Классификация электрических машин.

II часть.

 

 

 

 

Кандалакша 2016 г.

Семионов А.А

 

Классификация электрических машин.

Электрические машины, применяемые на подвижном составе можно классифицировать следующим образом:

1. По назначению:

1. ТЭД – тяговые электродвигатели;

2. Генераторы;

3. Вспомогательные машины.

2. По роду потребляемого тока:

1. Постоянного тока;

2. Пульсирующего тока;

3. Коллекторные однофазные переменного тока;

4. Асинхронные трехфазные переменного тока (без коллекторные)

3. По способу возбуждения:

1. Последовательное (серисное);

2. Параллельное (шунтовое);

3. Независимое;

4. Смешанное.

4. По способу охлаждения:

1. С принудительной независимой вентиляцией;

2. С принудительной зависимой вентиляцией;

3. С самовентиляцией;

4. С естественной вентиляцией.

 

 

Общие сведения о работе двигателя

Постоянного тока

Реакция якоря.

Реакция якоря - это влияние магнитного потока якоря «Ф_я» на магнитный поток главных полюсов «Ф_гп».

Когда нет тока в якоре, то магнитный поток главных полюсов направлен по оси полюсов и везде равномерный. Когда при вращении якоря, по проводникам якоря идёт ток, то вокруг каждого проводника якоря создаётся свой магнитный поток. Этот магнитный поток всех проводников якоря складывается и образуется общий магнитный поток якоря Ф_я, направление которого определяется по правилу буравчика.

На рисунке видно, что на набегающих краях главных полюсов Ф_я направлен согласно с Ф_гл.пол главных полюсов, отчего общий магнитный поток двигателя Ф_дв усиливается. На сбегающих краях главных полюсов, магнитный поток якоря направлен встречно с магнитным потоком главных полюсов, отчего общий магнитный поток двигателя уменьшается.

Геометрическая нейтраль (Г.Н.) — это линия, проходящая через ось двигателя, перпендикулярно оси главных полюсов.

Физическая нейтраль (Ф.Н.) — это линия, проходящая через ось двигателя перпендикулярно оси магнитного потока двигателя, наклоненного из-за реакции якоря.

В двигателях, физическая нейтраль, поворачивается относительно геометрической нейтрали, против вращения якоря на угол, величина которого зависит от тока якоря, то есть от нагрузки двигателя. После реверсирования двигателей, физическая нейтраль, будет отклоняться от геометрической, в другую сторону. Поэтому на реверсируемых двигателях, щетки всегда устанавливают на геометрической нейтрали - чтобы были одинаковые условия работы двигателя при вращении якоря в любом направлении.

Реакция якоря вредна, так как:

1. Реакция якоря является одной из главных причин кругового огня по коллектору тягового двигателя - из-за усиления общего магнитного потока на набегающих краях полюсов. Из-за этого при вращении якоря в отдельных секциях обмотки якоря, под набегающими краями полюсов, наводится повышенная ЭДС. Из-за этого, между отдельными соседними коллекторными пластинами, увеличивается междуламельное напряжение примерно до 40 В, при среднем междуламельном напряжении до 15 ÷ 20 В. Из-за этого происходит переброс дуги между соседними коллекторными пластинами, что может привести к круговому огню по коллектору тягового двигателя между плюсовой и минусовой щетками.

1. Из-за реакции якоря ухудшается коммутация тягового двигателя.

1. Из-за реакции якоря уменьшается общий магнитный поток двигателя, так как из-за явления насыщения сердечников главных полюсов, усиление общего магнитного потока двигателя на набегающих краях полюсов происходит в меньшей степени, чем ослабление общего магнитного потока двигателя на сбегающих краях полюсов.

Тяговый двигатель НБ-514.

 

Двигатель тяговый пульсирующего тока НБ-514Е предназначены для преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети, в механическую, передаваемую с вала тягового двигателя на колесную пару электровоза.

 

Техническая характеристика тягового двигателя НБ-514Б.

