Локомотивный с компенсационной обмоткой)
Тяговый электродвигатель ТЛ-2К1 постоянного тока предназначен для преобразовании электрической энергии, получаемой от контактной сети, в механическую в тяговом режиме, а режиме рекуперативного торможения, для преобразовании механической в электрическую.
Вращающий момент с вала якоря двигателя передается на колёсную пару через двухстороннюю одноступенчатую цилиндрическую косозубую передачу. При такой передаче подшипники двигателя не получают добавочных нагрузок по аксиальному направлению.
Подвешивание электродвигателя опорно-осевое. С одной стороны он опирается моторно-осевыми подшипниками на ось колёсной пары электровоза, а с другой стороны на раму тележки через шарнирную подвеску и резиновые шайбы.
Тяговый электродвигатель имеет высокий коэффициент использования мощности ( 0,74 ) при наибольшей скорости электровоза.
Возбуждение электродвигателя в режиме тяги – последовательное, а в режиме рекуперативного торможения – независимое.
Система вентиляции независимая, аксиальная, с подачей вентилирующего воздуха 95 м3/ мин. сверху в коллекторную камеру двигателя и выбросом вверх с противоположной стороны якоря вдоль оси тягового электродвигателя. На электровозе установлено восемь тяговых электродвигателей, мощностью 670квт каждый, с напряжением на коллекторе 1500 в и массой 5000 кг каждый.
Тяговый электродвигатель ТЛ-2К1 состоит из остова с полюсами, якоря, щёточного аппарата и подшипниковых щитов.
Остов двигателя представляет собой отливку из электротехнической стали марки 25Л-11 цилиндрической формы и служит одновременно магнитопроводом достаточной механической прочности и корпусом (остов), внутри которого расположены все основные детали и узлы. Места крепления главных полюсов имеют утолщенные стенки. В остове закрепляются 6 (шесть) главных и 6 (шесть) дополнительных полюсов, поворотная траверса на которой крепятся 6 (шесть) щёткодержателей и подшипниковые щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь двигателя. С наружной поверхности имеется два прилива для крепления букс моторно-осевого подшипников, прилив и съёмный кронштейн для подвешивания электродвигателя, предохранительные приливы от падения на путь и приливы для транспортировки. Со стороны коллектора имеются три люка, предназначенные для осмотра щёточного аппарата и коллектора. Все люки герметично закрываются крышками от попадания пыли, снега и др.
Крышка верхнего коллекторного люка укреплена на остове специальным пружинным замком, крышка нижнего люка – одним болтом М20 и специальным болтом с цилиндрической пружиной, а крышка второго нижнего люка – четырьмя болтами М12.
Со стороны коллектора имеется вентиляционный люк для подвода воздуха охлаждения якоря. Выход вентилирующего воздуха осуществляется со стороны, противоположной коллектору, через специальный кожух , укреплённый на подшипниковом щите и остове. Выводы из двигателя кабелей марки ПМУ-4000 выполнены сечением 120 мм. Кабели защищены брезентовыми чехлами с комбинированной пропиткой. На кабелях имеются ярлычки из полихлорвиниловых трубок с обозначением Я, ЯЯ, К, КК. Выводные кабели Я и ЯЯ соединены с обмотками дополнительных полюсов, якоря и с компенсационной, а выводные кабели К и КК соединены с обмоткой главных полюсов. Торцевые стороны остова имеют горловины, в которые запрессовываются подшипниковые щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь двигателя.
Главные полюса предназначены для создания основного рабочего магнитного потока.
Он состоит из сердечника, катушки главного полюса и компенсационной обмотки.
Сердечники главных полюсов набраны из отдельных штампованных неизолированных листов, изготовленных из электротехнической стали
марки 2211, толщиной 0,5 мм и крайних боковин толщиной 1,5 мм Листы стягиваются при помощи специальных стержней-заклёпок. Это делается для того, чтобы уменьшить нагрев и снизить потери энергии вследствие наличия вихревых токов, которые образуются в сердечнике из-за колебаний величины магнитного потока при прохождении зубцов якоря под полюсом. Для крепления полюсов к остову в их сердечники запрессовано по два стержня, в которых нарезаны четыре отверстия под болты М24. В каждом полюсном башмаке имеется по десять открытых пазов для компенсационной обмотки, расположенных параллельно пазам якоря. Между сердечником полюса и остова устанавливается одна стальная пружинная прокладка, толщиной 0,5 мм. Головки болтов с внешней стороны остова заливаются компаундной массой, предохраняющей двигатель от попадания в него влаги, а также для контроля крепления болтов полюсов.
