȚIE ACTUALĂ
10.1. Modalități externe de a netezi ondularea
10.2. Comutarea componentei de curent alternativ
10.3. Componenta cuplului variabil
10.4. Caracteristicile procesului de comutare a motoarelor cu curent pulsatoriu
10.5. Determinarea componentei variabile ekp
10.6. Compensarea emf reactiv cu poli suplimentari ai motoarelor de curent pulsatoriu
10.7. Modalități de îmbunătățire a comutării motoarelor de tracțiune cu curent pulsatoriu
11. PROCESE NESIGURATE ÎN CIRCUITUL MOTOR DE TRACȚIE
11.1. Tipuri de tranzitori
11.2. Influența fluxurilor de vortex în circuitele magnetice pe parcursul proceselor tranzitorii
11.3. Influența inductanței înfășurărilor mașinii de tracțiune asupra proceselor tranzitorii
11.4. Influența parametrilor circuitelor externe asupra tranzitorilor
11.5. Măsuri de atenuare a fluxului de tranzitori
12. ÎNCĂLZIREA ȘI RĂCIREA MAȘINILOR ELECTRICE CU TRACTOR
12.1. Exces permis temperaturile
12.2. Teoria clasică a încălzirii unui solid omogen
13. VENTILAREA MOTORILOR DE TRACTIE
13.1. Mașini autoventilate
13.2. Aerisire independentă
13.3. Calculul ventilației mașinilor electrice de tracțiune
14. MOTORI DE TRACȚIE AC
14.1. Motoare asincrone. Noțiuni de bază.
14.2. Principiul de control al motorului de tracțiune asincron
14.3. Forme de curenți de fază și tensiuni ATD
14.4. Momente din armonici de timp superioare de curent și flux de aceeași ordine
14.5. Factorul de putere și eficiența ATD
15. MAȘINI AUXILIARE ȘI CONVERTITORI DE MAȘINI
15.1. Scopul și clasificarea mașinilor auxiliare
15.2. Caracteristici de proiectare a mașinilor auxiliare ale materialului rulant electric în curent continuu
15.3. Mașini auxiliare de curent alternativ
15.4. Motor ventilator
15.5. Motor-compresoare
15.6. Pompe cu motor
15.7. Separatoare de faze
15.8. Generatoare de motoare și generatoare de comandă
15.9. Separatoare de tensiune
16. TESTE DE MAȘINI ELECTRICE DE TRACTIE
17. ÎNTREȚINEREA ȘI REPARAȚIA MAȘINILOR ELECTRICE
17.1. Defecțiuni majore ale mașinilor electrice
17.2. Motor de tracțiune NB-520V
CONCLUZIE
LISTA BIBLIOGRAFICĂ
Mașini electrice de tracțiune.
Tutorial
1. PRINCIPALELE ETAPE DE DEZVOLTARE INTERNĂ
ȘI INGINERIE ELECTRICĂ MONDIALĂ
2. INFORMAȚII DE BAZĂ DESPRE MAȘINILE ELECTRICE DE TRACTIE
Clasificarea mașinilor electrice de tracțiune. Terminologie. Definiții. Programare
Tracţiune mașini electrice(TEM) sunt numite mașini electrice concepute să funcționeze ca motoare, generatoare, convertoare pe material rulant de toate tipurile.
Mașinile electrice de tracțiune sunt clasificate:
1) după scop:
- pentru motoare de tractiune;
- generatoare de tracțiune;
- mașini auxiliare;
2) după natura curentului:
- pentru curent continuu (ondularea curentului nu depășește 10%);
- curent pulsatoriu;
- mașini colectoare curent alternativ monofazat de frecvență industrială și redusă;
- mașini asincrone de curent alternativ trifazat (sau polifazat);
3) prin metoda de protecție împotriva influențelor externe:
- pentru protejat;
- rezistent la stropire;
- închis;
4) prin răcire:
- cu ventilație independentă;
- autoventilație;
- suflat;
- răcire naturală;
5) după tipul de excitație:
- cu entuziasm independent;
- excitație paralelă;
- excitare secvențială;
- entuziasm mixt.
Motor electric de tracțiune (TED) numită mașină electrică concepută pentru a converti energia electrică în munca mecanica cheltuit cu mișcarea trenului. În prezent, materialul rulant electric (ERS) este utilizat în principal pentru motoarele de tracțiune cu curent continuu și pulsatoriu. Cu toate acestea, există pași tentativi către crearea locomotivelor electrice cu motoare asincrone și cu supape.
Prin mașini auxiliare sunați la motoarele electrice utilizate pentru acționarea compresoarelor care furnizează aer comprimat
- sisteme de frânare și acționări electropneumatice ale dispozitivelor de tracțiune, ventilatoare;
- divizoare de faze;
- divizoare de tensiune;
- generatoare de curent de service;
- generatoare de motoare.
Motoarele cu ventilator sunt utilizate pentru răcirea motoarelor de tracțiune și a redresoarelor.
Separatoarele de fază sunt proiectate pentru a converti un curent monofazat într-un curent trifazat, care este utilizat pentru alimentarea motoarelor asincrone ale altor mașini auxiliare.
Separatoarele de tensiune (mașini cu colector dublu) sunt fabricate pentru a alimenta motoarele altor mașini auxiliare cu o tensiune care este jumătate din tensiune rețea de contact.
Generatoarele de curent de service sunt proiectate pentru a genera electricitate cu o tensiune de 50 ... 1100 V pentru alimentarea cu energie a circuitelor de control și semnalizare.
Unitățile de excitație motor-generator sunt utilizate pe ERS pentru a alimenta înfășurările de excitație în timpul frânării electrice.
3. CONSTRUCȚIA MOTORILOR DE TRACȚIE
3.1. Metode de suspensie pentru motoarele de tracțiune
Motorul de tracțiune este o mașină electrică încorporată în boghiul EPS. Această circumstanță lasă o anumită amprentă asupra dimensiunilor și designului său, inclusiv tipul de suspensie al motorului de tracțiune în boghiul.
Există două tipuri de suspensii:
- suport axial;
- cadru de sprijin.
V primul caz motorul este susținut pe una dintre părțile sale prin intermediul unor rulmenți motor-axiali pe arborele osiei ansamblului de roți, iar pe cealaltă parte, prin intermediul blocurilor de cauciuc-metal, la cadrul boghiului.
La cadru de sprijin Când este suspendat, întregul motor este atașat de cadrul boghiului printr-un sistem de suspensie care amortizează impactul căii asupra acestuia.
Schema de fixare și transmisie a momentului în timpul suspendării cadrului de sprijin depinde de sistemul de transmisie al acestui moment. Smochin. 3.1 se poate observa că motorul, atunci când o parte este susținută-suspendată axial, se sprijină pe axa ansamblului de roți și percepe în mod natural toate forțele transmise din cale. În acest caz, accelerația ajunge la 21g.
Dacă motorul este complet aruncat, ca și în cazul suspensiei cadrului, accelerația este de doar 3g.
