Изменения

К электрическим машинам в тяговом исполнении относятся элементы электрической передачи тепловоза: тяговые генераторы (ТГ), преобразующие механическую работу теплового двигателя (дизеля) в электрическую энергию, и тяговые электродвигатели (ТЭД), предназначенные для приведения во вращение колесных пар тепловоза и обеспечивающие изменение скорости движения тепловоза от V = 0 до значения конструкционной скорости Vmах.  

 

 

К электрическим машинам в тяговом исполнении относятся элементы электрической передачи тепловоза: тяговые генераторы (ТГ), преобразующие механическую работу теплового двигателя (дизеля) в электрическую энергию, и [[Тяговые электродвигатели|тяговые электродвигатели]] (ТЭД), предназначенные для приведения во вращение [[Колесные пары|колесных пар]] тепловоза и обеспечивающие изменение скорости движения тепловоза от V = 0 до значения конструкционной скорости Vmах.  

 

 

'''Режимы работы и технические характеристики.''' Расчетным режимом работы тепловозных тяговых электрических машин является продолжительный режим, который определяется наибольшим током нагрузки, допустимым по нагреву изоляции обмоток в течение неограниченного времени работы при номинальном охлаждении. Продолжительный режим работы тяговых электрических машин соответствует режиму движения тепловоза на расчетном подъеме с номинальной мощностью и характеризуется расчетной скоростью Vр и расчетной силой тяги Fкр.

'''Режимы работы и технические характеристики.''' Расчетным режимом работы тепловозных тяговых электрических машин является продолжительный режим, который определяется наибольшим током нагрузки, допустимым по нагреву изоляции обмоток в течение неограниченного времени работы при номинальном охлаждении. Продолжительный режим работы тяговых электрических машин соответствует режиму движения тепловоза на расчетном подъеме с номинальной мощностью и характеризуется расчетной скоростью Vр и расчетной силой тяги Fкр.

   

   

Тяговые электрические машины имеют большую мощность на единицу объема; их высокие удельные показатели достигаются в основном благодаря интенсивному воздушному охлаждению и меньшему ресурсу по сравнению с электрическими машинами общепромышленного назначения. Машины имеют принудительное воздушное охлаждение нагнетательного типа; для очистки воздуха в воздуховодах систем охлаждения устанавливаются сетчатые и инерционные фильтры. Специфические условия работы тяговых электрических машин требуют высокой эксплуатационной надежности при наименьших габаритах и весе; высокой перегрузочной способности по силе тока, напряжению (коэффициенты регулирования по току и напряжению составляют соответственно 1,3-2,0 и 1,4-1,6) и скорости;  

Тяговые электрические машины имеют большую мощность на единицу объема; их высокие удельные показатели достигаются в основном благодаря интенсивному воздушному охлаждению и меньшему ресурсу по сравнению с электрическими машинами общепромышленного назначения. Машины имеют принудительное воздушное охлаждение нагнетательного типа; для очистки воздуха в воздуховодах систем охлаждения устанавливаются сетчатые и инерционные фильтры. Специфические условия работы тяговых электрических машин требуют высокой эксплуатационной надежности при наименьших габаритах и весе; высокой [[Перегрузочная способность по току|перегрузочной способности по силе тока]], напряжению (коэффициенты регулирования по току и напряжению составляют соответственно 1,3-2,0 и 1,4-1,6) и скорости; обеспечения длительной работы на любой промежуточной ступени регулирования; возможности регулирования частоты вращения ротора ТЭД в диапазоне, соответствующем 0 < V < Vmах. Кратность и время действия перегрузки по току ограничиваются допустимым нагревом обмоток и определяются при выполнении тяговых расчетов.  

обеспечения длительной работы на любой промежуточной ступени регулирования; возможности регулирования частоты вращения ротора ТЭД в диапазоне, соответствующем 0 < V < Vmах. Кратность и время действия перегрузки по току ограничиваются допустимым нагревом обмоток и определяются при выполнении тяговых расчетов.  

Тяговые электрические машины относятся к защищенному или закрытому типу; в соответствии с ГОСТ 2582-81 «Машины электрические вращающиеся тяговые» они должны вырабатывать заданный ресурс в интервале температур окружающей среды от -50 до +40 °С, работать на высоте до 1200 м над уровнем моря, при линейных ускорениях под действием динамических нагрузок с ускорением до 212 м/с2.  