Катушка главного полюса имеет 19 витков, намотана на ребро из мягкой ленточной меди ЛММ размером 1,95Х65 мм, изогнута по внутреннему радиусу расточки остова для обеспечения прилегания к поверхности. Катушка главного полюса от перемещений на сердечнике уплотнена двумя клиньями в распор по лобовым частям.
Межвитковая изоляция выполнена из асбестовой бумаги в два слоя толщиной 0,4 мм, каждый слой имеет толщину 0,2 мм и пропитана лаком КО-919.
Корпусная изоляция состоит из восьми слоёв стеклослюдинитовой ленты ЛС-ЭП-934-ТП толщиной 0,11 Х30 мм с полиэтилентерефталантной плёнкой на лаке марки ПЭ-934 и одного слоя ленты технической лавсановой термоусаживащейся толщиной 0,22 мм, наложенных с перекрытием в половину ширины ленты. И имеет выводные кабели К и КК.
Компенсационная обмотка предназначена для улучшения рабочих характеристик двигателя, т. е. устраняет вредное влияние размагничивающего действия реакции якоря.
Она состоит из шести катушек намотанных из мягкой прямоугольной медной проволоки ПММ размером 3,28Х22 мм, и имеет 10 витков. Компенсационная обмотка уложена по два витка в пазы сердечника полюса. И имеет выводы кабелей Я и ЯЯ.
Корпусная изоляция и покровная изоляция состоит из шести слоёв стеклослюдинитовой ленты ЛСЭК-5-СПл толщиной 0,11 мм, одного слоя фторопластовой ленты толщиной 0,03 мм и одного слоя стеклоленты ЛЭС толщиной 0,1 мм, уложенных с перекрытием в половину ширины ленты .
Витковая изоляция имеет один слой стеклослюдинитовой ленты той же марки, она уложена с перекрытием в половину ширины ленты.
Компенсационная обмотка в пазах закреплена клиньями из текстолита марки Б.
Изоляция компенсационных катушек на ТЭВЗ выпекается в приспособлениях, а на НЭВЗ - в остове.
Дополнительные полюса предназначены для создания магнитного потока в зоне геометрической нейтрали основной полюсной системы двигателя. Дополнительный полюс состоит из сердечника и катушки дополнительного полюса.
Сердечники дополнительных полюсов выполняются из толстолистового проката и крепится к остову двигателя трёмя болтами М20, через латунную (диамагнитную) прокладку толщиной 7 мм. Эта прокладка не обходима для уменьшения насыщения дополнительного полюса между остовом и сердечником.
Катушки дополнительных полюсов намотаны на ребро из мягкой медной проволоки ППМ размерами 6Х20 и имеют 10 витков каждая. Катушки дополнительных полюсов пропитаны совместно с сердечниками и представляют собой неразъёмный моноблок.
Межвитковая изоляция состоит из асбестовых прокладок толщиной 0,5 мм, пропитанных лаком КО-19.
Корпусная изоляция и покровная ни чем не отличается от изоляции главных полюсов. Имеются выводы кабелей Я и ЯЯ. С целью улучшения коммутации устанавливают зазор между главным полюсом и сердечником якоря до 4 мм, а между дополнительным полюсом и сердечником якоря до 6 мм.
Якоря двигателейпредназначены для передачи вращающегося момента двигателей на колёсные пары электровоза в режиме тяги, а также тормозных моментов во время рекуперативного торможения.
Якорь двигателя состоит из вала с втулкой, сердечника, задней и передней нажимных шайб, коллектора, обмотки якоря и щёточного аппарата.