Cu suport axial, designul transmisiei este extrem de simplu, dar acest tip de suspensie necesită o creștere a rezistenței mecanice a elementelor motorului de tracțiune, iar fiabilitatea colecției curente este eliminată.
O diagramă schematică a montării motorului pentru suport axial este prezentată în Fig. 3.1.
Când este suspendată de un cadru, structura devine mult mai complicată. Necesitatea de a amplasa manșonul articulat în cavitatea interioară necesită o creștere a diametrului armăturii. Ungerea și revizuirea sunt dificile. Prin urmare, suspensia cadru de sprijin este utilizată numai pentru viteze mai mari de 120 km / h și la metrou pentru a reduce zgomotul.
Este recomandat să vă uitați la proiectarea motoarelor cu suspensie cadru de susținere în cartea de M.D. Nakhodkin la p. 67-68.
Considera diagrame cinematice angrenaje de tracțiune.
3.2. Diagramele cinematice ale acționărilor de tracțiune
Cea mai simplă este transmisia cu suport axial. De obicei este pe două fețe sau pe o singură față. Aceste unelte sunt prezentate schematic în Fig. 3.2.
Cu transmisie în două sensuri, cutia de viteze este fabricată din roți dințate și roți elicoidale pentru a asigura o transmisie uniformă a cuplului. În plus, este necesar să se asigure mișcarea radială a armăturii cu 8 ... 10 mm. & Transmisie cu suspensie cadru suport în fig. 3.3.
O altă metodă de acționare este foarte rar utilizată - aceasta este o acțiune de grup, atunci când un motor de tracțiune acționează mai multe perechi de roți în rotație, dar cutia de viteze în acest caz este greoaie, costisitoare și complicată (Franța).
Aranjamentul general al unei astfel de acționări poate fi văzut pe exemplul acționării de grup (mono-motor) a locomotivei diesel SS72000, unde a fost utilizat și ambreiajul Alstom. Un motor electric instalat deasupra cadrului unui boghi cu trei axe și situat de fapt în corpul locomotivei transmite cuplul de tracțiune la cutia de viteze de tracțiune prin cutia de viteze de transfer, care constă dintr-o serie de roți antrenate și intermediare conectate în serie (Fig. 3.4).
Având în vedere schemele cinematice ale tracțiunilor de tracțiune, aș dori să mă opresc asupra elementelor proiectării armăturii, în special a celor care apar pe aproape toate motoarele de tracțiune. Vom lua ca bază un motor de tracțiune al designului de susținere axială, deoarece acesta este cel mai comun motor pe EPS al Federației Ruse.
3.3. Elemente structurale ale unui motor de tracțiune continuu
Elemente de design ancoră... În această secțiune, ne vom concentra pe scurt pe principalele elemente structurale fără a intra în prea multe detalii. Acest lucru se datorează faptului că atunci când executați proiect de curs informațiile necesare vor fi studiate în continuare și vor fi luate în considerare fiecare (sau majoritatea elementelor) motor de tracțiune.
Arborele armăturii motorului de tracțiune servește la conectarea tuturor părților armăturii și ca structură de susținere a acestor piese, precum și la transmiterea cuplului de la motor prin angrenaj la roata dințată (Fig. 3.5).
Restul canelurilor sunt destinate atașării altor unități ale motorului de tracțiune și pot varia în funcție de design. De obicei, acestea sunt suprafețe de așezare pentru capace (scuturi), inele de labirint etc. Rigiditatea arborelui trebuie să fie astfel încât sarcini maxime, inclusiv cele electrice, nu au dus la deviere și ancora, montată pe arbore, nu a atins stâlpii. Rugozitatea suprafețelor de așezare trebuie să fie de cel puțin gradul 7.
Pentru a oferi arborelui rezistența necesară, toate modificările de diametru ale acestuia se fac fără probleme, fără caneluri inelare și chei.
Miezul armăturii motorului de tracțiune... Miezul armăturii motorului de tracțiune servește la transmiterea fluxului magnetic, fixarea înfășurării și este una dintre cele mai importante părți ale motorului de tracțiune (Fig. 3.6).
De obicei, miezul este colectat pe manșon (Fig. 3.7).
Orez. 3.7. Manșon armat
Dacă diametrul armăturii este mai mic de 350 mm (DZ Miezul armăturii este format din plăci stivuite, care sunt presate pe manșonul armăturii și apoi, împreună cu manșonul, sunt așezate pe arborele armăturii, formând o singură structură cu ea și cutia de armătură. Aspect foaia pachetului de ancorare este prezentată în Fig. 3.8.
Pentru a preveni puful, foile exterioare sunt realizate din oțel cu grosimea de 1 mm și sunt fixate prin sudare. Șanțurile sunt măcinate și mâneci izolante sunt introduse în ele, de la margini, pentru a evita frecare izolației.
Ansamblul colectorului... Colectorul este un dispozitiv de comutare electromecanică.
Colectorul este un dispozitiv foarte încărcat și cu mașini moderne este la limita utilizării posibilităților de materiale și tehnologie. Fiecare placă colectoră este conectată la o secțiune de înfășurare a armăturii corespunzătoare. Plăcile sunt de obicei peste 300.
Colectoarele arcuite sunt de obicei utilizate în motoarele de tracțiune. Plăcile colectoare sunt de cupru, trapezoidale, izolate una de alta prin garnituri de micanită.
Aspectul plăcii colectoare și fixarea acesteia pot fi reprezentate așa cum se arată în fig. 3.9.
Întreaga structură formează un colector, iar manșonul său este împins pe manșonul armăturii. Gulerele de micanită și un cilindru sunt utilizate pentru a izola conul de strângere și manșonul de pe plăcile colectorului. Colectorul necesită o îngrijire specială în timpul asamblării. Suprafața de lucru a colectorului nu trebuie să depășească 0,04 mm. Prin urmare, colectorul este presurizat și înșurubat în același timp. În acest caz, se formează presiune laterală între plăci - un distanțier arcuit, datorită căruia forțele de frecare emergente împiedică deplasarea plăcilor una față de cealaltă (Fig. 3.10).
După asamblare, se face o canelură la colector pentru a exclude strângerea golurilor interlaminate cu cupru și pentru a îndepărta bavurile, împiedicând periile să se rupă și să rupă comutarea.
Înfășurarea armăturii... Conductorii, așezați în pozițiile armăturii și conectați la plăcile colectoare, formează înfășurarea armăturii.
La motoarele de tracțiune, înfășurarea se face sub formă de secțiuni sau bobine. Această secțiune conține mai multe conductoare dreptunghiulare din cupru. După tipul de conexiune dintre ele și așezare, bobinele sunt împărțite (Fig.3.11):
- pe val;
- buclată;
- „broască”.
Pentru motoarele de tracțiune, se folosesc de obicei înfășurări de undă și buclă. Mai mult, înfășurarea valurilor este utilizată pentru motoare de până la aproximativ 500 kW (Fig. 3.12).
Înfășurările motorului de tracțiune sunt izolate într-un mod special. Există trei tipuri principale de izolație:
- bobina;
- carcasa;
- tegumentar.
