Файл: Тяговый электродвигатель Лабораторная работа Разработал доцент кафедры лкриПС.ppt

Тяговый электродвигатель

Лабораторная работа
Разработал доцент кафедры «ЛКРиПС»
Желдак К.В.

Тяговый электродвигатель

Вопросы к рассмотрению:
Общие сведения о ТЭД;
Классификация ТЭД;
Устройство и принцип работы ТЭД.

Общие сведения о ТЭД

Тяговый электродвигатель (ТЭД) — электрический двигатель, предназначенный для приведения в движение транспортных средств (электровозов, электропоездов, тепловозов и т. п.).
ТЭД преобразуют электрическую энергию, подаваемую от контактной сети, в механическую, которая идет на движение поезда. Вращающий момент, созданный в тяговом двигателе, передается через зубчатую передачу (редуктор) на колесные пары вращая их и во взаимодействии с рельсами приводит в движение локомотив.
Тяговые электродвигатели изготовляются в соответствии с ГОСТ 2582-81 «Машины электрические. Вращающиеся тяговые».
Основное отличие ТЭД от обычных электродвигателей большой мощности заключается в условиях монтажа двигателей и ограниченном месте для их размещения. Это привело к специфичности их конструкций (ограниченные диаметры и длина, многогранные станины, специальные устройства для крепления, условия эксплуатации и т. п.).

Общие сведения о ТЭД

Мощность ТЭД непрерывно повышается. Так, за последние 15 лет номинальная мощность двигателей электровозов возросла почти в 2 раза. В дальнейшем ожидается еще большее повышение их мощности при одновременном повышении надежности и экономичности в эксплуатации.
ТЭД работают в очень трудных условиях. Их нагрузка в эксплуатации кратковременно может превышать номинальную на 50÷80 %. При прохождении колесными парами неровностей пути на двигатель действуют значительные динамические силы. Необходима защита ТЭД от проникновения в них пыли, влаги и снега, а также принудительное охлаждение.

Общие сведения о ТЭД

Изоляция тяговых двигателей подвергается значительному нагреву, воздействию влаги, перенапряжений, вибрации, поэтому она должна обладать достаточной электрической и механической прочностью, быть нагрево- и влагоустойчивой.
Применение изоляции высокого класса повышает надежность тягового двигателя, позволяет при тех же размерах реализовать большую мощность, допускать более высокие температуры нагрева его частей.

---

Нагревоустойчивость - один из основных показателей качества изоляции, в зависимости от нее все электроизоляционные материалы делят на классы. Класс изоляции обозначается буквами латинского алфавита. В тяговых машинах используют изоляцию классов В, Р, Н.

Общие сведения о ТЭД

Тяговый электродвигатель, по сути, представляет собой электродвигатель с передачей вращающего момента на колесную пару транспортного средства.
В конце XIX века было создано несколько моделей безредукторных ТЭД, когда якорь насаживается непосредственно на ось колёсной пары. Однако даже полное подрессоривание двигателя относительно оси не избавляло конструкцию от недостатков, приводящих к невозможности развить приемлемую мощность двигателя.
Проблема была решена установкой понижающего редуктора, что дало возможность значительно увеличить мощность и развить достаточную для массового применения ТЭД на транспортных средствах силу тяги.

Общие сведения о ТЭД

Помимо основного режима тяговые электродвигатели могут работать в реверсивном режиме (обратное вращение вала), а также в режиме генератора (при электрическом торможении, рекуперации).
Существенным моментом использования ТЭД является необходимость обеспечения плавного пуска-торможения двигателя для управления скоростью транспортного средства. Вначале регулирование силы тока осуществлялось за счёт подключения дополнительных резисторов и изменения схемы коммутации силовых цепей.
С целью уйти от бесполезной нагрузки и повысить КПД стали применять импульсный ток, регулировка которого не требовала резисторов. В дальнейшем стали использоваться электронные схемы, обслуживаемые микропроцессорами. 

Характеристики ТЭД

Как правило, определяются следующие характеристики ТЭД:
Электромеханические (типовые)

зависимости от тока якоря

частоты вращения вращающего момента
КПД


Электротяговые

зависимости от тока якоря

окружной скорости движущих колёс ПС
силы тяги
КПД на ободе движущих колёс ПС


Тяговые
Тепловые (зависимость температур отдельных частей
ТЭД от времени при различной силе тока);
Аэродинамические (характеризуют обдув двигателя).

По роду тока:
постоянного (в том числе выпрямленного многофазного пульсирующего до 10 %), пульсирующего (в том числе выпрямленного однофазного пульсирующего более 10 %), переменного.

---

    Переменный синусоидальный ток;
     Постоянный ток;
     Пульсирующий ток, форма импульсов близка к пилообразной;
     Случайные изменения электрического напряжения.


По типу:
Электродвигатель постоянного тока (ДПТ) — электрическая машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.
Синхронная машина - это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора, которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре.
Асинхронная машина - электрическая машина  переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.


По типу подвешивания ТЭД:

опорно-осевое, опорно-рамное;

При опорно-осевом подвешивании - ТЭД с одной стороны опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники скольжения (МОП) и связан с ней тяговой передачей, а с другой - через кронштейн и упругий элемент (маятниковую подвеску или траверсу) на раму тележки;
При опорно-рамном подвешивании - ТЭД полностью опирается на раму тележки, то есть полностью обрессорен и защищен от динамических воздействий от пути.


