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

В современных тяговых двигателях применяют только роликовые подшипники качения, более надежные, чем шариковые и подшипники трения скольжения. Роликовые подшипники не требуют частого пополнения смазки и постоянного ухода.
При вращении вала тягового двигателя смазка может выбрасываться из подшипников. Чтобы избежать этого, на валу устанавливают специальные устройства, предупреждающие разбрызгивание и выбрасывание смазки - лабиринтные маслоуплотнители. Подшипниковые щиты предотвращают загрязнение частей двигателя и проникновение в него влаги.

Главные полюса 

Представляют собой сердечники, на которые надевают катушки обмотки возбуждения. Сердечники главных полюсов, как и якоря, собирают из отдельных листов стали, т. е. выполняют шихтованными.
Зубцы и впадины сердечника якоря, перемещаясь при вращении под полюсами, искажают магнитное поле и вызывают пульсацию магнитного потока, из-за чего в сердечнике полюса возникают вихревые токи и нагревая сердечники.
Чтобы обеспечить необходимое распределение магнитного потока по поверхности якоря, сердечнику придают довольно Т-образную форму; она определяется соотношением размеров ширины сердечника и его полюсного наконечника, формой воздушного зазора, наличием компенсационной обмотки, условиями размещения и закрепления ее и катушек главных полюсов, способом крепления сердечников к остову.

Компенсационная обмотка

Компенсационная обмотка, применяемая в тяговых двигателях пульсирующего тока и в мощных двигателях постоянного тока, служит для компенсации реакции якоря.
Обмотку располагают в пазах наконечника главных полюсов и соединяют последовательно с обмоткой якоря.
В отечественных тяговых двигателях применена хордовая компенсационная обмотка из мягкой прямоугольной медной проволоки. Крепят компенсационную обмотку в пазах клиньями из текстолита.


Главный полюс в машинах с компенсационной обмоткой (а) и общий вид этой обмотки (б): 1 – паз для катушки компенсационной обмотки; 2 – полюсный наконечник; 3 — корпусная изоляция катушки возбуждения; 4 – проводники катушки возбуждения; 5 – немагнитная прокладка; 6 — остов; 7, 8 — катушка и вывод компенсационной обмотки

Дополнительные полюса

Добавочные полюсы обеспечивают уменьшение искрения под щетками, возникающего при работе машины. Полюса состоят из сердечников и катушек. Магнитный поток, необходимый для компенсации реактивной э. д. с., сравнительно невелик, вследствие чего дополнительные полюса имеют меньшие размеры, чем главные.

---

Потери в их сердечниках, вызываемые пульсацией магнитного потока, незначительны, поэтому сердечники изготовляют сплошными. В машинах с тяжелыми условиями коммутации, а также в двигателях пульсирующего тока для уменьшения вихревых токов эти сердечники выполняют шихтованными.
Катушки дополнительных полюсов наматывают из полосовой меди. Число дополнительных полюсов всегда равно числу главных.

Магнитная система ТЭД

а) главный полюс; б) дополнительный полюс


Схемы соединения катушек полюсов со стороны коллектора (а) и противоположной (б) тягового электродвигателя ТЛ2К1

Якорь

У тягового двигателя якорь состоит из сердечника, вала, обмотки и коллектора.
Сердечник собран из штампованных листов специальной электротехнической стали, т. е. шихтован (см. главный полюс). Каждый лист изолирован от соседнего тонким слоем лака.
В сердечнике делают ряд круглых отверстий для пропуска воздуха, охлаждающего якорь, который нагревается теплом, выделяемым обмоткой при прохождении по ней тока, и не полностью устраненными вихревыми токами.
Валы якорей тяговых двигателей изготавливают из особой стали повышенного качества. Листы сердечника собирают на специальной втулке, а не непосредственно на валу. Это позволяет при необходимости выпрессовывать вал из втулки, не разбирая сердечник, обмотку и коллектор. Втулка выполняется пустотелой для снижения веса якоря.

