Конструкция асинхронных электродвигателей.

Электродвигатель 4АЖ225. На тепловозе 2ТЭ116 для привода вентиляторов охлаждения тягового генератора, выпрямительной установки, тяговых электродвигателей передней и задней тележки используется двигатель 4АЖ225 (рис. 14.3). Эта асинхронная машина с короткозамкнутым ротором, закрытого исполнения выпускается специально для работы на тепловозах. Она имеет литые чугунные корпус 5 с опорами 76 для установки и подшипниковые щиты 4 и 10. Статор двигателя 4АЖ225 выполнен аналогично двигателю МВ-11. Сердечник 7 ротора набран из штампованных листов электротехнической стали 1311 и имеет 56 пазов под обмотку, расположенных по внутреннему краю листов. Пазы ротора залиты алюминиевым сплавом АКМ в виде «беличьей клетки», стержни которой удлинены и, выступая из паза, создают воздушный поток, необходимый для охлаждения обмоток статора и ротора. Дополнительно на валу 15 ротора напрессован осевой вентилятор 2. Вал ротора опирается на два шариковых подшипника, расположенных в переднем и заднем подшипниковых щитах. Фланец 12 служит для крепления электродвигателя к вентилятору.

Рис. 14.3. Асинхронный двигатель 4АЖ225.
1 – защитный кожух; 2 – вентилятор; 3 – обмотка ротора; 4, 10 – подшипниковые щиты; 5 – корпус; 6 – обмотка статора; 7 сердечник ротора; 8 – сердечник статора; 9 – коробка выводов; 11 – масленка; 12 – фланец; 13 – выводы обмотки статора; 14 – уплотнитель; 15 – вал; 16 – опора. 14 – уплотнитель; 15 – вал; 16 – опора. p>

Электродвигатель АЭ92-402. Для привода главных компрессоров и центробежных вентиляторов на электровозе ВЛ80 применяется двигатель АЭ92-402, который представляет собой асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором стандартного исполнения (рис. 14.4). Электродвигатель допускает стоянку под током короткого замыкания или затяжной пуск продолжительностью не более 15 с при номинальном напряжении 380 В. Питание двигателя осуществляется от однофазной сети в системе с расщепителем фаз и постоянно включенными конденсаторами при колебании питающего напряжения сети в диапазоне 280...470 В и ассиметрии напряжения по фазам в соответствии с нормативно-технической документацией на поставку. Статор состоит из стальной сварной станины и сердечника 77, набранного из штампованных изолированных листов электротехнической стали 1212, покрытых лаком. Для заземления электродвигателя на лапах имеются специальные болты. Обмотка 14 статора – трехфазная, двухслойная, симметричная, фазы соединены в звезду. Для обмотки использован изолированный медный провод ПСД и изоляционные материалы класса В. Пазовая изоляция выполнена в виде коробочки и состоит из двух слоев гибкого слюдинита ГСС-I толщиной 0,2 мм, между которыми помещен один слой электрокартона ЭВ толщиной 0,2 мм. Сверху по нему проложен слой стекло Чтобы не повредить изоляцию паза при укладке обмотки статора, в пазы кладут вкладыш из электрокартона толщиной 0,2 мм. Между слоями обмотки в пазу имеется прокладка из слюдинитокартона толщиной 0,6 мм, а под клином – прокладка из электрокартона ЭВ. При укладке обмоток лобовые части первых катушек обмотки каждой группы изолируют вполнахлеста двумя слоями стеклолакоткани ЛСБ толщиной 0,2 мм и одним слоем стеклоленты такой же толщины. Лобовые части остальных катушек изолируют по всей длине одним слоем стеклоленты вполнахлеста. Кроме того, в лобовых частях обмотки между группами катушек укладывают изолирующие междуфазовые прокладки из стеклослюдинитокартона толщиной 0,6 мм. Катушки в пазах статора закреплены пазовыми клиньями высотой 4,5 мм, изготовленными из текстолита Б. Соединения между группами катушек выполнены скруткой и соединены с выводными проводами медными хомутиками. Места соединений спаяны сплавом МФ-3. Выводные концы катушек изолированы стеклолакочулком. Изоляция соединений катушечных групп состоит из одного слоя вполнахлеста черной стеклолакоткани толщиной 0,2 мм, а изоляция соединений обмотки с выводными проводами – из одного слоя вполнахлеста той же стеклолакоткани и стеклоленты толщиной ОД мм. Для выводов использованы провода КРПТ или ПРГ. На провода ПРГ по всей длине надеты линоксиновые трубки. Вывод прикреплен к лобовой части и стянут посредине на длине 250... 300 мм одним слоем ленты вразбежку в два жгута с тремя выводами в каждом. Для повышения вибростойкости головки каждой катушки стянуты стеклочулком, а соединения обмотки скреплены стеклолентой равномерно по окружности и в 10 –12 местах прикреплены к лобовым частям. Лобовые части обмотки статоров двигателей АП82-4 и АС82-4 крепят к бандажным кольцам.