 

Наименование показателя

Значение

 

Номинальный режим работы

Часовой

Продолжительный

 

Номинальная мощность, кW (кВт)

820

765

 

Номинальное напряжение, V(B)

1000

 

Номинальный ток якоря, А (А)

870

810

 

Номинальная частота вращения, r/min (об/мин)

920

940

 

КПД, %

94,55

94,7

 

Расход вентилирующего воздуха при полном напоре 620 Ра (Па), не менее, m³/min (м³/мин)

70

 

Класс изоляции якорь/остов

Н/Н

 

 

Масса двигателя НБ-514Б и НБ-514Д

(без зубчатой передачи), kg (кг)

4300

 

Масса двигателя НБ-514Е

(без зубчатой передачи), kg (кг)

4350

 

Тяговый двигатель выполнен для опорно-осевого подвешивания и представляет собой шестиполюсную компенсированную электрическую машину, работающую в режиме тяги как двигатель с последовательным возбуждением, а в режиме электрического рекуперативного торможения - как генератор с независимым регулируемым возбуждением, и независимой системой вентиляции. Охлаждающий воздух подается в тяговый двигатель со стороны коллектора через вентиляционный люк. Выходит, охлаждающий воздух через окна в подшипниковом щите и два люка в остове которые закрыты сетками. Тяговые двигатель состоит из остова 1, двух подшипниковых щитов 3, шести главных полюсов 4 с компенсационной обмоткой, шести дополнительных полюсов 5, якоря 7 и щеточного механизма 6.

 

 

 

Остов.

Стальной литой цилиндрической формы является одновременно магнитопроводом и корпусом двигателя. К нему крепятся шесть главных 1 и шесть добавочных полюсов 2, щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь.

 

С одной стороны, на остове отлиты: для опоры на ось колесной пары, посадочные поверхности 9 для размещения корпусов моторно-осевых подшипников качения

обе горловины под посадку подшипниковых щитов выполнены диаметром 760⁺_-6 мм. Для предохранения моторно-осевых подшипников качения от попадания в них пыли и влаги ось с подшипниками закрыта крышкой 1, с помощью, которой тяговый двигатель крепится к оси колесной пары. Крышка 1 запрессована в остов и закреплена восемью болтами М36х2, десятью болтами М24х2 и четырьмя штифтами 020. В крышке оси имеется отверстие, закрытое пробкой 2, для очистки средней части оси и моторно-осевой горловины остова от отработанной смазки без снятия крышки, четыре кронштейна 3 с отверстиями для крепления кожухов зубчатой передачи.

А также на остове отлиты два кронштейна с отверстиями для транспортировки ТЭД краном 7.

С другой стороны, к остову ТЭД восемью болтами М42 укреплен кронштейн для подвески ТЭД к раме тележки 4 и отлиты вверху два кронштейна на случай обрыва подвески ТЭД с отверстиями для транспортировки ТЭД краном3.

 

С коллекторной стороны сверху остова отлиты: раструб для входа охлаждающего воздуха из кузова от вентиляторов через брезентовый патрубок 2.

С противоколлекторной стороны сверху и сбоку в остове отлит раструб для выхода охлаждающего воздуха из ТЭД вверх под кузов, закрытый сеткой.

В остове предусмотрены два люка для осмотра коллектора и щеточного аппарата: один в верхней, другой в нижней части остова.

 

Коллекторные люки закрываются крышками. Крышка верхнего коллекторного люка имеет пружинный замок, с помощью которого она прижимается к остову. Крышка нижнего коллекторного люка крепится к остову двумя болтами. Для уплотнения на крышках коллекторных люков установлены войлочные прокладки.

С торцов остов имеет горловины с привалочными поверхностями для установки подшипниковых щитов 6. На торцевой стенке остова со стороны коллектора расположены устройства стопорения, поворота и фиксации траверсы. В нижней части остов имеет отверстия для слива конденсата.

 

Подшипниковые щиты

 

стальные, имеют гнезда для установки наружных колец подшипников1, в которых вращается якорь. Через них передается на остов ТЭД вес якоря и продольные усилия.

Во фланцах имеются четыре отверстия с резьбой для выжимных болтов, с помощью которых щиты выпрессовываются из остова при разборке тягового двигателя. С наружной стороны на подшипниковых щитах имеются бобышки 2 с резьбой для крепления кожухов зубчатых передач и камеры для сбора отработанной смазки. Отработанная смазка по каналу крышки подшипникового щита, под собственным весом перемещается в грязесборник.

В подшипниковом щите со стороны коллектора имеются два люка для проверки состояния крепления шинных соединений и замены пальцев кронштейнов щеткодержателей под электровозом. Подшипниковый щит со стороны, противоположной коллектору, имеет окна для выхода вентилирующего воздуха из тягового двигателя. В остов подшипниковые щиты установлены с натягом и закреплены двенадцатью болтами с пружинными шайбами.

Якорные подшипники - радиальные, однорядные с короткими цилиндрическими роликами, средней серии.