Якорь

Якорь

1 - коллектор, обмотки; 2 – изоляция из миканита; 3 – передней нажимных шайба; 4 – втулка; 5 – сердечник; 6 – обмотка якоря; 7 - задняя нажимная шайба; 8 - вал.

Якорь

Обмотку якоря укладывают в пазы его сердечника. Проводники обмотки соединяют один с другим в определенной последовательности, применяя так называемые лобовые соединения. Последовательность соединения должна быть такой, чтобы все силы взаимодействия, возникающие между проводниками с током и магнитным потоком, стремились вращать якорь двигателя в одну сторону. Для этого соединяемые проводники, образующие виток, должны быть расположены один от другого на расстоянии, примерно равном расстоянию между полюсами.
Начало и конец витка присоединяют к разным коллекторным пластинам в определенной последовательности, образуя таким образом обмотку якоря. Отдельные витки, составляющие обмотку, называют секциями.

---

Якорь

Проводники обмотки якоря могут быть соединены двумя способами, и в зависимости от этого получают обмотки двух типов — петлевую и волновую.
Для наглядности изображения полюса электрической машины и пластины коллектора, которые в действительности расположены по окружности, на рисунке изображают в виде развертки на плоскости.
В большинстве тяговых двигателей первоначально применяли волновую обмотку. В современных тяговых двигателях большой мощности применяют петлевые обмотки. Обмотку якоря укладывают в пазы, выштампованные в листах стали, из которых собирают сердечник. В каждом пазу помещают стороны двух секций, так как обмотки двигателей обычно располагают в два слоя.
Уложенная обмотка закреплена в пазах текстолитовыми клиньями, а в лобовых частях с помощью бандажей. Проводники, имеющих прямоугольное сечение, уложены плашмя. Это позволило повысить мощность двигателей при заданных габаритных размерах.

Якорь. Обмотка якоря

Якорь

Бандажи выполняют из стеклоленты, пропитанной клеящими лаками.
Одну сторону секции укладывают в верхнюю часть одного паза, а другую — в нижнюю часть другого. При двухслойной обмотке облегчается соединение лобовых частей секции. Кроме того, все секции получаются одинаковыми, что упрощает технологию их изготовления.


Катушки якорной обмотки (а) и укладка их в пазу (б): 1 - текстолитовый клин; 2 - медный изолированный стержень; 5 - стеклолента; 4,7 - изоляционные прокладки; 5 - пазовая изоляция;
6 - сердечник якоря; 8, 9 - передняя и задняя лобовые части; А, Б, В - активные стороны катушек.

Якорь

Производство новых электроизоляционных материалов высокой прочности позволило создать (пока опытные) гладкие беспазовые якори, т. е. укладывать обмотки на гладкую цилиндрическую поверхность. Это снижает стоимость изготовления двигателей и расходы на содержание их в эксплуатации.

Коллектор

Коллектор - один из основных и наиболее ответственных узлов ТЭД постоянного тока. Коллектор наиболее нагружен в электрическом отношении, и условиями его надежной работы ограничиваются предельные мощности тяговых двигателей. Диаметр коллектора современных тяговых двигателей превышает 800 мм, число пластин достигает 600. Медные пластины коллектора имеют в сечении форму клина. Одна от другой они изолированы прокладками из коллекторного миканита. Миканит изготовляют из лепестков слюды, обладающей очень высокими электрической прочностью и теплостойкостью, а также влагостойкостью. Склеивают лепестки специальными лаками или смолами.

---

Коллектор

В нижней части коллекторные и изоляционные пластины имеют форму так называемого «ласточкиного хвоста». «Ласточкины хвосты» пластин и прокладок надежно зажаты между коробкой коллектора и нажимной шайбой, стянутыми болтами. От коробки и нажимной шайбы коллекторные пластины изолируют, прокладывая конусы и цилиндр, изготовленные из миканита. Коллекторные пластины имеют выступы, называемые петушками. В петушках сделаны прорези, куда впаивают концы секций обмотки якоря.
Во время работы двигателя щетки истирают поверхность коллектора. Миканит более износостоек, чем медь, поэтому в процессе работы поверхность коллектора может стать волнистой. Чтобы этого не произошло, изоляцию в промежутках между медными пластинами после сборки коллектора делают меньшей высоты - продороживают коллектор фрезами.