14.4. Асинхронный двигатель АЭ92-402.
1 – лабиринтная крышка; 2, 18 – подшипники; 3 – корпус подшипника; 4, 15– подшипниковые щиты; 5 – вентилятор;
6 – сетка; 7 – болт; 8 – стопорное кольцо; 9 – обшивка станины; 10 – рым-болт; 11 – сердечник статора;
12 – сердечник ротора; 13– ребро станины; 14 – обмотка статора: 16 – стержень клетки ротора;
17 – крышка подшипника; 19 – вал; 20 – кожух.

Листы сердечника 12 ротора изготовляют из электротехнической стали 1212 и не покрывают изоляционной пленкой. Заливка пазов ротора вместе с торцовыми кольцами образует короткозамкнутую обмотку типа «беличьей клетки», выступающие концы стержней 16 которой служат вентилятором, охлаждающим двигатель. Посадка сердечника ротора на валу – прессовая со шпонкой. Сердечник снаружи покрыт лаком. Точность обработки наружной поверхности ротора ±0,06 мм, биение ее относительно поверхностей шеек вала под посадку подшипников не должно превышать 0,05 мм. Короткозамкнутый ротор залит алюминиевым сплавом АКЖ 16 и отбалансирован динамически. На валу 19 установлены подшипники качения: роликовый 70-2315КМШ (2) и шариковый 80-315Ш (18), заключенные в капсюли.
Подшипниковые щиты 4 и 15 стальные, сварные. Встроенный вентилятор 5 отлит из алюминиевого сплава.

Электронасос 4ТТ-63/10. Для перекачивания трансформаторного масла в системе охлаждения тягового трансформатора электровоза ВЛ80 предназначен электронасос 4ТТ-63/10 (рис. 14,5). Он обеспечивает устойчивую работу при колебании напряжения питающей цепи в диапазоне 280...460 В и коэффициенте несимметрии напряжения до 10%. Допускается протекание тока короткого замыкания или затяжной пуск продолжительностью до 60 с при номинальном напряжении 380 В, а также работа в течение 2 ч при температуре прокачиваемого масла 95°С. Электронасос представляет собой агрегат, состоящий из трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором стандартного исполнения и одноступенчатого центробежного насоса. Он монтируется в одном блоке с тяговым трансформатором. Герметичность достигнута установкой резиновых уплотнений между всасывающим патрубком 1, задним подшипниковым щитом 17, панелью зажимов и корпусом 10, между шпильками выводов и клеммной коробкой. Пазы короткозамкнутого ротора залиты алюминием. Пакет сердечника ротора 12 шихтован из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Вал электронасоса – полый, установлен на подшипниках 8 (тип 6306) и имеет консольную часть со На консоль вала напрессовано рабочее колесо 4 насоса. Внутренняя полость электронасоса заполнена перекачиваемым трансформаторным маслом, которое, циркулируя, смазывает подшипники 8 ротора и отводит теплоту, выделяемую при работе электродвигателя.

Рис. 14.5. Электронасос 4ТТ-63/10.
1 – всасывающий патрубок; 2 – гайка; 3 – стопорная шайба; 4 – рабочее колесо насоса; 5 – направляющий аппарат;
6 – пробка; 7, 17 – подшипниковые щиты; 8 – шариковый подшипник; 9 – с 11– статор; 12 – ротор; 13 – клеммная коробка; 14 – выводы; 15 – болт заземления; 16 – кабель.

Расщепитель фаз НБ-455А.