Для смазывания подшипников используется смазка «Буксол». Добавление смазки производится через трубки, ввинченные в отверстия подшипниковых щитов, которые сообщаются с подшипниковыми камерами. Внутренние кольца подшипников с натягом установлены на вал якоря и в осевом направлении зафиксированы на валу. Наружные кольца подшипников установлены в гнезда подшипниковых щитов и закреплены в осевом направлении крышками. Последние крепятся к подшипниковым щитам болтами. Под головки болтов установлены плоские стопорные шайбы, предохраняющие болты от самоотвинчивания посредством отгиба шайб на крышку и головки болтов.

В конструкции подшипниковых узлов предусмотрены уплотняющие устройства, защищающие якорные подшипники от проникновения смазки из кожухов зубчатой передачи и утечки смазки из подшипниковых камер.

С внутренней стороны лабиринтные уплотнения через отверстия сообщаются с атмосферой. Это способствует выравниванию давления в подшипниковых камерах до уровня атмосферного и тем самым исключается выдавливание смазки из них разностью давлений, возникающей в работающем двигателе при продувке через него вентилирующего воздуха.

 

 

Главный полюс.

Служит для создания основного магнитного потока.

ГП состоит - из катушки, сердечника и деталей крепления. Сердечник выполнен шихтованным из штампованных листов электротехнической стали и стянут заклепками. Каждый сердечник имеет восемь пазов открытой формы, предназначенных для размещения катушек компенсационной обмотки.

 

 

Катушка главного полюса имеет девять витков намотанной на ребро мягкой медной шины. К крайним виткам катушки припаяны выводы из гибкого медного провода.

Крепление катушки на сердечнике полюса производится при помощи алюминиевых планок, клиньев и регулировочных прокладок. На поверхности катушки, прилегающей к остову, приклеены прокладки из электролита. Это обеспечивает предохранение изоляции катушки от повреждений и плотное зажатие катушки между наконечником полюса и остовом. Полюс с установленной на нем катушкой пропитан в эпоксидном компаунде, и после выпечки представляет собой монолитный единый блок. По центру сердечника запрессован стальной стержень с тремя резьбовыми отверстиями. Главные полюсы крепятся к остову тремя болтами М30.

 

Добавочный полюс.

Служит для ликвидации вредных реакций якоря и для улучшения коммутаций ТЭД. Крепятся к остову тремя болтами M16. Состоит из катушки и сердечника.

Сердечник полюса выполнен по высоте из двух частей, изготовленных из стального листа. На часть сердечника, расположенную со стороны якоря, крепятся латунные наконечники, устанавливается катушка и закрепляется алюминиевыми планками, выполняющими одновременно роль второго воздушного зазора.

Катушка добавочного полюса имеет пять витков намотанной на ребро мягкой медной шины. К крайним виткам припаяны выводы из гибкого медного провода. Корпусная изоляция состоит из слюдинитовой ленты, междувитковая - из бумаги асбестовой электроизоляционной. Катушка с полюсом пропитана в эпоксидном компаунде, и после выпечки представляет собой монолитный единый блок.

 

Компенсационная обмотка.

КО служит для компенсации влияний реакции якоря. Состоит из шести отдельных катушек, в каждой из которых по семь витков мягкой медной проволоки.

Корпусная и междувитковая изоляции выполнены из слюдинитовой ленты. От механических повреждений изоляция катушек защищена пазовой изоляцией. Каждая катушка укладывается в пазы сердечников двух соседних главных полюсов и закреплены в них клиньями из профильного стеклопластика.

 

 

Якорь.

Состоит из сердечника, вала, коллектора и обмотки, уложенной в пазы сердечника.

 

 

Сердечник - посажен на втулку вала якоря и состоит из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

 

Сердечник зажат с одной стороны задней нажимной шайбой, с другой - втулкой коллектора. В сердечнике имеются 87 пазов открытой формы для размещения якорной обмотки и аксиальные 44 отверстия для прохода вентилирующего воздуха.

Коллектор – набирается из 348 коллекторных пластин из меди с присадкой серебра и 348 меканитовых пластин.

Коллекторная пластина выполнена в виде клина, а по середине имеет отверстие Ø30 мм. Сверху к пластинам приварены петушки.

 

 

Снизу пластина имеет вид «ласточкина хвоста». Нажимной конус и втулка коллектора спрессовываются друг к другу с усилием 110 тонн, при этом образуются два замка коллекторной камеры, которые плотно заполняются замазкой.

Собранный коллектор напрессовывают на втулку якоря с последующей допрессовкой и коллектора и сердечника якоря, после этого по резьбе устанавливают гайку коллектора и стопорят ее приваркой.