Izolarea bobineiîn toate motoarele este realizat cu bandă de sticlă-mică, într-un singur strat (fiecare conductor).
Izolarea dulapului este principala, aceasta este izolarea pachetului de conductori. Grosimea sa este determinată de magnitudinea stresului și de tipul materialelor. O garnitură izolantă este introdusă între secțiuni (dacă sunt în aceeași canelură).
Acoperirea izolării- acesta este stratul superior de izolație din canelură - servește la protejarea secțiunilor de deteriorări mecanice. Secțiunea este fixată în canelură cu pene. De obicei, acestea sunt secțiuni textolite secționate sau fag (recent sunt rareori folosite). Suprapunerile de înfășurare față și spate sunt lipite. Poate fi fie o bandă metalică, fie nemetalică.
Elemente structurale ale scheletului... Scheletul motoarelor de tracțiune de curent continuu și curent pulsatoriu este un circuit magnetic și, în același timp, un corp de susținere pentru scuturile de capăt și un sistem de poli. De regulă, cadrul este turnat din oțel de 25L. Grosimea sa este selectată pe baza inducției magnetice necesare.
Lungimea scheletului este de o dată și jumătate lungimea stâlpului principal. Acolo unde fluxul magnetic nu trece, grosimea miezului este cu 15 ... 20 mm mai mică. Pe partea exterioară sunt prevăzute urechi pentru atașarea lagărelor axelor motorului, a trapelor etc. Polii principali și suplimentari sunt atașați la suprafața interioară. Pentru mașinile cu 4 poli, sunt realizate urechi speciale la interior pentru fixarea stâlpilor, deoarece cadrul nu este rotund (Fig. 3.13).
Pe partea laterală a colectorului există o trapă de ventilație, precum și o trapă pentru intretinere de rutina cu un aparat colector-perie.
Polii principali și auxiliari... Miezul stâlpilor principali este realizat din foi de oțel mat ștampilate. Tehnologia de fabricație și setul sunt aproximativ aceleași cu cele ale ancorei inimii, foile finale sunt sudate pentru sudarea prin puncte (Fig. 3.14).
Pentru mașinile cu înfășurare de compensare, canelurile sunt realizate la stâlpii principali pentru așezarea acestuia.
Polii principali sunt atașați la miez și țin înfășurarea câmpului.
Polul principal este prezentat în Fig. 3.15.
În motoarele de tracțiune, bobinele polului principal sunt realizate din cupru dreptunghiular cu bare, înfășurate în principal pe o margine.
Izolarea turn-to-turn se realizează în funcție de clasa de izolație necesară F sau H. Există unele abateri în execuția bobinelor polilor principali din serie și a motoarelor de excitație independente. Acestea din urmă au o înfășurare multi-turn, iar curentul este de 3 ... 5 ori mai mic decât curentul armăturii.
Cabluri de conectare rezistente la temperaturi ridicate.
Bobinele de compensare sunt realizate separat, iar secțiunile finite sunt introduse în sloturile polilor principali.
Bobineînfășurările de câmp sunt produse în trei moduri:
- în versiunea monobloc;
- cu izolație monolitică;
- cu izolație non-monolitică.
În primul caz, bobina împreună cu stâlpul principal sunt umplute cu compus și uscate în cuptoarele F.
În al doilea caz, bobina este uscată separat după compus. Într-o versiune non-monolitică, bobina este impregnată cu un compus termoplastic.
Pentru a îmbunătăți fixarea bobinei, se introduce un distanțier în formă de undă între ea și pol, care comprimă bobina. Stâlpii principali sunt fixați de cadru prin șuruburi cu șaibe de arc.
Polii suplimentari sunt instalate între polii principali și servesc la îmbunătățirea condițiilor de comutare.
În motoarele moderne de tracțiune cu curent pulsatoriu, miezurile sunt realizate dintr-un set de foi electrice de oțel.
Pentru motoarele de curent continuu, miezurile sunt fabricate din oțel laminat. Uneori se realizează o garnitură diamagnetică între miezul și miezul polului suplimentar.
Bobina de poli suplimentari este înfășurată pe o margine îngustă. Izolația virajelor și a bobinei este în general similară cu cea a bobinei polului principal. Vederea exterioară a polului suplimentar este prezentată în Fig. 3.16.
3.4. Caracteristici de proiectare ale motoarelor de tracțiune AC
În ingineria electrică cu tracțiune, sa acumulat experiență în utilizarea motoarelor asincrone, cu supape și liniare. Până în prezent, nu există o opinie fermă cu privire la utilizarea preferențială a oricăruia dintre acestea pentru toate tipurile de material rulant. Fiecare dintre motoare are propriile sale avantaje și dezavantaje.
Această secțiune va lua în considerare caracteristicile de proiectare ale acestor mașini electrice.
Cadrul, scuturile de capăt, arborele pot fi realizate aproape la fel. Statorul motorului fără perii se face mare datorită necesității de localizare a senzorilor pentru a controla poziția rotorului. Structural, statorii unui motor cu inducție și un motor fără perii practic nu diferă. Rotorul motorului cu inducție este realizat fie cu tije din aluminiu, fie din cupru. Rotorul motorului fără perii poate fi realizat numai sub formă de poli implicit.
Ca exemplu de motor de tracțiune asincron, putem cita o secțiune a motorului NTA350 instalat pe trenurile electrice ER9T, ER9 (Fig. 3.17).
Caracteristicile de proiectare ale unui motor de tracțiune asincron (ATM) sunt asociate cu instalarea acestuia pe EPS. Aceasta predetermină designul său atât în ceea ce privește metoda de montare, cât și puterea.
Orez. 3.17. Secțiunea longitudinală a ATD NTA350:
1 - miez statoric; 2 - miez de rotor; 3, 24 pereți laterali turnați; 4 - înfășurarea statorului; 5 - disc de ventilație; 6 - butuc ventilator; 7, 21 - scuturi de capăt; 8, 17 - capace portante; 9, 15 - rulmenți; 10, 14 - pini; 11, 13 - sigiliile labirintului; 12 - toba; 16 - șaibă de împingere; 18 - partea din butuc a scutului rulmentului; 19 - roată dințată; 20 - element de lectură; 21 - top parte scut de capăt; 22 - inel scurtcircuitat; 23 - inel de bandă; 25 - placă de oțel; 26 - miez rotor
Adesea, cadrul ATD are o formă rotundă cu elemente pentru atașarea motorului de tracțiune la cadrul boghiului. Corpul este realizat din diverse, inclusiv aliaje de aluminiu cu nervuri de rigidizare.
Pentru înfășurarea statorului folosiți numai caneluri dreptunghiulare deschise. Mai mult, există câteva caracteristici în fixarea înfășurării statorului.
În ATD, este de dorit să se utilizeze pene magnetice realizate prin presare din diferite materiale magnetice. Acest lucru reduce factorul de aerisire și reduce ondularea fluxului magnetic.