Вал якоря является основой для крепления остальных деталей. Он воспринимает от них весовую нагрузку, передаёт вращающий момент и подвергается действию различного рода ударов. Он испытывает также переменные скручивающие и изгибающие усилия Эти тяжёлые условия работы требуют от вала повышенной прочности. Поэтому его изготавливают из специальной стали пределом прочности на растяжение не менее 70 кг / мм. Поверхность вала должна быть тщательно обработана и не иметь трещин, задиров, рисок. Переходные галтели выполняются плавными и без перекосов. Посадочное равно 149 мм для напрессовки втулки. По обе стороны вала имеются посадочные поверхности диаметром 140 мм под внутренние кольца роликовых подшипников. Концы вала, предназначены для насадки малых шестерен зубчатой передачи.
Втулка якоря изготавливается из стальной отливки коробчатой формы, для обеспечения её замены. Она позволяет заменять вал, не нарушая скрепления остальных элементов якоря. Втулка запрессовывается на вал с усилием 80-110 тс. После запрессовки она обрабатывается под передние и задние нажимные шайбы и фрезеруется шпоночная канавка. С противоколлекторной стороны предусмотрен буртик, служащий упором для задней нажимной шайбы, а с коллекторной стороны втулка имеет резьбовую часть под г айку, для крепления передней нажимной шайбы.
Сердечник якоря состоит из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и диаметром 635 мм. Крайние листы ( по восемь штук с каждой стороны ) имеют толщину 1 мм и диаметр 628 мм По наружной поверхности листов имеется 75 пазов. Все листы между собой изолированы тонким слоя лака. Сборка сердечника производится таким образом, чтобы по краям, за счёт листов меньшего диаметра получилось восемь окружных дорожек глубиной 3,5 мм для наложения проволочного бандажа. Длина сердечника после сборки и опрессования 400 мм. Изоляция листов сделана для уменьшения величины вихревых токов, которые вызывают нагрев сердечника и лишние потери энергии. В сердечнике имеется один ряд аксиальных отверстий диаметром 30 мм для прохода вентилирующего воздуха.
Нажимные шайбы изготавливаются из литой стали и предназначены для удержания сердечника якоря в спрессованном состоянии, а также для поддержания лобовых частей обмотки якоря. Кроме того, передняя шайба является и корпусом коллектора. Задняя нажимная шайба имеет шпоночную канавку для посадки на втулку якоря. Шайба имеет пять спиц, для прохода охлаждающего воздуха, а для предохранения от попадания на якорь смазки из подшипников она имеет специальный щит.
Коллектор якоря осуществляет правильное распределение направления тока в проводниках обмотки якоря при переходе под главный полюс другой полярности.
Он является скользящим контактом питания током обмотки якоря двигателя. Коллектор работает в тяжёлых условиях, так как он подвергается большим механическим и электрическим нагрузкам. За счет прохождения больших токов и трения щёток на его поверхности образуется много тепла, а также наличие открытых деталей щёточного аппарата, находящихся под высоким напряжением, близко расположенной «земля», возможное искрение под щётками вызывают ионизацию воздуха вокруг коллектора.
Коллектор набирают из отдельных медных пластин, изолированных друг от друга отдельными изоляционными прокладками.
Коллектор состоит из 525 коллекторных пластин толщиной 5,5 мм клинообразного сечения, изготовленных из твёрдотянутой красной меди, и такого же количества изолированных коллекторных слюдопластных пластин толщиной 1,14 мм Диаметр коллектора равен 660 мм. Длина рабочей части коллектора равна 124 мм. Среднее напряжение между соседними пластинами при рабочем напряжении на коллекторе 1500 В и составляет 26,8 В. Коллекторная пластина на внешний вид имеет форму «петушка» и имеет три рабочих поверхности: рабочая поверхность для скольжения щётки, на рабочей поверхности сняты фаски, для улучшения условий работы щётки; нижняя поверхность «ласточкин хвост» для крепления к сердечнику якоря; верхняя часть имеет паз для крепления концов проводника секций обмотки якоря.
