Тема 4.2 Тяговые двигатели постоянного тока

Условия работы тяговых двигателей постоянного тока. Устройство и особенности конструкции тяговых двигателей постоянного тока. Режимы работы. Характеристики тяговых двигателей постоянного тока. Регулирование частоты вращения тяговых двигателей постоянного тока.

Практическая работа №1 (2 часа)

Расчет магнитной цепи тягового двигателя.

Практическая работа №2 (2 часа)

Расчет обмоток якоря тягового двигателя.

Практическая работа №3 (2 часа)

Расчет магнитной цепи и обмотки возбуждения тягового двигателя.

Практическая работа №4 (2 часа)

Расчет и построение характеристик тягового двигателя с применением ЭВМ.

Литература: [1] с.10-25, с.36-90.

Методические рекомендации

Тяговый двигатель состоит из следующих основных частей: корпуса (остова), главных и добавочных полюсов, якоря, коллектора, щеткодержателей со щётками, подшипниковых щитов. Для охлаждения двигателя предусмотрен вентилятор.

Остов ТЭД выполняют из стали с высокой магнитной проницаемостью, т.к. он, являясь корпусом машины, выполняют функции магнитопровода. К остову при помощи болтов крепят четыре главных и четыре добавочных полюса с главной и добавочной обмотками возбуждения.

Главные и добавочные полюса – важные части двигателя. Главные полюса двигателя предназначены для создания основного магнитного потока, который взаимодействуя с током обмотки якоря, приводит якорь во вращение. Добавочные полюса предназначены для улучшения коммутации ТЭД. Коммутацией называется процесс перехода тока секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую, т.е. процесс изменения направления тока в секции якоря.

Якорь ТЭД состоит из сердечника, обмотки, коллектора и вентилятора. Сердечник является частью магнитопровода ТЭД и при вращении якоря периодически перемагничивается. Собирают его из тонкой листовой электротехнической стали (толщиной 0,5мм). На поверхности сердечника якоря имеются пазы, в которые укладывают катушки обмотки якоря и соединяют их между собой в коллекторе.

Коллектор двигателя предназначен для распределения тока по обмотке якоря.

Условия, в которых работают тяговые двигатели весьма тяжелые. В отличие от стационарно устанавливаемых машин они подвержены воздействиям окружающей среды, динамическим ударам и работают в условиях широко, а иногда и резко изменяющихся значений тока, напряжения.

Несмотря на принимаемые меры, из окружающей среды в машины попадают влага и пыль. Влага проникает в поры изоляции обмоток машин, что приводит к снижению ее электрической прочности, создает условия для возникновения электрического или теплового пробоя, приводит к ускоренному ее старению. В сочетании с низкими температурами влага способствует появлению инея и обледенению коллектора и щеточного аппарата, что приводит к повышенному искрению под щетками. Повышенное искрение возникает и от загрязнения коллектора и щеточного аппарата пылью, попадающей через неплотности люков и с охлаждающим воздухом.

Температура окружающей среды может доходить до 40°С зимой и до + 50°С летом. Высокая температура ухудшает охлаждение электрических машин, способствует их чрезмерному нагреву, а низкая вызывает загустевание смазки в подшипниках.

При прохождении неровностей пути колесные пары ЭПС воспринимают значительные динамические силы (особенно при высоких скоростях движения). Эти удары, частично сглаженные системой рессорной подвески, передаются тяговым двигателям.

От действия динамических сил в элементах машин могут возникать трещины, изломы, повышенная выработка трущихся поверхностей, усиливаться искрение на коллекторе, слабнуть узлы соединений.

Напряжение в контактном проводе, а, следовательно, напряжение, подводимое к тяговым двигателям (и другим электрическим машинам), могут отличаться от номинального значения на 10—12%. В отдельных случаях (например, при рекуперативном торможении) напряжением на зажимах тяговых двигателей может доходить до 1,25 U_ном. Заметно повышается напряжение на тяговых двигателях, связанных с боксующими колесными парами. При отрыве токоприемника от контактного провода происходит резкое снижение напряжения на тяговых двигателях, а при грозовых разрядах его резкое повышение.

Всякое отклонение напряжения от номинального значения ухудшает работу тягового двигателя и снижает его тяговые свойства. Но особенно опасно повышенное напряжение, которое может вызвать потенциальное искрение на коллекторе и образование кругового огня, пробой изоляции обмоток, проводов, изоляции кронштейнов щеткодержателей, выводных кабелей.

При боксовании колесной пары частота вращения якоря тягового двигателя резко возрастает. При этом возникают большие центробежные силы, которые могут вызвать повреждение валов якорей тяговых двигателей, ослабление или повреждение якорных бандажей. Кроме того, при повышенной частоте вращения якоря заметно усиливается искрение под щетками, ухудшается коммутация машины и создаются условия для возможного возникновения кругового огня на коллекторе. В момент восстановления сцепления боксующей колесной пары частота ее вращения (а, следовательно, и связанного с ней якоря двигателя) мгновенно уменьшается. При этом запас кинетической энергии вращающегося якоря превращается в удар, передающийся на зубчатую передачу, вал якоря, подшипники и другие элементы двигателя, вызывая их повышенный износ, а иногда и поломку.

Вопросы для самоконтроля:

1 Расскажите конструкцию тяговых двигателей постоянного тока.

2 Назовите условия работы тяговых двигателей постоянного тока.

3 Расскажите принцип работы тяговых двигателей постоянного тока.