Для использования во вспомогательных машинах электровоза асинхронных двигателей (АД) необходимо преобразовать однофазный переменный ток в трехфазный. В качестве такого преобразователя широко используют асинхронный бразователя широко используют асинхронный расщепитель фаз (РФ), представляющий собой асинхронную машину с несимметричной обмоткой статора (рис. 14.6).

Принцип действия расщепителя фаз. Принцип преобразования однофазного напряжения в трехфазное с помощью расщепителя фаз основан на свойстве вращающегося магнитного поля индуцировать в трехфазной статорной обмотке ЭДС, которая тоже будет трехфазной.
Обмотка статора РФ представляет собой несимметричную звезду с неодинаковым числом пазов на полюс и фазу и с разным числом витков в катушечных труппах. Две обмотки принадлежат одновременно двигателю и генератору, а третья – только генератору.
Двигательная обмотка подключена к обмотке собственных нужд тягового трансформатора и предназначена для приведения во вращение ротора. Генераторная обмотка создает третью фазу и подключена к двигательной обмотке, но не в нулевой точке, а в точке, обеспечивающей наилучшую симметрию напряжений. Для разгона расщепителя фаз до номинальной частоты вращения применяется специальный конденсатор Сп или добавочное сопротивление, включенное с помощью контакта П между генераторной фазой и одним из концов двигательной фазы (асинхронный пуск). Так как пуск происходит на холостом ходу, то высокого пускового момента не требуется. По двигательной обмотке протекает однофазный переменный ток, и в его рабочем зазоре образуется не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле. Для получения сдвига фаз между токами генераторной и двигательной обмоток в цепь генераторной обмотки включается активное соп Ток генераторной обмотки оказывается сдвинутым по фазе на некоторый угол по отношению к току двигательной обмотки. Этого сдвига достаточно для пуска и разгона ротора без нагрузки. Когда частота вращения ротора достигает 1430 об/мин, расщепитель фаз переходит в режим работы как однофазный асинхронный электродвигатель.

Рис. 14.6. Схема включения асинхронного электродвигателя, ключения асинхронного электродвигателя,
питающегося от расщепителя фаз.

Вращающееся магнитное поле, созданное токами двигательной обмотки и ротора, пересекает витки генераторной обмотки, наводя в ней ЭДС. Так как генераторная часть обмотки сдвинута в пространстве относительно двигательных обмоток на угол 120 эл. град., то ее ЭДС будет сдвинута на тот же угол. Чтобы обеспечить симметрию трехфазного напряжения при несимметричных падениях напряжения в отдельных фазах, обмотку статора выполняют несимметричной с разным количеством витков.

. Расщепители фаз устанавливаются по одному в каждой секции электровоза и работают раздельно. Расщепители фаз НБ-455 и НБ-455А выполнены на базе расщепителя фаз НБ-453А (рис. 14.7) и предназначены для преобразования однофазного напряжения обмотки собственных нужд тягового трансформатора в трехфазную систему с линейным напряжением 380 В. Нормальная работа РФ обеспечивается при колебаниях напряжения питающей цепи в диапазоне 280...460 В, исполнение – защищенное с самовентиляцией, горизонтальное.

Рис. 14.7.

Рис. 14.7. Расщепитель фаз НБ-455А.
1, 9 – крышки подшипников; 2 – подшипник; 3 – подшипниковый щит; 4 – статор; 5 – бандажное кольцо;
6 – сердечник статора; 7 – ротор; 8 – направляющая воронка; 10 – болт заземления.

Статор РФ отлит из серого чугуна СЧ 12-28. По конструкции он аналогичен статору электродвигателей серий АП и АС. Подшипниковые щиты стальные, сварные. Сердечник статора набран из листов электротехнической стали 1213 толщиной 0,5 мм, покрытых с обеих сторон лаком и спрессованных с усилием 120...210 кН. Пазы статора полузакрытого типа и для улучшения пусковых свойств имеют скос на одно зубцовое деление.