Сборка коллектора производится следующем образом: сначала коллекторные пластины в чередовании с слюдопластными пластинами собираются в виде кольца в специальном приспособлении. Затем происходит прессовка и стягивание кольца наружным хомутом .После этого внутренняя часть растачивается по окружности и под «ласточкин хвост». Производится скрепление коллектора зажимом «ласточкина хвоста» пластин между нажимным конусом и коллекторной коробкой с прокладкой под их выступы миканитовых конусов. Под низ коллекторных пластин предварительно ставится миканитовой цилиндр, т. е. коллекторные пластины и коллектор полностью изолирован от вала и друг от друга. Посадка нажимного конуса производится под прессом и стягивается болтами с коробкой коллектора. После сборки коллектор балансируют с приваркой уравновешивающих грузов.
Окончательная отделка коллектора производится на готовом якоре после укладки и припайки обмотки. После сборки коллектора его рабочую поверхность подвергают механической обработке и шлифуют. При прохождении тока между щёткой и коллектором происходят сложные процессы. Вследствие этого поверхность коллектора покрывается политурой—тонкий плёнкой светло или тёмно коричневого цвета, содержащий, главным образом, окислы меди углерод. Наличие политуры благотворительно сказывается на работе щёток; коэффициент трения уменьшается и возрастает переходное сопротивление контакта между щёткой и коллектором. Процесс появления политуры при обычных условиях длится от 2 до 10 час. При очень больших скоростях перемещение щётки по коллектору ( свыше 50—60 м/ сек ) может произойти частичное разрушение политуры. Цвет рабочей поверхности должен соответствовать цвету орехового дерева. Слюдопласт между пластинами коллектора вырезают специальной фрезой на глубину 1–2 мм. Образовавшиеся канавки называют продорожкой коллектора. Продорожка производится с целью предохранения от возвышения слюдопласта над поверхностью коллекторных пластин, т. к. это возвышение слюдопласта над поверхностью коллектора вызовет подпрыгивание щёток и искрение, а также излом щёток. Производиться испытания на пробой изоляции.
Обмотка якоря служит для создания вращающего момента двигателя при взаимодействия электромагнитных сил, возникающих при прохождении электрического тока по проводнику, помещённого в магнитный поле полюсов.
Витки проводников, соединённые между собой коллекторными пластинами, образуют обмотку якоря. Обмотка якоря петлевая. Обмотка якоря двигателя набирается в пакет по 7 (семь) отдельных проводников изготовленных из медного провода ПЭТВСД и укладывается в специальные пазы сердечника в два ряда по высоте. Этот пакет образует катушку якоря . Обмотка якоря имеет 75 катушек и 25 секций уравнительных соединений. Уравнительные секционные соединения изготовляются из трёх проводов той же марки. Катушки обмотки якоря укладываются в пазы сердечника шагом по пазам 1 – 13, а по коллектору шагом 1 – 2 и уравнительные соединения – шагом по коллектору 1 – 176.
Для укладки нижнего ряда секции обмотки в паз её нагревают до температуры 65 °C, что делает более эластичной их изоляцию. При укладки секций в паз по его краям в местах выхода секций ставятся изоляционные U-образные скобочки и поверх них на дно паза укладывают полоски из прокладочного миканита. Боковые поверхности пазовой части полусекций натирают парафином и полусекции укладывают в пазы с осаживанием лёгкими ударами киянки через деревянные подкладки. Передние концы проводников осаживают в шлицы (прорези) петушков коллектора.
Обмотка якоря после укладки в пазы закрепляется в пазовой части текстолитовыми клиньями, а в лобовой части – стеклобандажём.
Якорь нагревают до температуры 110-115 °C и производят намотку бандажа из лужёной стальной проволоки диаметром 2 мм с натяжением 190-210 кгс. Чтобы витки не расходились в стороны их скрепляют в нескольких местах по окружности скобочками-замками из луженной жести и пропаиваются по всей поверхности чистым оловом с применением канифоли в качестве флюса,..
Соединение концов обмотки и клиньев с петушками коллекторных пластин выполнено припоем ПСР-2,5 на специальной установке токами высокой частоты.