Înfășurarea statorului are, de asemenea, unele particularități în comparație cu înfășurările mașinilor de curent continuu. În înfășurarea statorică a ADT, datorită frecvenței crescute a tensiunii de alimentare, care, de regulă, atinge valori de 140 Hz, curentul este deplasat pe suprafața înfășurării și pierderile cresc.
Pierderile de deplasare sunt reduse prin alegerea unei secțiuni transversale a conductorului rațional și poziționarea acestuia în slot. În ATD, conductorii sunt localizați în principal „plat”.
Înfășurarea rotorului (Fig. 3.18). Înfășurarea rotorului este supusă unor constrângeri serioase și cerințe de proiectare. În timpul pornirii, încălzirea înfășurării rotorului (precum și a înfășurării statorului) poate fi semnificativă. În plus, fixarea înfășurării trebuie să fie fiabilă, deoarece atunci când începeți pe vreme rece, să zicem cu o temperatură de –60 C, în scurt timp înfășurarea se încălzește până la 100 ... 150 C. Aceasta este o temperatură foarte mare diferență. Pentru a îmbunătăți disiparea căldurii, este necesar să aveți o potrivire strânsă între tijele de înfășurare a rotorului și pereți. Tija trebuie să fie fixată elastic în canelură.
Pentru motoarele asincrone cu o putere de până la 300 kW, este de obicei folosit ca metodă pentru fabricarea unei înfășurări a rotorului, umplând canelurile cu un aliaj de aluminiu.
Cu toate acestea, metoda turnării are un dezavantaj semnificativ: datorită calității turnării, se formează cavități care schimbă rezistența tijelor și, prin urmare, puterea mașinii. Când mașina este utilizată individual, nu contează cu adevărat. Dar pe EPS, unde unitățile cu roți sunt selectate în funcție de caracteristicile lor, acest fapt este de o mare importanță. În acest sens, tijele sunt realizate în avans, presate și așezate în caneluri.
De obicei, următoarele tipuri de caneluri și metode pentru așezarea tijelor sunt utilizate în ADT (Figura 3.19).
Înfășurarea rotorului prezentată în fig. 3.18, este avansat tehnologic și are elasticitate la intrarea în inelul de scurtcircuit, dar din cauza absenței unui element elastic în canelură, tijele se pot slăbi. În fig. 3.19, a, b, c prezintă tije lipsite de aceste neajunsuri, dar tehnologia lor de fabricație este mai complicată.
Orez. 3.18. Înfășurarea rotorului
În cele din urmă, câteva cuvinte despre gura de aer și ventilație. De regulă, jocul în ATD este mai mic decât în motoarele de curent continuu și se ridică la 2,5 ... 3 mm. Răcirea este similară cu motoarele de curent continuu - este ventilație axială cu canale în rotor și stator. Vorbind despre tendințele moderne în ingineria electrică de tracțiune, nu se poate să nu menționăm motoarele de tracțiune liniare.
3.5. Caracteristici de proiectare și perspective pentru utilizarea motoarelor liniare
Până în prezent, la EPS sunt utilizate diverse motoare: curent continuu și supapă, asincron. Dar toți au o singură proprietate: transmit efort tractiv pe setul de roți. În acest caz, forța de tracțiune este limitată de sarcina pe osie și de coeficientul de aderență:
(3.1)
Pentru o creștere semnificativă a forței de tracțiune, este necesară creșterea sarcinii pe osie (ceea ce nu se poate face infinit în ceea ce privește rezistența căii și a osiei), sau coeficientul de aderență, care este, de asemenea, dificil în condiții de șine netede. În plus, odată cu tendința emergentă de creștere a vitezei, problemele interacțiunii dintre roată și cale devin și mai acute. O cale de ieșire din această situație se găsește în utilizarea motoarelor cu inducție liniară (LIM).
Trebuie remarcat faptul că, pentru prima dată, nevoia de LAD a apărut în secolul al XIX-lea. Cu toate acestea, nu s-au răspândit din cauza greutății și dimensiunilor lor. În URSS, dezvoltarea LAD a început în jurul anului 1920 cu utilizarea lor în instalații de șoc (acționare electrică). Acestea sunt lucrările lui M.P. Kostenko, Y.S. Yapolsky. Apoi, deja în perioada postbelică, LAD a primit dezvoltarea lor ulterioară în cercetarea fundamentală de G.I. Shturman, A.I. Walden și o serie de alți oameni de știință.
Forța de tracțiune dezvoltată de un motor de inducție liniar este cauzată de interacțiunea câmpului de rulare al statorului (elementul principal așezat pe ERS sau pe drum) cu curenți electrici, introdus în magistrala reactivă în elementul secundar, care este un rotor desfășurat, adică, în esență, este o mașină asincronă tăiată (Fig. 3.20).
unde V 1 este viteza câmpului de rulare al inductorului.
Bineînțeles, unul dintre elemente ar trebui să fie întreaga lungime a secțiunii de funcționare a acestui motor. Prin urmare, astfel de mașini sunt fabricate fie cu un element primar scurt, fie cu un element secundar scurt. Și excitați doar acele secțiuni de mai sus (sau de mai jos) pe care le trece rotorul. S-ar părea că totul este simplu, dar dificultatea constă în crearea unei forțe nu numai a deplasării orizontale, ci și a suspensiei magnetice, adică a unei forțe laterale. În plus, decalajele crescute dintre elementele primare și secundare distorsionează câmpurile magnetice, provocând flux magnetic dezechilibrat.
Această componentă trebuie îndepărtată folosind bobine suplimentare. Adică, există o mulțime de dificultăți, dar toate sunt treptat depășite. În prezent, au fost deja create prototipuri de material rulant cu motoare de tracțiune liniare.
4. CONDIȚII DE FUNCȚIONARE A MOTORILOR DE TRACȚIE
Sarcinile au un efect semnificativ asupra performanței motorului.
Condițiile de funcționare sunt de așa natură încât curentul motorului de tracțiune se schimbă în fiecare minut, iar viteza se schimbă, de asemenea. În același timp, atât indicatorul, cât și celălalt, pot, atât pentru o lungă perioadă de timp, să mențină constanța valorilor, cât și să se schimbe brusc (Fig. 1.1).
În trenurile electrice, sarcinile curente sunt mai stabile (Fig. 4.2) și, datorită modurilor de funcționare relativ mari, în general, motoarele electrice ale trenurilor se supraîncălzesc mai puțin.
Funcționarea dificilă a motoarelor și a tensiunii. Schimbarea tensiunii în conformitate cu GOST 6962-75 poate fi în următoarele limite:
- curent continuu 2000 ... 4000 V;
- curent alternativ 19.000 ... 29.000 V.
Condițiile climatice pentru funcționarea motoarelor de tracțiune sunt, de asemenea, dificile. Conform GOST 2582–81, motoarele trebuie să funcționeze de la +40 la –60 C. Astfel de schimbări bruște de temperatură pot duce la deteriorarea izolației, îmbătrânirea rapidă a acesteia etc.
În prezent, sunt utilizate în principal 3 clase de izolație (B; F; H) cu creștere diferită a temperaturii. Vorbind despre efectele asupra motorului de tracțiune, nu putem decât să ne oprim asupra efectelor dinamice.