Втулка якоря отливается из стали в виде двух цилиндров коробчатой формы и напрессовывается на вал с усилием 70-100 тонн без шпонки.

При разборе якоря коллектор может быть целиком спрессован с вала якоря.

Вал якоря – отковывается из хромоникелевой стали и обтачивается по нескольким диаметрам.

Вал якоря имеет плавные переходы от одного диаметра к другому. Концы вала заканчиваются конусами для посадки малых шестерен зубчатой передачи.

На торцах вала имеется внутренняя резьба для ввинчивания рым-болта для транспортировки якоря, а также полукольцевую выемку для съема шестерни путем подачи масла под давлением 50 атм. Через «Т»-образное отверстие в торце вала.

 

Обмотка якоря - простая петлевая. Состоит из 87 якорных и 58 уравнительных катушек, концы которых приварены к петушкам коллектора.

Каждая из 87 катушек якоря имеет 4 секции, расположенные плашмя в пазах сердечника якоря.

При входе в петушки коллектора, провода секций повернуты на 90° и расплющены до 1,4 мм.

В пазах сердечника провода крепятся клиньями из профильного стеклопластика толщиной 5 мм., а лобовые части обмоток крепятся стеклобандажной лентой с обоих сторон.

Шаг якорных катушек по пазам зависит от количества главных полюсов в двигателе и равен полюсному шагу.

Шаг по коллектору – расстояние между началом и концом секции, выраженное в коллекторных пластинах и зависит от типа обмотки.

Коллекторных пластин коллектор имеет столько, сколько секций имеет обмотка якоря потому, что к каждой коллекторной пластине припаивается начало и конец разных секций.

87 катушек × 4 секции = 348 секций = 348 коллекторных пластин.

Каждая из 58 катушек уравнителей состоит из трех уравнителей на паз:

58 катушек × 3 секции = 174 уравнителей.

 

Уравнители служат для разгрузки щеток и коллектора от уравнительных токов, которые возникают между параллельными ветвями обмотки якоря с разной ЭДС в виду ассиметрии магнитной цепи.

 

Щеточное устройство.

Служит для подвода напряжения к обмотке якоря через коллектор.

В состав щеточного устройства входит:

- поворотная траверса;

- изоляционные пальцы – 12 штук;

- кронштейн щеткодержателя – 6 штук;

 

- щеткодержатели – 6 штук;

 

- щетки – 18 штук.

 

Основным элементом щеточного устройства является – траверса.

 

Траверса- стальная, разрезная, имеет по наружному ободу зубчатый венец, входящий в зацепление с зубьями шестерни поворотного механизма. На траверсе закреплены шесть кронштейнов с изоляционными пальцами, шесть щеткодержателей и соединяющая их между собой изолированная шина. В двигателе траверса закреплена фиксирующим и двумя стопорными устройствами, а также разжимным устройством.

 

 

Поворотный механизм траверсы состоит из шестерни и валика, закрепленных на остове. Шестерня входит в зацепление с зубьями траверсы. Валик имеет квадратную головку. При вращении валика специальным ключом шестерня поворачивает траверсу.

Разжимное устройство состоит из двух шарниров, закрепленных гайками с шайбами, шпильки и пружинного стопора. Один шарнир имеет отверстие с правой, другой - с левой резьбой. В шарниры вкручена шпилька, имеющая шестигранник для вращения её гаечным ключом и зубчатое колесо для её стопорения. При вращении шпильки происходит разжатие или сжатие траверсы в диаметральном направлении. В рабочем положении траверса должна быть разжата на максимальный диаметр.

Фиксирующее устройство траверсы состоит из подкладки, накладки с пазом для входа фиксатора и самого фиксатора. Накладка прикреплена к траверсе двумя болтами. Имеющиеся в накладке пазы позволяют при установке траверсы на геометрическую нейтраль накладку перемещать. Контроль установки траверсы на геометрическую нейтраль в эксплуатации производят по совпадению рисок, нанесенных на остове и траверсе в районах верхнего и нижнего коллекторных люков.

Кронштейн щеткодержателя разъемный, состоит из корпуса и накладки, которые с помощью болта закреплены на двух изоляционных пальцах, установленных на траверсе. Щеткодержатель крепится к кронштейну шпилькой и гайкой с пружинной шайбой.

Фиксация щеткодержателя в осевом направлении относительно петушков коллектора осуществляется специальной шайбой, помещенной на шпильке крепления щеткодержателя. На сопрягаемых поверхностях кронштейна и щеткодержателя для более надежного их соединения выполнена гребёнка, которая одновременно позволяет выбрать и зафиксировать определенное положение щеткодержателя в радиальном направлении относительно рабочей поверхности коллектора.