Каждый пакет обмотки якоря изолируют одним слоем с перекрытием в половину ширины стеклослюдинитовой лентой ЛСЭК-5-СПл толщиной 0,09 мм. Каждый пакет из семи проводников изолирован также лентой стеклослюдинитовой ЛСЭК-5-СПл толщиной 0,09 мм с перекрытием вполовину ширины ленты.
Корпусная изоляция пазовой части катушки состоит из шести слоёв стеклослюдинитовой ленты ЛСЭК-5-СПл, одного слоя ленты фторопластовой толщиной 0,03 мм и одного слоя стеклоленты ЛЭС толщиной 0,1 мм, уложенных с перекрытием в половину ширины ленты
Изоляция каждого провода уравнительного соединителя состоит из одного слоя стеклослюдинитной ленты ЛЭСК-5-СПл и одного слоя ленты фторопластовой толщиной 0,03 мм. Вся изоляция уложена с перекрытием в половину ширины ленты. Изолированные провода соединяют в секцию одним слоем стеклоленты, уложенной с перекрытием в половину ширины ленты. Затем производиться сушка якоря и испытания на пробой изоляции.
Щёточный аппаратпредназначен для обеспечения постоянного диапазонного нажатия щеток на скользящие контакты коллектора.
Щеточный аппарат тягового двигателя состоит из траверсы разрезного типа с поворотным механизмом, шести кронштейнов и шести щеткодержателей со щётками.
Траверса расположена в остове и представляет собой стальную отливку в виде кольца швеллерного сечения, имеющую по наружному ободу зубчатый венец, через который она сцепляется с шестерней поворотного механизма. Поворотный механизм фиксируется стопорным болтом со стопором. На внутренней боковой поверхности траверсы, для крепления кронштейна щёткодержателя, расположены две шпильки на каждый кронштейн. Фарфоровые изоляторы, насажены на шпильки кронштейнов и изолированы пресмассой АГ-4 , с использованием эпоксидной смолы.
Кронштейн стальной, разъёмный, состоящий из двух половин, которые соединяются между собой болтами. Для крепления щёткодержателя кронштейн имеет обработанную гребенчатую поверхность с резьбовым отверстием под болт М20. Электрическое соединение кронштейнов траверсы между собой выполнено кабелями ПС-400 площадью сечения 50 мм. Два верхних кронштейна соединяются электрически со схемой двигателя кабелями с легкосъёмными наконечниками.
Фиксация траверсы и щеток на геометрической нейтрали двигателя обеспечивается одним болтом-фиксатором, расположенным против верхнего коллекторного люка. Траверса прижимается к подшипниковому щиту двумя стопорными устройствами, расположенными одно внизу остова, другое – со стороны подвески.
Щёткодержатель состоит из латунно- кремнистого корпуса и крепится к кронштейну при помощи болта М20. При валочная поверхность выполнена гребёнчатой, как и у кронштейна. При соединении зубцы поверхности заходят в противоположные впадины, разгружая крепящий болт от срезывающих и изгибающих усилий. Проходное отверстие под болт овальное, что позволяет перемещать щёткодержатель и регулировать расстояние от корпуса до поверхности коллектора. Щёткодержатель имеет две цилиндрические пружины, работающие на растяжение. Пружины закреплены одним концом на оси, вставленной в отверстие корпуса щёткодержателя, другим – на оси нажимного пальца с помощью винта, которым регулируют натяжение пружины. Кинематика нажимного механизма выбрана так, что в рабочем диапазоне обеспечивает практически постоянное нажатие на щётку. Кроме того, при наибольшем допустимом износе щётки нажатие пальца на щётку автоматически прекращается. Это позволяет предотвратить повреждение рабочей поверхности коллектора гибкими проводами сработанных щёток.
Расстояние от корпуса щеткодержателя до рабочей поверхности коллектора не менее 3,5 мм и не более 6,5 мм. А расстояние между петушками коллектора и корпусом щёткодержателя при крайнем положении якоря в сторону щеткодержателя не менее 4 мм. В корпусе имеется окно для щёток.