În conformitate cu GOST 2582–81, mașinile electrice trebuie să fie proiectate să funcționeze în condiții de vibrații și șocuri, atingând o accelerație de 150 m / s2. Accelerația rezultată pentru tipuri diferite suspendarea este:
- suport-axial - 212 m / s2;
- cadru de sprijin - 30 m / s2.
Toate aceste șocuri, desigur, afectează fixarea pieselor motorului și calitatea colecției actuale.
Motoarele de tracțiune trebuie protejate de praf și murdărie. Proiectarea motoarelor de tracțiune ocupă o poziție intermediară între proiectele închise și cele protejate, acestea sunt închise de la contactul cu piese electrice dar nu protejat de umezeală și praf.
Cu toate acestea, în ciuda condiții dificile funcționare, în ultimii ani a fost posibilă îmbunătățirea fiabilității motoarelor de tracțiune și creșterea funcționării acestora. Aceasta se obține prin:
- dezvoltarea și implementarea înfășurării compensatorii;
- creșterea nivelului tehnologic de producție; utilizarea oțelului electric, 2212 în loc de oțelul 1312 (acest lucru a făcut posibilă reducerea greutății);
- utilizarea benzii de sticlă-mica în locul benzii micotice, care a făcut posibilă creșterea rezistenței electrice, a rezistenței la umiditate și a rezistenței mecanice.
Următoarele măsuri au permis creșterea indicatorilor:
- îmbunătățire elemente mecanice structuri (scuturi de rulmenți, conexiuni între tamburi);
- îmbunătățirea structurilor și materialelor izolante.
5. MATERIALE ELECTRICE,
FOLOSIT ÎN MOTORI DE TRACTIE
Materiale conductoare... De regulă, cuprul este utilizat ca material conductiv. Pentru fabricarea înfășurărilor se utilizează anvelope de sârmă, bandă și cupru.
Sunt utilizate următoarele tipuri de fire:
pentru clasa termică B și F
pentru clasa de rezistență la căldură H
Numerele 1, 2, 3 corespund grosimii izolației de 0,23; 0,3; 8.35.
Pentru fabricarea colectoarelor, se utilizează cupru cu aditivi de argint sau cadmiu. Acest lucru asigură calitatea comutării datorită filmului format.
Materiale magnetice... După cum sa menționat mai devreme, miezurile magnetice sunt fabricate din turnare de oțel, electrică și din tablă de oțel.
Oțel electric clasele 2212, 2213, 2214.
Caracteristicile acestor oțeluri au o grosime de 0,5 mm, cu o inducție de 1,5 T și o frecvență de inversare a magnetizării de 50 Hz, pierderile sunt:
- oțel 2212 - 5 W / kg;
- oțel 2213 - 4,5 W / kg;
- oțel 2213 - 4 W / kg.
De obicei, înainte sau după ștanțare, oțelul este acoperit cu materiale izolatoare electrice.
Electric izolatie... În secțiunile anterioare, au fost menționate trei clase de izolație: B, H, F; acestea sunt împărțite la rezistența la căldură (Tabelul 5.1).
Tabelul 5.1. Caracteristicile claselor de izolație
Rationarea se efectuează pentru înfășurări staționare, înfășurări mobile (înfășurări ale armăturii) și un colector. Materialele izolante sunt prezentate în tabel. 5.2.
Tabelul 5.2. Materiale electroizolante pentru sisteme de izolare a motoarelor de tracțiune
AVENTURA DE ANCORA
| Tipul de izolație |
Clasa de rezistență la căldură B, F |
Clasa de rezistență la căldură H |
| Izolarea bobinei |
LSEC-5-TPl LSK-110-TPl LSEP-934-TPl 524019. Elmicatherm |
Fir PSDKT Sârmă PPIPK-2 PM-40 |
| Izolarea corpului bobinelor | LSEC-5-TPl LSK-110-TPl 524019. Elmicatherm LSEP-934-TPl LSU LSM |
LSPM LSK-SS LIKO-TT |
|
Izolația canelurilor: - cutie cu caneluri - pană slot |
Isoflex 191 515. Syntoflex 616. Syntoflex STEF |
292. Imidoflex 818. Syntoflex ST-ETF |
| Izolarea interlamelară a colectorului |
KIFE, KIFE-A 1440. Elmikaplast |
KIFE-N, KIFK 1440. Elmikaplast |
| Manșete multiple | Elmikaform 323 Pl |
Elmikaform 325, 325 PM, FIFK-TPl |
| Bandaj | LSBE-155 | LSBE-180 |
| Izolație între straturi | Elmika 423 STEF | 425 |
| Compuși de impregnare |
FL-98, ML-92, PE-933 Compus epoxid-anhidrid Compus din poliester |
KO-916, Compus poliesterimidic |
ÎNVOLTARE STATOR: Bobine principale și auxiliare
AVENTURA STATORULUI: bobina compensatoare
| Tipul de izolație |
Clasa de rezistență la căldură B, F |
Clasa de rezistență la căldură H |
| Izolarea bobinei |
LSK-110-TPl LSEC-5-TPl 524019. Elmicatherm |
PM-40 |
| Izolarea dulapului |
LSK-110-TPl LSEC-5-TPl 524019. Elmicatherm |
PM-4040 |
| Izolația canelurilor |
Isoflex 191 515. Syntoflex 616. Syntoflex |
292. Imidoflex 818. Syntoflex |
Syntoflex este o compoziție cu două straturi sau multistrat constând din folie de poliester și hârtie din poliester, impregnată cu rășină pe partea de hârtie. Se folosește pentru izolarea canelurilor, capacul de pană, izolarea interstraturii a mașinilor electrice de joasă tensiune într-un sistem de izolație de clasă de rezistență la căldură B (130 ° C). În combinație cu compoziții de impregnare mai rezistente la căldură, este permisă utilizarea cu un permis pe termen lung temperatura de lucru 155 ° C. Durata de viață 30.000 de ore.
ML, FL- lacuri pe bază de gliftal modificat cu proprietăți diferite în funcție de marcă.
Imidoflex- material izolant, a cărui bază este pelicula de poliamidă, fibra de sticlă, compoziția epoxidică-cauciucată.
La clasa B includ materiale pe bază de compuși de mică și epoxi-poliester.
LA clasa F includ benzi pe bază de lac epoxi-poliester EP-934. Banda în sine este mică.
LA clasa H include hârtie de azbest cu grosimea de 0,2 până la 1 mm, micaniți, folie de poliamidă.
6. CARACTERISTICI ȘI PROPRIETĂȚI A MOTORILOR DE TRACȚIE
6.1. Date nominale și limită ale motoarelor de tracțiune
Parametrii nominali și definitori ai mașinilor de tracțiune sunt curentul, puterea și eficiența corespunzătoare unui anumit mod de funcționare stabilit de standard.
Există două astfel de moduri pentru mașinile de tracțiune:
- ora;
- termen lung.
