Тяговый двигатель 1ДТ003

·              Тяговый двигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую в режиме тяги и механической энергии в электрическую при ЭДТ.

·              Принцип работы двигателя основан на выталкивании проводника с током  из магнитного поля.

·              Проводником с током является обмотка якоря, а магнитным полем – главные полюса.

·              Направление движения проводника определяется по правилу левой руки.

·              Выталкивающая сила, которая действует на проводник, зависит от тока, магнитного потока и длины проводника в прямой пропорциональности.

F=I·Ф·ℓ

·              Выталкивающие силы от обмотки якоря образуют вращающий момент, который зависит от тока и магнитного потока.

М_вр=I·Ф·С_м

·              При вращении якоря двигателя в магнитном поле проводники якоря пересекают магнитный поток и в них индуктируется ЭДС, которая направлена встречно рабочему току и поэтому называется ЭДС двигателя.

·              Определяется она по правилу правой руки.

Е_дв=n·Ф·С_м

·              Подводимые на зажимы двигателя напряжения расходуются на преодоление ЭДС двигателя и на падение напряжения на нём, т.е.

U_дв=Е_дв+IR

·              На электропоездах применяют тяговые двигатели с сериесным (последовательным) возбуждением.

·              ОСТОВ является частью магнитной системы электрической машины и служит для крепления главных и дополнительных полюсов, кронштейнов щёткодержателей и подшипниковых щитов.

·              Остов изготавливается литьём из специальной стали с присадкой кремния (для улучшения магнитных свойств).

·              У остова отлита горловина, через которую подаётся воздух для охлаждения, а также 3 люка для осмотра состояния коллектора и щёточного устройства.

·              Люка закрываются крышками с резиновым уплотнением.

·              С противоположной стороны имеются 5 отверстий для выхода нагретого воздуха.

·              С боков имеются 2 горловины, которые закрываются подшипниковыми щитами с запрессованными  наружными  кольцами подшипников.

·              Смазка подшипников – ЖРО (0,3- 0,4 кг).

·              Внутри остова имеются специально обработанные поверхности для правильной установки главных и дополнительных полюсов.

·              Головки болтов (3 шт.) крепящих полюса, заливают чёрным битумом.

·              ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА служат для создания основного рабочего магнитного потока.

·              Полюс состоит из сердечника и катушки.

·              Сердечник набирается из отдельных стальных штампованных листов толщиной 2 мм.

·              Листы покрыты лаком и спрессованы в пакет и стягиваются заклёпками.

·              В наборный сердечник запрессован стальной стержень.

·              Катушки главных полюсов выполнены двухслойными из медной ленты сечением 17-22 мм с намоткой плашмя.

·              Катушка состоит из 52 витков, межвитковая изоляция стеклослюденитовая лента, а корпусная – стеклолента.

·              Катушки пропитывают в эпоксидном компаунде, что образует монолитную конструкцию.

·              Катушки прижимают к остову при помощи пружинных фланцев тремя болтами.

·               Допускаемая температура: t°=180C°.

·              ДОБАВОЧНЫЕ ПОЛЮСА служат для создания магнитного потока направленного навстречу магнитному потоку от реакции якоря (для без искровой работы щёток).

·              Добавочный полюс состоит из сплошного литого сердечника прямоугольной формы, изготовленного из стального литья.

·              Добавочный полюс крепят к остову тремя болтами.

·              Между сердечником  и остовом расположена немагнитная прокладка 5 мм (алюминий, латунь).

·              Она уменьшает поток рассеивания добавочного полюса, что приводит к меньшему насыщению сердечника.

·              Катушка намотана на ребро, как и у главного полюса, из шинной меди - 24 витка.

·              Изоляция выполнена аналогично главному полюсу.

ЯКОРЬ служит для создания вращающего момента от обмотки якоря.

·              Якорь имеет сердечник, обмотку, коллектор, нажимной конус, втулку коллектора (передняя нажимная шайба), обмоткодержатель (задняя нажимная шайба) и всё это устанавливают на втулку якоря, которая, в свою очередь, напрессована на вал.

·              Втулка предназначена для смены вала без разборки якоря.

·              Сердечник якоря набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга тонким слоем лака, для уменьшения вихревых токов.

·              Крайние листы для жёсткости сделаны толще (до 2 мм), в сердечнике имеются пазы (49) для укладки обмотки якоря, и отверстия, образующие вентиляционные каналы.

·              В центре сердечника имеется паз под шпонку для посадки на втулку.

·              Листы набирают на втулке после установки задней нажимной шайбы.