Коллектор

Щетки и щеткодержатели 

Через щетки, установленные в щеткодержателях, электрический ток подводится к обмотке якоря тягового двигателя.
Щетки для тяговых двигателей изготовляют из графита. Изготовляя их, стремятся к тому, чтобы они имели высокое переходное сопротивление, низкий коэффициент трения, были упругими, износоустойчивыми.
Одна щетка обычно перекрывает несколько коллекторных пластин, что ухудшает коммутацию двигателей.
Щеткодержатель состоит из корпуса и кронштейна, корпус соединяют с кронштейном болтом. Для более надежного крепления и лучшего электрического контакта соприкасающиеся поверхности кронштейна и корпуса сделаны рифлеными. Щеткодержатели должны быть надежно изолированы от остова двигателя. Поэтому их кронштейны крепят к остову или подшипниковым щитам с помощью изоляторов.
Щетки прижаты к поверхности коллектора пальцами, соединенными с пружинами. Для улучшения контакта между щетками и коллектором применяют составные (разрезные) щетки.

Щеточный аппарат тягового электродвигателя ТЛ-2К1

1 – траверса; 2 – стопорный болт;
3 – щеткодержатели; 4 – палец щеткодержателя; 5 – зубчатый венец

Тяговые передачи

Вращающий момент образованный на валу ТЭД передается на КП.
Различают передачи:
с опорно-осевым подвешиванием(для грузовых и маневровых ТПС) - когда двигатель 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;

---

1-ТЭД; 2-рама тележки; 3-кронштейн;
4-пружины; 5-шестеренка; 6-ось;
7-зубчатое колесо; 8-колесная пара; 9-траверса.

Тяговые передачи

Тяговые передачи

Тяговые передачи

с опорно-рамным подвешиванием(для пассажирского ТПС) - когда ТЭД полностью опирается на раму тележки, то есть полностью обрессорен и защищен от динамических воздействий пути.


1-ТЭД; 2-резинокордная муфта; 3-фланец;
4-упругая подвеска редуктора; 5-редуктор;
6-КП; 7-шестерня; 8-зубчатое колесо.

Тяговый электродвигатель

Принцип работы ТЭД
Правило «левой руки»

Пуск двигателей постоянного тока

В начальный момент пуска двигателя якорь неподвижен и противо-э. д. с. инапряжение в якоре равна нулю, поэтому
I = U / Rя.
Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает в 10 - 20 раз и более номинальный. Это может вызвать значительные электродинамические усилия в обмотке якоря и чрезмерный ее перегрев, поэтому пуск двигателя производят с помощью пусковых реостатов.
Двигатели мощностью до 1 кВт допускают прямой пуск.
Величина сопротивления Rп выбирается по допустимому пусковому току двигателя. Реостат выполняют ступенчатым для улучшения плавности пуска электродвигателя.
В начале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости якоря возникает противо-э. д. с, которая ограничивает пусковые токи. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к якорю напряжение.

Принцип работы

Принцип работы

Если по проводам верхней части якоря пропустить ток движущийся «от нас» (отмечено крестиком), а в нижней части - «на нас» (отмечено точкой), то согласно правилу левой руки верхние проводники будут выталкиваться из магнитного поля статора влево, а проводники нижней половины якоря по тому же принципу будут выталкиваться вправо. Поскольку медный провод уложен в пазах якоря, то, вся сила воздействия будет передаваться и на него, и он будет проворачиваться.


Когда проводник с направлением тока «от нас» провернётся вниз и станет против южного полюса создаваемого статором, то он будет выдавливаться в левую сторону, и произойдёт торможение. Чтобы этого не случилось нужно поменять направление тока в проводе на противоположное, как только будет пересечена нейтральная линия. Это делается с помощью коллектора – специального переключателя, коммутирующего обмотку якоря с общей схемой электродвигателя.

---