Обмотка статора – двухслойная, трехфазная, несимметричная, состоит из мягких катушек, имеющих несколько вариантов исполнения. Катушечные группы соединены скруткой и прикреплены к выводным проводам хомутиками из мягкой листовой меди толщиной 1,5 мм.
Предварительно соединения обматывают тонкой медной проволокой и припаивают припоем ПОС-40. После этого их изолируют двумя слоями стеклолакоткани ЛСЭ-19 толщиной 0,2 мм и одним слоем вполнахлеста тафтяной ленты толщиной 0,25 мм. Выводы обмотки статора присоединены к зажимам клеммной коробки типа КЗ. Обмотка в пазах закреплена клиньями высотой 7 мм и дважды пропитана лаком МГМ8. Каждая катушка подвязана к изолированному бандажному кольцу. Статор с обмотками дважды пропитывается лаком МГМ8. Сердечник ротора набран из нелакированных листов Его короткозамкнутая обмотка залита алюминием А1. Подшипниковые щиты и крышки отлиты из серого чугуна СЧ 12-28. В нижней части щитов имеются люки, через которые поступает воздух. В качестве подшипников качения использованы шариковые подшипники типа 317. Расщепитель фаз в холодном состоянии допускает протекание тока короткого замыкания при неподвижном роторе не более 20 с при напряжении 260 В и 6 с при напряжении 460 В. Повторное включение при токе короткого замыкания недопустимо и в крайнем случае может быть произведено не ранее, чем через 10 мин. Для уменьшения размеров РФ, повышения коэффициента мощности системы и некоторого регулирования симметрии напряжения при изменении нагрузки к зажимам наиболее крупных двигателей привода вспомогательных агрегатов подключают конденсаторы. Компенсирующая емкость, приходящаяся на один расщепитель фаз, составляет приблизительно 2200 мкФ, а мощность – 170 кВА.

Сельсины.

Сельсин – это индукционный датчик, выполненный в виде миниатюрной трехфазной или однофазной электрической машины переменного тока, способной ческой машины переменного тока, способной самосинхронизироваться. Сельсины имеют две обмотки: возбуждения (ОВ) и синхронизации (С1-С2-СЗ). Обмотку возбуждения сельсина подключают к напряжению несущей частоты (рис. 14.8). Трехфазная обмотка синхронизации соединена в звезду. Индуцируемые в этой обмотке ЭДС и токи имеют одну и ту же временную фазу. Обмотка возбуждения может быть сосредоточенной или распределенной, а обмотка синхронизации всегда распределенная.

Принцип действия сельсина основан на изменении коэффициента взаимоиндукции М между подвижной и неподвижной обмотками при изменении их относительного положения. В ней создается пульсирующий магнитный поток возбуждения. Существует индикаторный и трансформаторный режим работы. В индикаторном режиме используются два идентичных сельсина. Обмотки возбуждения, расположенные на роторе, подключены к источнику несущей частоты, а обмотки статора соединены между собой. Обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2 наводят в обмотках статора ЭДС. Из-за разности наведенных ЭДС возникает уравнительный ток между статорными обмотками, который вызывает появление вращающего момента. Роторы сельсинов поворачиваются до положения, при котором уравнительный ток статорных обмоток будет равен нулю. В случае принудительного поворота ротора сельсина-датчика на угол α нарушается равновесие ЭДС статорных обмоток, и ротор сельсина-приемника поворачивается на тако В автоматике сельсины наиболее широко применяют в качестве измерительных устройства систем автоматического регулирования (САР) для определения угловых перемещений и угловых рассогласований между входной и выходной величинами. Измерительные схемы на сельсинах, выполненные по типу «угол рассогласования–фаза– код», обладают высокой точностью и удобны для соединения с компьютером. По конструктивному исполнению сельсины подразделяют на контактные и бесконтактные. Принцип действия бесконтактного сельсина основан на пространственном вращении вектора пульсирующего магнитного потока Фd при соответствующем угле поворота ротора.

Рис. 14.8. Схема соединения сельсинов в индикаторном режиме.
СД - сельсин-датчик; СП - сельсин.

Бесконтактный сельсин (как и контактный) является обратимой электрической микромашиной. В трансформаторном режиме, когда ротор сельсина-приемника фиксирован, этот поток индуцирует в однофазной обмотке сельсина-приемника синусоидальную ЭДС Е, изменяющуюся в зависимости от углового рассогласования, а между роторами сельсина-датчика и сельсина-приемника. Указатель позиций контроллера машиниста электровоза построен на базе индикаторного режима работы сельсинов и предназначен для указания положения (позиции) главного контроллера. Сельсин БД-1404 предназначен для выдачи сигнала блоку управления при реостатном торможении.

Тахогенераторы.