·              Закончив напрессовку листов, напрессовывают втулку коллектора (переднюю нажимную шайбу).

·              Нажимные шайбы являются опорами для лобовых частей обмотки якоря.

·              Передняя шайба, кроме того, является корпусом коллектора, к которой специальными болтами крепят нажимной конус.

·              Задняя шайба отлита вместе с вентилятором.

·              Вал якоря с одного конца имеет конус 1/10 для насадки фланца муфты.

·              Якорь вращается в подшипниках.

·              КОЛЛЕКТОР служит для изменения направления тока в проводниках обмотки якоря, когда они  перемещаются из-под одного полюса под другой.

·              Этим достигается вращение якоря в одну сторону.

·               Коллектор имеет арочную конструкцию.

·              Коллекторные пластины - ламели клинообразного сечения в виде ласточкиного хвоста для удержания от центробежной силы, изготавливают из красной твёрдотянутой меди.

·              Пластины изолируют миканитовой изоляцией.

·              Зажаты они между втулкой коллектора и нажимным конусом, от которых они изолированы специальными манжетами, выполненными из стеклослюдопласта.

·              Нажимной конус армирован стеклобандажной лентой для создания необходимой изолирующей поверхности между токоведущими и заземлёнными частями.

·              На наружной стороне ламели имеется выступ (петушок) в прорези которого впаивают концы секций обмотки якоря.

·              Наружная сторона служит рабочей поверхностью под щётку.

·              Изоляционный миканит между пластинами углублён путём продорожки (1,2- 1,5 мм)   чтобы не допускать явления, приводящего к искрению щёток, так как медные пластины мягче изоляционных прокладок.

·              Собранный коллектор напрессован на втулке якоря.

·              В местах соединения обмотки якоря с пластинами (лобовая часть) коллектор бандажируется стеклобандажной лентой.

·              Коллектор имеет 343 пластины.

·              ОБМОТКА ЯКОРЯ – петлевая (на УРТ-110 Б (ЭР-2) – волновая).

·              Секции обмотки якоря расположены в пазах сердечника и состоят из 7 проводников изолированных друг от друга.

·              В каждом пазу укладывается по две стороны секции, т.е. по 14 проводников.

·              Межвитковая изоляция стеклолакоткань, намотанная в один слой в полуперекрышу, корпусная стеклослюденитовая лента.

·              Обмотка удерживается в пазах текстолитовыми клиньями, а на лобовых частях – бандажами из стеклобандажной ленты.

·              При петлевой (параллельной-пропускает больший ток) обмотке, параллельные ветви проходят отдельно под парами полюсов, а поэтому ЭДС индуктируемые в каждой параллельной ветви будут отличаться.

·              Для выравнивания уложены уравнительные соединения, которые соединяются с отдельными коллекторными пластинами (т.е. в отдельные пластины впаиваются по три проводника), что способствует выравниванию тока в параллельных ветвях.

·              В петлевой  обмотке шаг по пазам будет 1\11, а по коллектору 1\2.

·              В простой петлевой обмотке число параллельных ветвей и число щёткодержателей, равно числу главных полюсов.

·              В простой волновой обмотке число параллельных ветвей не зависит от числа полюсов и всегда равно 2.

·              Волновую обмотку часто называют последовательной.

·              Межламельное напряжение определяется по формуле -

                             на ЭР-2Т  

                             на ЭР2   

ЩЁТКОДЕРАТЕЛИ  И  ИХ  КРОНШТЕЙНЫ

·              Кронштейн щеткодержателя служит для изоляции щеткодержателя от остова, а сам щеткодержатель служит для удержания  щетки, через которую образуется подвижный контакт коллектора.

·              Количество кронштейнов и щеткодержателей 4.

·              Соединены они попарно: два "+", два "—".

·              Щетки расположены со щеткодержателем по оси главного полюса.

·              Кронштейн крепят к остову двумя болтами.

·              Изготовлен он из пластмассы, армиро­ванной стальными резьбовыми втулками и гребенкой, служащей для сочленения кронштейна со щеткодержателем.

·              Щеткодержатель отлит из лату­ни.

·              Имеет обойму для постановки двух щеток, а также 2 прижимных пальца с двумя пружинами.

·              От щетки к щеткодержателю подходит шунт, ко­торый шунтирует пружину, чтобы она при прохождении тока не нагрева­лась.

·              Нажатие на щетку составляет 2,2-2,4 кг/с. К кронштейну при помощи наконечника крепят кабель   Я1  или Я2.