Modul orar- acesta este un mod de funcționare a unui motor cu un astfel de curent pe o bancă de testare timp de 1 oră, cu excitație prevăzută pentru acest mod și ventilație de funcționare normală, care nu face ca temperatura părților sale să depășească temperatura ambiantă peste standardele stabilit pentru această clasă de izolație.
Mod lung- este determinat de curentul cel mai mare, precum și de orar, dar când motorul funcționează pe banca de testare pentru un timp nelimitat. Parametrii de funcționare continuă sunt considerați nominali pentru o locomotivă electrică:
Eu ∞ , R ∞ , n ∞ , η ∞ .
Datele nominale ale motoarelor de tracțiune sunt date pe plăci speciale, care sunt atașate la partea care nu poate fi detașată a motorului de tracțiune. Acestea indică:
1) marcă producător;
2) tipul (motorul, generatorul) mașinii;
3) tipul de mașină;
4) felul curentului;
5) moduri de operare nominale;
6) cea mai mare viteză de funcționare n;
7) gradul nominal de excitație;
8) greutatea mașinii;
9) anul de fabricație al mașinii;
10) desemnarea standardului la care se conformează mașina;
11) clasa de izolație.
Bineînțeles, ca orice mașină, un motor de tracțiune are anumite caracteristici.
6.2. Caracteristicile magnetice și de încărcare ale motorului de tracțiune
Caracteristica magnetică a mașinii este dependența fluxului magnetic Ф de forța magnetică de acționare (mds) F a bobinei polului principal sau proporțională cu curentul de excitație din Ι (adesea în loc de în Ф f I), se utilizează dependențele
С п Ф = f Ι в
(6.1)С v Ф = f Ι в
(6.2)unde 60 n p C a; 1000 60 v n b C C D;
n С - structural constantă a mașinii;
p este numărul de perechi de poli;
a - numărul de perechi de ramuri paralele ale înfășurării armăturii;
N este numărul de conductori de înfășurare a armăturii;
– raport de transmisie transmisie de tracțiune;
b D - diametrul benzii.
Caracteristica de încărcare este dependența de Ф f F sau în Ф f pentru diferite în I, dar constante I I. Aceste curbe iau în considerare efectul demagnetizant al I I. Caracteristicile magnetice sunt obținute prin calcularea circuitului magnetic al mașinii.
Pentru un motor de tracțiune cu 4 poli fără înfășurare de compensare, circuitul magnetic este așa cum se arată în fig. 6.1.
Caracteristica magnetică la ralanti a mașinii este determinată de mai multe valori ale fluxului magnetic, care pot fi determinate după cum urmează:
unde să U - tensiune pe colector;
n n - viteza în modul nominal. De obicei stabilit sau determinat pe baza nevoilor operaționale.
Forța de magnetizare a bobinei polului principal se găsește prin însumarea tuturor tensiunilor magnetice de-a lungul secțiunilor circuitului magnetic. Introducere pe site-uri
unde Si este secțiunea transversală a secțiunilor individuale ale circuitului magnetic. Trebuie avut în vedere faptul că fluxul magnetic al polului și nucleului miezului este definit ca
Ф "= σФ , (6.5)
unde este factorul de disipare al fluxului magnetic al polilor principali.
Secțiunile secțiunilor circuitului magnetic pot fi determinate după cum urmează: golul de aer
S = α τ l i , (6.6)
unde este coeficientul suprapunerii polului;
i este lungimea ancorei;
- diviziunea polilor
Orez. 6.1. Schița circuitului magnetic al motorului de tracțiune
schelet
pentru i l 0 0 i S h; (6,8)
la i 0 0 2 i S h; (6,9)
unde 0 h este grosimea scheletului;
dinți de ancorare
1/3 / 2 z iya i S K Z Z p, (6.10)
unde uya K este coeficientul de umplere a pachetului de ancorare cu oțel;
1/3 Z - lățimea dinților cu 1/3 din înălțimea lor; ;
Z este numărul de dinți. miez de ancorare
0,5 2 2 0,65 i z i timp s d h d n d k, (6.11)
unde I D este diametrul ancorei;
z h este înălțimea dinților;
i D - diametrul interior al pachetului de ancorare;
bp n - numărul de rânduri de conducte de ventilație;
în d - diametrul canalului;
pol de miez
m i un S în K, (6.12)
unde m in este lățimea miezului polului;
un K este factorul de umplere a miezului polului cu oțel.
Dacă mașina are o înfășurare de compensare, atunci secțiunea transversală a dinților este
zko zko ko un S în Z К, (6.13)
unde zko in - lățimea dintelui înfășurării de compensare;
la Z - numărul de dinți de pe stâlp.
Cadere de tensiune a golului de aer
8 c c c F c, (6.14)
unde este decalajul echivalent; ;
în B - inducție în golul de aer;
în K - coeficientul spațiului de aer (ia în considerare structura angrenajului armăturii)
unde 1 t este divizarea dințată a ancorei;
1 Z - lățimea dintelui de-a lungul circumferinței ancorei.
Pentru utilaje cu înfășurare de compensare
10 10 kV în zko t K K in. (6.16)
Având în vedere valoarea inducției magnetice pentru oțelul corespunzător, este posibil să se determine valorile i H ale intensității câmpului magnetic.
Cadere de tensiune pe sectiunile de otel ale circuitului magnetic
i i i F Н L, (6.17)
unde i H - intensitatea câmpului magnetic pe secțiunea ohm i a circuitului magnetic;
i L - lungimea liniilor de forță din această secțiune a circuitului magnetic.
Datorită spațiului de aer suplimentar dintre pol și miez, are loc o cădere de tensiune magnetică suplimentară
0,8 mo m F B, (6,18)
unde m B este inducția în nucleul polului.
o o o m m zko zko z z i i in mo F H L H L H h H h H L F F (6.19)
pentru a calcula caracteristicile Ф f F.
Este necesar să se facă calcule pentru diferite valori ale fluxului magnetic (0,5F; 0,25F etc.).
La calcularea motoarelor de excitație în serie
/ în o în I I F, (6.20)
unde in este numărul de ture ale înfășurării de excitație.
Curentul armăturii poate fi utilizat pentru a determina răspunsul armăturii și apoi dependența Ф f F sub sarcină
o rândul F F K F, (6.21)
unde Rândul K este coeficientul de demagnetizare a armăturii (obținut empiric).
Curba de magnetizare este prezentată în Fig. 6.2. F f în I
Caracteristica de magnetizare este, ca să zicem, cea de bază, care servește ca bază pentru calcularea tuturor celorlalte caracteristici de performanță (operaționale) ale motoarelor.
6.3. Performanța motorului
Caracteristicile de performanță ale motoarelor sunt împărțite în:
- pentru electromecanice;
- tractiune electrica;
- tractiune;
- putere.
Caracteristici electromecanice- dependența de viteza n, cuplul M și eficiența de curentul I.
Caracteristici de tracțiune electrică- aceasta este dependența vitezei locomotivei V, a forței de tracțiune tangențiale F și a eficienței 0 pe janta roților motrice pe I (curent).
