Устройство тягового электродвигателя постоянного тока
Тяговый двигатель имеет неподвижный остов (статор) вращающийся якорь (ротор) корпус статора представляет собой литую тонкостенную пустотелую конструкцию четырехгранной формы со скошенными углами (рис.4.30). Снаружи с одной стороны имеются верхний и нижний приливы для размещения упругой траверсы для подвески к раме тележки, а с другой стороны-приливы для крепления разъемных моторно-осевых подшипников, через которые двигатель опирается на ось колесной пары.
Рис.4.30. Тяговый двигатель электровоза постоянного тока: 1- остов, 2- вентиляционный патрубок, 3- обмотки главных полюсов, 4-сердечники главных полюсов, 5-мотрно-якорные подшипники , 6-вал якоря, 7- якорь, 8-обмотки дополнительных полюсов, 9- сердечники дополнительных полюсов, 10-щеткодержатель, 11-коллектор, 12-подшипниковые щиты.
Рис.4.31. Остов тягового электродвигателя: 1-корпус, 2,3-главный и дополнительный полюсы,4-горловины для установки моторно-осевых подшипников.
Сверху остов имеет патрубки для присоединения к системе вентиляции, сбоку и снизу смотровые люки.
Остов является частью магнитной системы тягового двигателя. Внутри него имеются симметрично расположенные приливы, к которым крепят болтами сердечники полюсов прямоугольной формы. Предварительно на сердечники надевают, обмотки возбуждения.
Сердечники главных полюсовнабирают из тонких штампованных листов, которые, чтобы изолировать их друг от друга, покрывают специальным лаком. При сборке полюсы стягивают специальными заклепками Такие сердечники полюсов называют шихтованными.
Обмотки возбужденияглавных полюсов выполняют в видеокатушек из меди прямоугольного профиля, которые наматывают «плашмя» в два слоя. Витки и слои изолируют друг от друга и от остова.
Якорь тягового двигателя, как и сердечники полюсов, для уменьшения вихревых токов выполняют шихтованным (рис.4.32)
По внешней окружности на листах штамповкой делают прямоугольные вырезы. После сборки всех листов якоря они образуют продольные пазы, в которых размещают обмотку. Обмотку якоря изготовляют в виде отдельных медных изолированных секций или полусекций (рис.4.33); их закладывают в пазы на поверхности якоря и закрепляют с помощью изоляционных клиньев и бандажей (рис.4.32).
Рис.4.32. Сердечник якоря тягового двигателя: 1-штампованные листы, 2-сборная рейка, 3-втулка якоря, 4-нажимные шайбы, 5-пазы для обмотки, 6-выточки для наложения бандажа.
Моторно-якорные подшипники качения, в которых вращается якорь тягового двигателя, внутренними кольцами напрессованы на концы вала якоря. Вал изготовляют из хромоникелевой стали, обладающей высокой прочностью. При сборке тягового двигателя наружные кольца подшипников запрессовывают в
подшипниковые щиты, которые затем вставляют в посадочные
Рис 4.33. Секции обмотки якоря: а- петлевая; б- волновая.
Подшипниковые щиты имеют в центральной части специальные, так называемые лабиринтные камеры, предотвращающие попадание внутрь тягового двигателя смазки при вращении якоря.
Коллекторно-щеточный узел – один из ответственных узлов тягового двигателя- во многом определяет его нормальную работу. Коллекторно-щеточный узел состоит из коллектора, щеток, нажимных пружин, щеткодержателей и их деталей.
Коллектор представляет собой набор тщательно подобранных, радиально расположенных по его окружности медных пластин, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками (рис.4.34). Эти прокладки склеивают из тонких слоев слюды, обладающей, как известно, высокой электрической прочностью, влаго- и теплостойкостью.
Для того чтобы можно было надежно закрепить коллекторные пластины на цилиндрической стальной коробке, им в нижней части придают форму ласточкина хвоста. Крепят их нажимными шайбами и стягивают болтами.
Рис.4.34. Коллектор тягового двигателя постоянного тока:
1- коробка; 2- нажимные шайбы; 3- изоляционные манжеты; 4-петушки; 5- медные пластины; 6-ласточкин хвост; 7- миканитовые прокладки.
Коллектор напрессовывают на якорную втулку или на вал якоря двигателя. К коллекторным пластинам припаяны в соответствии с расположением в пазах сердечника выводы одной секции обмотки якоря, состоящей из нескольких витков.