ОХЛАЖДЕНИЕ ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

·              Тяговый двигатель – само вентилируемая машина.

·              Вместе с задней нажимной шайбой отлит вентилятор, который при вращении якоря выбра­сывает воздух наружу через выходные отверстия в остове.

·              Воздух для охлаждения поступает через жалюзи в камеры с сетками (фильтры), установленными на чердаке.

·              В фильтрах он очищается от пыли и грязи, а также влаги, а затем поступает по вентиляционному патрубку в тяговый двигатель.

·              Внутри он проходит двумя путями:

- через вентиляционные отверстия в нажимном конусе, втулки коллек­тора, сердечника якоря и задней нажимной шайбы;

- по поверхностям коллектора, щеткодержателей, якоря и катушек полюсов.

СХЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ   ТЯГОВОГО   ДВИГАТЕЛЯ

·              Тяговый двигатель имеет сериесное  возбуждение, то есть об­мотка якоря соединена последовательно с обмоткой возбуждения, а по­этому можно было бы ограничиться двумя выводными концами.

·              Однако двигатель имеет 4 вывода - дополнительно 2вывода необходимы для ре­версирования обмоток возбуждения.

·              Я1, Я2- выводы, между которыми помещаются обмотки якоря и добавочных полюсов.

·              С1- С2- выводы, между которыми помещаются обмотки главных полюсов.

·              

ПУТЬ ТОКА ПО ДВИГАТЕЛЮ

§              Напряжение кабелем Я1 из вводной коробки подводится к двум плюсовым щёткам, далее через коллектор, обмотку якоря на минусовые щётки, через перемычку на добавочные полюса и кабелем Я2 возвращается на вводную коробку.

§               Далее кабелем (из вводной коробки) С1 подходит  к обмоткам главных полюсов.

§              Пройдя их кабелем С2 вновь приходит в вводную коробку.

ПОЛЯРНОСТЬ ДОБАВОЧНЫХ ПОЛЮСОВ

·              Полярность добавочных полюсов определяется по вращению якоря.

·              Впереди главного полюса будет добавочный той же полярности.

·              При из­менении вращения якоря меняется полярность главных полюсов, а по­лярность добавочных полюсов остается прежней.

РЕВЕРСИРОВАНИЕ

·              Для изменения направления вращения якоря меняем направление тока в обмотке возбуждения.

·              Это достигается реверсом.

·              Если изменять направление тока одновременно в обмотке якоря и в обмотке возбуж­дения, то направление вращения якоря не изменится.

·              РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ  ВРАЩЕНИЯ  ЯКОРЯ  ТЯГОВОГО  ДВИГАТЕЛЯ

·              U_дв= Е_дв+I·R;      Е_дв= Ф·n·С_м.

·              U_дв= Ф· n·С_м+I·R;                  

·              Из формулы видно, что частота вращения якоря двигателя зависит от подводимого на его зажимы напряжения и от магнитного потока.

·              Так же зависит от внутреннего падения напряжения двигателя, но им пренебрегают, так как оно незначительно, в связи с малым сопротивлением двигателя (≈ 0,2 Ом).

^·               При запуске двигателя его ЭДС  равна нулю, а потому через  двигатель может пойти большой ток, который вызовет его порчу.

^·               Чтобы этого, не случилось, последовательно с двигателем включают пусковые резисторы, такой величины, чтобы пусковой ток не превышал 1,5 номинальной величины.

·              В дальнейшем, когда якорь будет вращаться, будет возникать ЭДС,  которая ограничивает ток,  и пуско-тормозные резисторы в этом случае постепенно выводятся.

·              А при достижении номинальной частоты вращения выводятся полностью.

·              Падение напряжение тягового двигателя при пуске будет равно  примерно 45 В..

·              А когда пуско-тормозные резисторы будут выведены пол­ностью, то падение напряжения на двигателе увеличивается до 750 В, а, следовательно, увеличивается и скорость.

·              Дальнейшее увеличение частоты вращения якоря двигателя полу­чаем за счет изменения магнитного потока, причем при уменьшении маг­нитного потока частота вращения возрастает.

·              Увеличение частоты вращения якоря двигателя производится следующим образом:

- при уменьшении тока в обмотке возбуждения уменьшается магнитный поток;

-  при умень­шении магнитного потока уменьшается противо-ЭДС, наведенная в якоре;

- т.к. ЭДС двигателя уменьшается, то увеличивается ток, проходя­щий через якорь, следовательно, увеличивается вращающий момент дви­гателя.