Caracteristica de tracțiune numită dependența forței de tracțiune a motorului (sau a locomotivei) de viteza locomotivei.
Caracteristica puterii numită dependența puterii de viteza locomotivei.
6.3.1. Caracteristici electromecanice
Viteza motorului este determinată de formulă
k d n U I r n С Ф, (6.22)
unde d r este rezistența circuitului curentului motorului de tracțiune. Cuplul electromagnetic poate fi obținut din ecuația puterii electromagnetice
e n E P E I C Fn I sau / 0,974 e e R M n; (6,23)
Eu 0,974 Cn. (6,24)
O parte din moment este cheltuită pentru depășirea forțelor interne de rezistență.
0,974 / mech magician în M R R R n, (6,25)
unde blana Р - pierderi mecanice; mag Р - pierderi datorate inversării magnetizării în oțel; în P - pierderi de ventilație.
Cuplul pe arborele motorului
0,974 / e n mech magician în M M M S F I R R R n. (6,26)
6.3.2. Caracteristici de tracțiune electrică
Caracteristica de viteză se obține din dependența n f I prin recalculări simple:
k d v U I r V С Ф, (6,26 а)
0,188 n v b C C D. (6,27)
unde să U - tensiune pe colector;
I este curentul motorului;
d r este rezistența tuturor înfășurărilor;
v С - constanta structurală a unității roată-motor;
Ф - flux magnetic;
- raport de transmisie;
b D - diametrul benzii.
Forța de tracțiune tangențială pe janta roții
3 2 / k b F M D, (6,28)
unde 3 este eficiența transmisiei cu transmisie;
b D este diametrul jantei roții.
6.4. Eficiență și pierderea motorului
Pierderile la motoarele de tracțiune (precum și la mașinile electrice în general) sunt formate din electrice e P, magnetice magnetice P, d suplimentare și mecanice mecanice P
dv e mag mech dob R R R R R R. (6.29)
Bineînțeles, pentru a calcula aceste pierderi, este necesar să se determine toate formulele corespunzătoare.
Pierderi electrice
2 e d u R I r I U, (6.30)
unde d r este rezistența tuturor înfășurărilor motorului;
Ush - cădere de tensiune în contactele periei (de obicei 2 ... 3 V).
Pierderile magnetice apar atunci când miezul armăturii este magnetizat inversat. Acestea sunt determinate de pierderile specifice din dinți și corpul armăturii
magician cu z z i i r k r m r m, (6.31)
unde c K este coeficientul de pierdere magnetică din oțelul armat.
Acesta este un coeficient empiric care ia în considerare creșterea pierderilor de oțel datorate amestecului imperfect, întăririi lucrărilor în timpul ștanțării și pierderilor suplimentare fără sarcină:
1,5 / 50 0,8 s K p, (6,32)
unde 1,5 / 50 p - pierderi specifice în oțel electric la o inducție de 1,5 TL și o frecvență de 50 Hz (W / kg); i m este masa oțelului jugului ancorei; z m este masa oțelului stratului dințat al armăturii; i p - pierderi magnetice specifice în jugul armăturii; i p - pierderi magnetice specifice în stratul dințat al armăturii.
Masa jugului (sau corpului) ancorei este determinată de formulă
2 2 2 2 4th p i k k iya s m D h D m d K, (6.33)
unde hP este înălțimea canelurii armăturii;
i D este diametrul găurii pentru manșonul pe care este tras miezul armăturii;
k m - numărul de conducte de ventilație;
k d este diametrul conductelor de ventilație;
iya K - coeficient de umplere a pachetului de ancorare cu oțel;
i este lungimea ancorei;
i = 7850 kg / m3 - densitate.
Masa stratului dentat este determinată în mod similar
z i p p p i uya cu m D h Z în h K, (6.34)
unde Z este numărul dinților de ancorare; p in - lățimea canelurii ancorei, m.
Pierderile specifice din jugul armăturii sunt determinate de formulă
2 2 0,044 5,6 0,01 st z p f f B (6,35)
iar în dinți
2 2 0,044 5,6 0,01 z i i z p f f B, (6,36)
unde I f este frecvența inversării armăturii;
60 i p n f, (6.37)
unde p este numărul de perechi de poli; n este frecvența de rotație.
Pierderile mecanice din motor depind de următorii factori:
- pierderi de frecare la rulmenții armăturii;
- pierderi de frecare a periilor de pe colector;
- pierderi datorate fricțiunii împotriva aerului și a ventilației în timpul autoventilației.
Pierderile de frecare la rulmenții de rulare a armăturii sunt de aproximativ 0,2% din puterea orară a motorului de tracțiune, kW,
0,002 psc h R R. (6,38)
Al doilea, din lista de mai sus, pierderile depind de forța de frecare a periilor de pe colector, precum și de viteza de rotație și sunt definite ca
ff p S, (6,39)
unde 0,25 ... 0,29 u f este coeficientul de frecare a periilor de pe colector; u S este aria totală a periilor; sh p este presiunea periilor pe colector.
Atunci pierderile sunt după cum urmează:
9.81 kch insuficient P F V, (6.40)
unde Vkch este viteza liniară a colectorului. Acestea sunt pierderi în modul orar.
În cazul unei modificări a modului, precum și la trasarea caracteristicilor de eficiență, pierderile din rulmenți și din fricția periilor de pe colector vor fi determinate de formula
n P R R P n, (6.41)
unde n, h n - frecvența de rotație într-un mod dat și orar.
În cazul autoventilației, apar pierderi suplimentare din cauza rezistenței aerului
9.81 / ext în P QH, (6.42)
unde Q este debitul de aer m3 / s;
Н - cap kg · s / m2;
c - eficiența ventilatorului.
Pierderile suplimentare d P includ de obicei pierderile asociate cu curenții turbionari din cuprul înfășurării armăturii. Acestea sunt cauzate, de regulă, de distorsiunea câmpului magnetic al reacției armăturii.
Există mai multe moduri de a determina pierderea incrementală. Cea mai simplă dintre ele este determinarea pierderii ca procent din pierderea magnetică conform diagramei (Fig. 6.3).
Astfel, având pierderi în motor, este posibil să se determine eficiența, referită la arborele motorului, ca
1 la doi doi la U I P R U I U I. (6,43)
Dacă aparatul este în modul generator
1 1 k k dv k U I U I Р Р U I. (6,44)
Eficiența legată de jantele setului de roți motrice,
unde 3 este eficiența transmisiei cu transmisie. De obicei, 3 este determinat din diagramă în funcție de putere.
Astfel, se determină dependențe care descriu caracteristicile de tracțiune electromecanice și electrice. Forma acestor caracteristici este prezentată în Fig. 6.4.