По конструкции:

коллекторные бесколлекторные (бесконтактные, вентильные), вращающиеся (цилиндрические и торцевые) и линейные (цилиндрические и плоские);

Коллекторный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель — электрическая машина, в которой датчиком положения ротора и пере­к­лю­ча­те­лем тока в обмотках является одно и то же устройство - щёточно-коллекторный узел.

Вентильный электродвигатель

Вентильный электродвигатель (ВД) — это замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронной машины с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности.


Двигатель питается от преобразователя, который позволяет протекать току в обмотку двигателя через полупроводниковые ключи (вентили). Регулирующая система, которая регистрирует ток и положение ротора соответствующими датчиками, управляет полупроводниковыми ключами. Статор явнополюсный. Противоположные катушки питаются вместе и образуют фазу с северным и южным полюсами. Ротор представляет собой простую похожую на шестерню конструкцию без магнитов и щеток.

---

Линейный двигатель

Линейный двигатель - электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую магнитное поле, а другой взаимодействует с ним и выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя. 


Поезда Московской монорельсовой транспортной системы используют для движения асинхронный линейный двигатель. Статор расположен на подвижном составе, а вторичным элементом служит монорельс.


По способу охлаждения:

с независимой вентиляцией, с самовентиляцией, обдуваемые, с естественным охлаждением.

По способу возбуждения (по способу соединения обмоток возбуждения с обмоткой якоря) коллекторные тяговые двигатели подразделяются:
с последовательным - (сериесным) возбуждением;
с параллельным возбуждением;
со смешанным возбуждением;
с независимым возбуждением.

Устройство ТЭД

Тяговый двигатель можно разделить на три основных узла:
остов якорь подшипниковые щиты

Остов тягового электродвигателя

К остову крепят главные и дополнительные полюса, щиты с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь электродвигателя, и другие детали; предусмотрены в остове люки для подвода и отвода охлаждающего воздуха.
Остов имеет горловины, через которые в него устанавливают полюса, якорь и другие детали.
В процессе эксплуатации электровоза приходится периодически проверять состояние коллектора и щеточного аппарата. Для этого в остове имеются смотровые люки, герметично закрываемые крышками.

Остов тягового электродвигателя

У тягового двигателя остов одновременно служит магнитопроводом, к нему крепят главные и дополнительные полюса. Остов (ярмо) должен оказывать минимальное сопротивление прохождению магнитного потока, поэтому его изготовляют из стали, обладающей хорошими магнитными свойствами.
Форма остова зависит от числа полюсов:
ТЭД с 4-мя полюсами (пассажирские и маневровые локомотивы, моторные вагоны электропоездов) остов имеет восьмигранную;
ТЭД с 6-тью полюсами (грузовые электровозы ) остов имеет цилиндрическую форму

Остов тягового электродвигателя

Остов имеет цилиндрическую форму, отлит из стали 25ЛII, является одновременно магнитопроводом и корпусом, к которо­му крепятся все основные детали и узлы тягового двигателя. Часть остова, которая является магнитопроводом, выполнена утолщенной.

---

В нижней части остов имеет два сливных отверстия а диаметром 20 мм. Со стороны коллекторной камеры в остове имеется вентиляционный люк, через который входит охлаждающий, воздух, а со стороны против коллектора - люк и привалочные поверхности для крепления специального кожуха, образующего выходной патрубок для вентилирующего воздуха.
В остове предусмотрены два смотровых лю­ка: один в верхней, другой в нижней части против коллектора.

Остов тягового электродвигателя

Через эти люки производят осмотр коллектора и щеточного аппарата, осуще­ствляют уход за ними в эксплуатации. Люки плотно закрываются крышками.
Крышка верхнего люка имеет пружинный замок, с помощью которого она плотно прижимается к остову.
Крышка нижнего люка крепится к остову одним болтом М20 и специальным болтом с цилиндрической пружиной. Для лучшего уплотнения на крышках люков предусмотрены войлочные прокладки.
С торцов остов имеет горловины с привалочными поверхностями для установки подшипниковых щитов с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь тягового двигателя. 

Остов тягового электродвигателя

С наружной стороны остов имеет два прилива для крепления букс моторно-осевых  подшипников (МОП),   прилив для   крепления   кронштейна  подвески двигателя, предохранительные приливы, прилив для коробки выводов, приливы с отверстиями для транспортировки и  кантования остова и двигателя при монтаже и демонтаже, кронштейны для крепления кожухов зубчатой передачи.

Продольный разрез тягового двигателя НБ-418К6

1, 5 - щиты подшипниковые; 2 - траверса: 5- остов; 4 - якорь

Поперечный разрез тягового двигателя НБ-418К6

1-5 – см. рис.2;  6- сердечник главного полюса;  7 - катушка  добавочного полюса; 8- катушка главного полюса; 9 - подшипник моторно-осевой;   10 - остов;  11- сердечник добавочного полюса,12 - катушка компенсационной обмотки

Тяговый электродвигатель ТЛ-2К1

1,5-подшипниковый щит; 2-траверса; 3-остов; 4-сердечник якоря;
6-нажимная шайба; 7,13 –роликовые подшипники; 8-обмотка якоря;
9-якорь; 10-колектор; 11-вал;12-втулка; 14-корпус коллектора; 15-МОП;
16-компенсационноая обмотка; 17-главные полюса; 18-добавочные полюса.

Подшипниковые щиты

Ими плотно закрывают торцовые горловины остова с обеих сторон. Концы вала якоря закрепляют в подшипниках, размещенных в щитах. Поэтому щиты называют подшипниковыми.

---