·              Таким образом, при небольшом уменьшении магнитного потока в обмотке возбуждения, ток в якоре резко возрастает, а, следовательно, будет возрастать и вращающий момент.

·              Этот способ увеличения частоты вращения якоря двигателя достигается путем ослабления поля.

·              На ЭР-2Т имеется 6 ступеней ослабления поля.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ

·              Согласно принципа работы двигателя   и генератора можно установить, что электрическая машина может работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя.

·              Если к электрической машине подвести электроэнергию из сети, то она будет работать как двигатель.

·              Если, наоборот, вращать якорь электрической машины (в данном случае кол.парой), то электрическая машина будет работать как генератор, который стремится затормозить вал первичного двигателя (кол.пары), то есть создает  тормозящий момент противоположный вращающему  усилию колесной пары, который зависит от тока, отдаваемого генератором и магнитного потока.

М_тор= I·Ф·C_м

·              Когда силы движущегося поезда обеспечивают вращение якорей двигателя с такой скоростью, что суммарная ЭДС двигателей становит­ся выше напряжения контактной сети-получаем рекуперативное торможение с отдачей электрической энергии в контактную сеть.

·              При  электрическом торможении на низких скоростях, эдс меньше напряжения контактной сети -  реостатное торможение.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

·              Характеристиками тягового двигателя называют графическое изображение силы тяги, скорости и К. П. Д. в зависимости от тока.

·              Сила тяги   F  зависит от тока в прямой пропорциональности, то есть, чем больше ток, тем больше сила тяги   

F =I·Ф·C_м

·              Скорость   V    зависит от тока в обратной пропорциональности, то есть, чем выше скорость, тем меньше ток (за счет противо-эдс).

·              КПД   η     зависит от тока с учётом потерь в тепловом процессе, то есть у холодного двигателя   η  возрастает, а у нагрето­го уменьшается.

ПОТЕРИ В ДВИГАТЕЛЕ И ЕГО   КПД

·              Механические - в подшипниках, трение щеток о коллектор, деталей якоря о воздух и прочие.

·              Электрические - обмотка якоря и обмотки главных полюсов обладают сопротивлением,  препятствующим протеканию тока, данные поте­ри вызывают нагрев проводников обмоток якоря и возбуждения.

·              Магнитные   - образование вихревых токов, перемагничивание стали сердечника. При вращении якоря каждая его точка проходит то под северным, то под южным полюсом.

·              Добавочные - возникают при нагрузке машины в результате появления вихревых токов, они появляются в процессе коммутации.

·              Соотношение между потребляемой мощностью и отдаваемой – есть КПД. Он всегда меньше единицы.

                         ≈ 0,90 - 0,92

·              Максимальную величину кпд имеет при номинальной мощности, при перегрузке кпд начинает падать.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ 1ДТ 003. 05

Где – 05 – ……………………………модификация

Мощность…………………………...235 квт

Напряжение…………………………750 В

Ток………………………………….. 345 А

Класс изоляции……………………. F

Частота вращения…………………..1250 об\мин

Щётки типа………………………….ЭГ-2А

Сопротивление двигателя………….≈ 0,13 Ом

Размер щёток……………………….10 x 40 x 50

Масса………………………………..2,300 кг

Диаметр коллектора………………..440 мм

Зазор между коллектором

И щёткодержателем………………...3±1 мм

·              Часовой ток это такой ток, при котором двигатель в течение 1 часа достигает температуры t⁰ = 180⁰C.

КОММУТАЦИЯ ТЯГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

·              При вращении якоря секции его обмотки проходят попеременно под полюсами разной полярности, и ток в них меняет нап­равление, чтобы вращение якоря двигателя осталось постоянным.

·              Про­цесс переключения направления тока в секциях обмотки якоря называ­ется коммутацией и протекает она следующим образом:

·              При перемещении обмотки якоря и коллектора относительно щетки, ток секции обмотки сначала уменьшается, потом станет равным  нулю, затем изменит нап­равление, и снова будет увеличиваться.

·              При изменении тока в секции изменяется магнитный поток и в ней наводится эдс самоиндукции.

·              Эта эдс называется реактивной в коммутирующей секции.

·              При сбегании щетки с коммутирующей секции появляется искрение.

·              Для улучшения коммутации применяют добавочные полюса, а также щетки ЭГ2А с повышенным сопротивлением.

·              Для оценки качества коммутации установлено 5 степеней искрения:

o            1;    1,¼;    1,½ - являются нормальными;

o            2 - допускаются при кратковременных перегрузках;

o            3 - не допускается.