Rămâne să se determine caracteristica de tracțiune, adică dependența
la F f V. 39 V, FK I FK V 0
Orez. 6.4. Forma generală caracteristicile de tracțiune electromecanice și electrice ale motorului electric
La o viteză dată de mișcare, forța de tracțiune poate fi determinată folosind ecuațiile de putere realizate pe janta roții
/ 0,367 k k P F V, (6,46)
din moment ce k k o P U I, atunci
0,367 / k despre F U I V. (6,47)
7. PRINCIPIILE DE REGLEMENTARE A MODULUI
FUNCȚIONAREA MOTORILOR DE TRACTIE
În condiții de funcționare, este necesară schimbarea continuă a modurilor de funcționare ale motorului, menținând curentul și forța de tracțiune în limite acceptabile sau solicitate. Același lucru se poate spune și pentru viteză.
Pentru a vedea clar care dintre parametrii motorului de tracțiune poate fi reglat, scriem din nou formula de calcul al vitezei
(7.1)
Din această ecuație se poate observa că viteza poate fi controlată prin schimbarea tensiunii pe colector, schimbarea curentului și a fluxului magnetic.
Să presupunem că formula este scrisă pentru o valoare a vitezei V 1 și tensiune U k1 atunci dacă tensiunea a devenit U k2, atunci caracteristica vitezei poate fi recalculată prin formulă
(7.2)
La locomotivele electrice de curent alternativ, fie reglarea tensiunii în trepte este utilizată prin secționarea înfășurării transformatorului VL80k sau reglarea lină utilizând regulatoarele de tiristor VL80r, VL85, 2 (3) ES5K.
La locomotivele electrice de curent continuu se folosesc de obicei două metode de reglare a tensiunii. Aceasta este o comutare a numărului de motoare conectate în serie, adică o schimbare în așa-numita grupare a motoarelor C, SP, P sau includerea reostatelor de pornire în circuitul motorului, o scădere din cauza căderii de tensiune ele și tensiunea pe motoarele de tracțiune.
În acest caz, tensiunea de pe motor poate fi definită ca
(7.3)
Unde Uс - tensiunea rețelei de contact;
n c - numărul de motoare conectate în serie în rețea;
m- numărul de motoare paralele;
R n este rezistența reostatului de pornire.
Atunci viteza la pornirea rezistenței va fi determinată ca
(7.4)
După cum sa menționat deja, puteți regla viteza și schimbând fluxul magnetic. Acest lucru se realizează în mai multe moduri:
1) secționarea bobinelor polilor principali;
2) o modificare a curentului de excitație (cu excitație independentă);
3) prin manevrarea înfășurării de excitație cu un rezistor.
Primul metoda este foarte costisitoare și nu este convenabilă, deoarece implementarea sa necesită complexitatea proiectării mașinii.
Al doilea- nu este implementat pentru motoarele de excitație în serie.
A treia cale Cel mai comun. Înfășurarea câmpului este manevrată de un rezistor și un șunt inductiv în serie cu acesta. Un șunt este instalat pentru a proteja motoarele de supratensiuni bruște de tensiune. Prezența sa permite curentului din motor să se schimbe relativ ușor în timpul supratensiunilor de tensiune.
Gradul de reglare este estimat de factorul de excitație β :
Unde Eu s, Eu nv - curent în înfășurare cu excitație slăbită și completă.
Pentru a obține caracteristici de viteză cu excitație slăbită, se folosește de obicei o metodă bazată pe egalitatea aproximativă a fluxurilor magnetice la aceeași viteză de mișcare în cazul excitației depline și slăbite (Fig. 7.1).
Obținerea dependenței impulsului de curent cu excitație slăbită (Fig. 7.2) se bazează pe faptul că la curenți Eu nb și Eu fluxurile magnetice sunt aproximativ egale F ov ≈ F nv:
(7.6)
Gradul de slăbire a câmpului depinde de stresul interlaminat permis. Pentru utilaje cu înfășurare de compensare β
max = 0,2 ... 0,4.
Se obișnuiește să se evalueze proprietățile de reglare ale mașinii prin coeficientul de reglare:
LA p = LA n β max -1, (7,7)
Unde LA n = 1,6 ... 2 - coeficient de saturație. De obicei cu motoare moderne.
Davydov Yu.A.
Mașini electrice de tracțiune. Tutorial
Khabarovsk. Editura FVGUPS. 2013
Pagina 1 din 21
Străduindu-vă să folosiți cea mai simplă mașină electrică - asincronă motor cușcă veveriță- asociat cu întreaga istorie a dezvoltării tracțiunii electrice. Cu toate acestea, problema introducerii pe scară largă a motoarelor de tracțiune asincrone a fost ridicată numai după apariția dispozitivelor controlate cu semiconductori de putere - tiristoarele. Dezvoltarea rapidă a tehnologiei semiconductorilor este cheia succesului în utilizarea pe scară largă a materialului rulant electric (ERS) cu motoare de tracțiune asincrone, care a început în anii '70.
La prima locomotivă electrică domestică VL80 cu motoare de tracțiune asincronă (ATD), tiristoare TL200 pentru un curent de 200 A și tensiunea de funcționare 800 V. Tiristoare pentru curenți de până la 2500 A și tensiune de funcționare de până la 4500 V. Au existat aproximativ 180 de tiristoare TL200 pentru fiecare motor de tracțiune al locomotivei electrice VL80. Pe măsură ce producția de tiristoare se dezvoltă pentru un motor de tracțiune, 6-12 tiristoare vor fi utilizate în legătura invertorului. Dacă masa convertorului de tiristor pe 1kVA de putere era inițial 5-8 κγ / (κΒ · Α), atunci pentru locomotiva electrică mai avansată E-120 acest indicator este 1,05 κγ / (κΒ Și mai izbitor este progresul în dezvoltarea bazei de elemente a sistemelor de control microelectronic. Circuitele integrate și microprocesoarele simplifică dramatic dispozitivele sistemului de control și sporesc fiabilitatea acestora. Ritmul de dezvoltare în acest domeniu este astfel încât la fiecare 5-10 ani apare o nouă generație de dispozitive.
Convertizoarele de multe tipuri necesită comutarea forțată a tiristoarelor, ceea ce este asociat cu necesitatea de a complica circuitul convertorului și de a folosi condensatori, a căror masă este încă semnificativă. Tiristoarele de un nou tip sunt în curs de dezvoltare și sunt deja utilizate, care sunt blocate de electrodul de comandă. Utilizarea lor pe scară largă va face posibilă reducerea drastică a masei de convertoare pe unitate de putere, simplificarea acestora și creșterea fiabilității acestora.
Astfel, există suficiente condiții prealabile pentru introducerea pe scară largă a unei tracțiuni asincrone atât în transportul feroviar, cât și în cel urban.
Când este utilizat în tractiune electrica Unitatea de tracțiune asincronă poate realiza următoarele avantaje:
- o simplificare semnificativă a motorului de tracțiune în comparație cu motorul colector și o creștere a fiabilității acestuia (nu este nevoie de o inspecție zilnică a ansamblului colector-perie);
- creșterea fiabilității echipamentelor electrice ale corpului datorită utilizării dispozitivelor de conversie a energiei fără contact;
- îmbunătăţire proprietăți de tracțiune locomotive electrice datorită utilizării unei tracțiuni rigide caracteristice la derapare. Există rezultate experimentale care arată posibilitatea creșterii coeficientului de aderență cu 20-40%)