Тахогенераторами называются электрические машины, служащие для преобразования механической частоты вращения вала в электрический сигнал – выходное напряжение. По роду тока тахогенераторы подразделяются на тахогенераторы постоянного и переменного тока. К тахогенераторам предъявляются следующие основные требования: нераторам предъявляются следующие основные требования:
• линейность и большая крутизна выходной характеристики;
• малая амплитудная погрешность;
• малая фазовая погрешность (для тахогенераторов переменного тока);
• минимальная пульсация выходного напряжения (для тахогенераторов постоянного тока);
• малый момент инерции ротора и малая электромагнитная постоянная времени;
• стабильность выходной характеристики; • малые масса и габариты.

На локомотивах тахогенераторы применяются для измерения частоты вращения валов, а также для осуществления обратной связи по частоте вращения и для введения сигнала по производной от угла поворота в системах автоматического регулирования.

Тахогенераторы постоянного тока. Это генераторы постоянного тока небольшой мощности с электромагнитным или магнитоэлектрическим возбуждением. В режиме холостого хода при постоянном магнитном потоке возбуждения Ф выходное напряжение тахогенератора равно ЭДС. Статическая характеристика идеального тахогенератора

Е = сеФn (14.1)

где се – постоянный коэффициент; Ф – магнитный поток, Вб; n – частота вращения ротора, об/мин. Из уравнения (14.1) видно, что выходное напряжение тахогенератора при Ф = const изменяется пропорционально изменению частоты вращения п. Наклон статической характеристики зависит от сопротивления нагрузки. Уравнение (14.1) получено без учета 180 / 203 влияния реакции якоря и постоянной величины падения напряжения на переходе щетки–коллектор. В тахогенераторах с электромагнитным возбуждением изменение температуры окружающей среды приводит к изменению сопротивления обмотки возбуждения и, следовательно, тока возбуждения, что приводит к увеличению погрешности измерения. Для уменьшения температурной погрешности магнитную систему тахогенератора делают насыщенной. В этом случае изменение тока возбуждения почти не влияет на значение магнитного потока тахогенератора. Основные преимущества тахогенератора постоянного тока заключаются в высокой чувствительности и отсутствии фазовых погрешностей. К недостаткам следует отнести наличие щеток и коллектора, которые снижают надежность тахогенератора.

Синхронный тахогенератор. Конструкция синхронного тахогенератора не отличается от конструкции синхронного генератора малой мощности. На статоре расположена трехфазная обмотка, соединенная звездой. Ротор выполнен в виде постоянных магнитов с одной или двумя парами полюсов. ЭДС тахогенератора в режиме холостого хода определяется выражением:

Евых = 4,44 wfФ, (14.2)

где w – число витков обмотки статора; f – частота выходного напряжения, Гц; Ф – магнитный поток возбуждения, Вб. При Ф = const Евых тахогенератора прямо пропорциональна частоте вращения ротора. Величина ЭДС не зависит от внешних условий, а зависит только от частоты вращения ротора, поэтому точность измерений определяется только точностью измерения величины выходного напряжения. Недостатком тахогенераторов переменного тока является нестабильная работа при малой частоте вращения ротора и его нереверсивность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж. -д. транспорта. – М.: Транспорт, 1999- – 464 с.
2. Быстрицкий Х.Я., Дубровский 3. М., Ребрик Б. Н. Устройство и работа электровозов переменного тока. – М.: Транспорт, 1973. – 464 с.
3. Вольдек А. И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1978. – 832 с.
4. Дайлидко А, А. Электрические машины тягового подвижного состава: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта. – М.: Желдор-издат, 2002. – 404 с.
5. Дубровский 3. М, Попов Е. И., Тушканов Б. А. Грузовые электровозы переменного тока. – М.: Транспорт, 1998. – 350 с.
6. Захарченко Д.Д., Ротанов M.JI. Тяговые электрические машины. – М.: Транспорт, 1991. – 344 с.
7. Калинин В. Н. Электровозы и электропоезда. – М.: Транспорт, 1991. – 480 с.
8. Пиотровский Л. М. Электрические машины. –Л.: Энергия, 1972. – 382 с.
9. Тепловоз 2ТЭ116. – М.: Транспорт, 1996. – 336 с.
10. Электрические машины, электрическое оборудования тепловозов: Справочник. – М.: Транспорт, 1981. – 265 с. 11. Электровоз ВЛ80. – М.: Транспорт, 1982. – 624 с.