К обмотке якоря электрический ток подводится: через щетки и. щетки располагают по геометрической нейтрали основного магнитного потока, т. е. в зоне его отсутствия, что облегчает условия коммутации. Следует иметь в виду, что коммутация тяговых двигателей протекает в трудных условиях, определяемых действием на коллектор и щетки случайных динамических сил, возникающих вследствие движения э. п. с. по неровностям рельсового пути.
Щетки изготовляют из материалов, обеспечивающих их высокую твердость, большое переходное электрическое сопротивление, малый коэффициент трения при взаимодействии с коллектором; они допускают номинальную плотность тока до 10-12 А/см2. Ширина щетки больше ширины коллекторной пластины; обычно щетка перекрывает несколько коллекторных пластин, из-за чего одновременно под одной щеткой коммутируют несколько секций обмотки якоря.
Для обеспечения по возможности равномерного нажатия щеток на коллектор их устанавливают в специальных обоймах с нажимными пружинами. Эти обоймы выполняют разъемными с фиксирующими зубчатыми поверхностями, позволяющими при необходимости несколько смещать щетки. Обоймы, их детали, а также изолирующие кронштейны, которые крепят болтами к внутренней торцовой поверхности остова, образуют щетко - держатель.
Как правило, щетки выполняют состоящими из двух частей. При этом инерционные силы действуют порознь на каждую половину щетки, контакт с коллекторными пластинами становится более стабильным,. а значит, облегчаются условия коммутации.
Конструктивные решения по улучшению условий коммутациисводятся к предотвращению искажения основного магнитного потока реакцией якоря. Для этого увеличивают воздушный зазор, выполняют его расходящимся от середины полюса к концам, применяют дополнительные полюсы и компенсационную обмотку.
Обмотки дополнительных полюсов, наиболее эффективно снижающие реакцию якоря, создают магнитный поток, компенсирующий искажение основного магнитного потока. Этому же способствует компенсационная обмотка, укладываемая в пазы полюсов и остова по его внутренней образующей.
Изоляция тягового двигателя играет большую роль в обеспечении его надежности, так как у работающего двигателя об- мотки и другие узлы находятся под высоким напряжением. Поэтому для обеспечения. нормальной работы тягового двигателя и безопасности обслуживающего персонала обмотки и его узлы изолируют друг от друга и относительно «земли».
В современных тяговых двигателях применяют три вида изоляции: витковую, изолирующую проводники обмотки друг от друга (для этой цели используют стеклослюдинитовую ленту); корпусную, применять новые виды изоляции на основе полимерных лент и компаундов. Такая изоляция имеет значительно меньшую толщину по сравнению со стеклослюдинитовой лентой, более высокую , электрическую и механическую прочность.
Бесколлекторные тяговые двигатели
Широко применяемые тяговые двигатели постоянного и пульсирующего тока имеют, однако, существенные недостатки. Это прежде всего наличие коллекторно-щеточного узла, который требует постоянного ухода в эксплуатации. Щетки быстро изнашиваются, поверхность коллектора заволакивается продуктами их износа и распада, под влиянием тряски происходят нарушение коммутации, искрообразование на коллекторе и т. п.
В бесколлекторных двигателях — вентильных синхронных и асинхронных — нет необходимости выполнять работы по текущему содержанию коллектора и щеток; при тех же габаритах оказывается, возможным создать двигатель большей мощности, чем коллекторный. При этом отпадают ограничения по прочности узлов. Бесколлекторный двигатель допускает большую частоту вращения, имеет меньшую массу, более низкую стоимость изготовления и эксплуатации.
Основные же трудности использования бесколлекторных двигателей для тяги состоят, во-первых, в сложности преобразования однофазного тока контактной сети в трехфазный для питания тяговых двигателей, и во-вторых, в сложности системы регулирования бесколлектоных двигателей.
Только в последние годы благодаря появлению тиристоров оказалось возможным использовать для тяги бесколлекторные двигатели как асинхронные, так и вентильные. На тиристорах были созданы преобразователи постоянного или однофазного тока постоянной частоты в трехфазный переменный регулируемой частоты. Появилась возможность так регулировать бесколлекторный тяговый двигатель, что каждому значению его вращающего момента, а следовательно, и силы тяги (или торможения) соответствуют напряжение и частота питающего тока, обеспечивающие полное использование мощности э. п. с.
Регулирование режимов работы сводится при этом к преобразованию по требуемым законам напряжения и тока контактной сети в напряжение и ток, питающие обмотки бесколлекторного двигателя. Машинист выбирает режимы так, чтобы обеспечить желаемые характеристики э. п с: на каждом элементе профиля пути.