Щётки марки ЭГ-61А разрезные, нажимного устройства, размером 2(8Х50Х56) мм с резиновыми амортизаторами. Щётки армированы медными шунтами, шунты припаяны в просверленных отверстиях щётки и приклёпаны к контактным пальцам, а второй конец шунтов крепится к корпусу щёткодержателя винтом. Щётки в окне должны свободно скользить вдоль стенок свободно, без заеданий. Давление на щётки регулируется в пределах 3-3,8 кг. Высота щёток должна быть не менее 35 мм. Перед установкой комплект щёток притирают на макете, придавая им форму рабочей поверхности приближённой поверхности коллектора и делается просушка их.
Улучшения условий коммутации можно обеспечить при применении разрезных щёток. В этом случае удлиняется путь, по которому проходит добавочный ток коммутации и увеличивается сопротивление цепи коммутируемой секции, а также уменьшается ток коммутации.
Подшипниковые щиты являются одной из составляющих частей остова двигателя дляопоры якоря в горизонтальном положении и обеспечения вращения якоря. Подшипниковые щиты запрессовываются в предварительно нагретые горловины остова двигателя индукционным нагревателем до температуры 100-160 °C и крепятся восемью болтами М24 к торцу остова двигателя. К наружним поверхностям подшипниковых щитов привариваются фланцы с резьбой М30, для крепления кожухов зубчатой передачи.
Якорные подшипники в двигателе применены роликовые радиальныецилиндрические тяжелые серии, которые обеспечивают разбег якоря в пределах 6,3 – 8 мм. Подшипники смонтированы в стальных подшипниковых щитах, плотно прилегающих к остову и крепящихся к нему болтами с предохранительными шайбами. Охлаждающий воздух подается в двигатель через патрубок над коллектором и выбрасывается через отверстия в торцовой стенке остова и в подшипниковом щите со стороны, противоположной коллектору.
Для предотвращения попадания снега и воды через вентиляционные отверстия на двигателе устанавливается сварной кожух снегозащит, а для более надежной защиты двигателя от попадания в него снег и влаги выброс охлаждающего воздуха вверх.
Сборка и испытания тяговых двигателей.
Собранный остов с полюсами и компенсационными обмотками ставят стороной, противоположной стороны коллектора, на подшипниковый щит. Щит стягивают восемью болтами М24.Затем переворачивают остов на 180 , опускают якорь, устанавливают траверсу на остов с кронштейнами, вставляют навал якоря второй подшипниковой шит и крепят его болтам, как первый.
Тяговые двигатели после сборки подвергаются испытаниям в соответствии с Правилами ремонта:
- У двигателя проверяется легкость вращения якоря от руки и производится замер его продольного разбега.
- После этого включают двигатель под напряжение 50- 250 D постоянного тока, этим проверяется отсутствие нагрева подшипников, температура нагревания должна не превышать 80 °C, испытание производят на холостом ходу без нагрузки при вращении в обе стороны по 30 мин.
- Двигатель испытывается на нагревание при часовой мощности по методу возвратной работы и при номинальном количестве охлаждающего воздуха, при этом нагрев должен быть для обмотки якоря 120 °C и обмотки полюсов 130 °C, снимается скоростная характеристика и проверяется реверсирование при номинальной мощности.
- Производится испытание двигателя на повышенную скорость на холостом ходу в течение 2 мин при скорости вращения якоря 2100 об/ мин.
- Производится испытание при напряжении на коллекторе 1500 В и двойном часовом токе, а также при напряжении 1800 В и максимальной скорости вращения допускаемой в эксплуатации 1690 об/мин, испытание производят в течении 30 сек при вращении в каждую сторону.
Замеряется сопротивление изоляции, которое должно быть не менее 3 Мом, в горячем состоянии , замер производят мегомметром на 2,5 кВт.
Контролируется состояния изоляции мостом Шеринга,
проверяется качество изоляции и старение её прибором ИЧР –(индикатор частотных разрядов), влажность – прибором ПКВ, а межвитковая изоляция якоря с помощью прибора ИВ-3, этим же прибором
контролируется корпусная и витковая изоляция.
- Проверяется электрическая прочность изоляции двигателя от корпуса. Проверяется переменным током в течение 1 мин напряжением 7000 В. На собранный тяговый электродвигатель, после испытания, заводится технический паспорт его электромеханических характеристик.