Щеткодержательсостоит из корпуса 75, имеющего три окна для щеток 74, и трех нажимных пальцев 69 с резиновыми амортизаторами.

Три плюсовых и три минусовых щеткодержателя, через кронштейны соединены между собой перемычками из медных изолированных шин, которые проходят внутри пустотелой траверсы.

Щетки 74, разрезные, из двух половин, с гибкими медными шунтами.

На высоте 20 мм. с боку каждой половинки щетки, наносится риска.

Корпус и пальцы отлиты из латуни. Нажатие нажимных пальцев 69 на щетки 74 создают три цилиндрические пружины 72. С помощью винтов осуществляется регулировка усилия нажатия пружин.

 

Электродвигатели НВА-55С.

Электродвигатели НВА-55С асинхронные, трехфазные, с короткозамкнутым ротором предназначен для привода вентиляторов охлаждения электрооборудования электровоза, используется для привода главных компрессоров, а также в качестве пускового двигателя.

 

Техническая характеристика

 

Показатель

НВА-55С

Род тока

трехфазный симметричный

Напряжение симметричное (линейное), В

380

Мощность на валу, кВт

55

Ток линейный, А

120

Частота, Гц

50

Частота вращения (синхронная), об/мин

1500

КПД, %

90,2

Коэффициент мощности

0,77

Режим работы

Продолжительный и повторно-кратковременный

Класс изоляции

Н

Масса, кг: исполнение IM 1001

385

 

 

Принцип работы.

При работе масло из трансформатора поступает на рабочее колесо, а оттуда через направляющий аппарат основная часть масла по каналам корпуса поступает в напорный патрубок, а другая часть под избыточным давлением через отверстие в переднем подшипниковом щите поступает в зазор между статором и ротором охлаждая их. Затем через отверстие в заднем подшипниковом щите через задний подшипник и отверстия в валу ротора масло возвращается в полость всасывания. Такая циркуляция масла обеспечивает интенсивный отвод тепла от работающего двигателя. Электронасос типа 4ТТ-63/10 является центробежным бессальниковым одноступенчатым. Подача насоса 63 м³/ч при напоре 9,8 кПа. Температура перекачиваемого масла должна быть в пределах от +85 до - 15°С. Режим работы непрерывный продолжительный. На 3-х фазный двигатель подается напряжение 380 В переменного тока. Номинальная мощность электронасоса 2,8 кВт; частота вращения (синхронная) ротора 1500 об/мин; класс изоляции обмоток В; габариты 445x425x328; масса 105 кг.

Колесо насоса вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны всасывающего патрубка. Для нормальной работы электронасоса необходимо, чтобы ротор вращался в направлении, указанном стрелкой на всасывающем патрубке. Так как в собранном двигателе ротор закрыт и невозможно определить направление его вращения, то, чтобы проверить правильность его работы, нужно установить вместо пробки манометр на корпус насоса. Давление по манометру при закрытой нагнетательной заслонке должно быть равно 1,3 атм. Если насос не создает необходимого напора, следует поменять местами два любых подводящих провода в коробке выводов двигателя, чтобы изменить направление его вращения.

 

Электродвигатель П22К-50У2.

 

Электродвигатель постоянного тока П22К предназначен для привода вспомогательного компрессора подъема токоприемника.

 

Техническая характеристика

 

Показатель

Мощность на валу, кВт.

0,5

Напряжение, В.

50

Ток, А.

13,5

Частота вращения, об/мин.

1400

Класс изоляции обмоток:

 

якоря

В

полюсов

F

Возбуждение

независимое

Режим работы

кратковременный

Масса, кг.

43

 

II часть.

 

 

 

 

Кандалакша 2016 г.

Семионов А.А

 

Классификация электрических машин.

Электрические машины, применяемые на подвижном составе можно классифицировать следующим образом:

1. По назначению:

1. ТЭД – тяговые электродвигатели;

2. Генераторы;

3. Вспомогательные машины.

2. По роду потребляемого тока:

1. Постоянного тока;

2. Пульсирующего тока;

3. Коллекторные однофазные переменного тока;

4. Асинхронные трехфазные переменного тока (без коллекторные)

3. По способу возбуждения:

1. Последовательное (серисное);

2. Параллельное (шунтовое);

3. Независимое;

4. Смешанное.

4. По способу охлаждения:

1. С принудительной независимой вентиляцией;

2. С принудительной зависимой вентиляцией;

3. С самовентиляцией;

4. С естественной вентиляцией.