Тяговые электрические машины относятся к защищенному или закрытому типу; в соответствии с ГОСТ 2582-81 «Машины электрические вращающиеся тяговые» они должны вырабатывать заданный ресурс в интервале температур окружающей среды от -50 до +40 °С, работать на высоте до 1200 м над уровнем моря, при линейных ускорениях под действием динамических нагрузок с ускорением до 212 м/с2.  

В зависимости от типа электрической передачи на тепловозах используются ТГ постоянного тока мощностью 780-2000 кВт и синхронные генераторы переменного тока мощностью 1350-4060 кВт (рис. 5.53, таблица 1).  

В зависимости от типа электрической передачи на [[Тепловоз|тепловозах]] используются ТГ постоянного тока мощностью 780-2000 кВт и синхронные генераторы переменного тока мощностью 1350-4060 кВт (рис. 5.53, таблица 1).  

[[Файл:a553.jpg|center]]

[[Файл:a553.jpg|center]]

Ось ТГ соединяется с коленчатым валом дизеля (дизель и ТГ образуют энергетическую установку); активная электромагнитная мощность на зажимах ТГ  

Ось ТГ соединяется с коленчатым валом дизеля (дизель и ТГ образуют энергетическую установку); активная электромагнитная мощность на зажимах ТГ  

Pг.эм= mф*Еф*Iф*cosф (mф - число фаз ТГ; Еф, Iф - соответственно действующие значения результирующей эдс и тока фазы ТГ, соsф - коэффициент мощности, характеризующий  

                                                            Pг.эм= mф*Еф*Iф*cosф  

степень использования расчетной мощности ТГ) соответствует механической мощности дизеля при каждом значении частоты вращения вала nдиз. ТГ являются ненасыщенными электрическими машинами, т.е. управляя током возбуждения, можно в широком диапазоне изменять магнитный поток Фг, а соответственно и эдс  

(mф - число фаз ТГ;  

Еф = се*nдиз*Фг (се — коэффициент, характеризующий конструктивные параметры машины). Они имеют независимое регулируемое возбуждение; это позволяет путем регулирования магнитного потока  

Еф, Iф - соответственно действующие значения результирующей эдс и тока фазы ТГ,  

ФГ = fг(Iг), где Iг - значение выпрямленного тока, создавать наиболее простые алгоритмы управления электрической передачей тепловоза Uг*Iг=сопst (Uг - значение выпрямленного напряжения ТГ),обеспечивая использование полной мощности дизеля во всем диапазоне изменения скорости V. В кратковременных режимах ТГ постоянного тока используются в качестве электродвигателей пуска дизеля; для этого в их конструкции предусмотрена специальная пусковая обмотка возбуждения, получающая питание от аккумуляторной батареи тепловоза. Масса на единицу мощности ТГ постоянного тока составляет  

соsф - коэффициент мощности, характеризующий степень использования расчетной мощности ТГ) соответствует механической мощности дизеля при каждом значении частоты вращения вала nдиз.  

4-4,5 кг/кВт, а переменного тока - 2,0-2,5 кг/кВт; расчетный ресурс - 25 лет.  

 

ТГ являются ненасыщенными электрическими машинами, т.е. управляя током возбуждения, можно в широком диапазоне изменять магнитный поток Фг, а соответственно и эдс  

''Характеристики ТГ'' делятся на регуляторные (зависимости тока возбуждения ТГ от силы тока нагрузки), статические системы регулирования напряжения (зависимости напряжения на зажимах генератора от силы тока нагрузки при работе автоматической системы регулирования возбуждения), статические при аварийном возбуждении (зависимости напряжения на зажимах генератора от силы тока нагрузки при постоянном возбуждении), тепловые (зависимости температуры и тепловых постоянных времени обмоток  

                                                                Еф = се*nдиз*Фг  

от силы тока нагрузки) и аэродинамические (зависимость расхода воздуха через двигатель от избыточного давления на входе).  

(се — коэффициент, характеризующий конструктивные параметры машины). Они имеют независимое регулируемое возбуждение; это позволяет путем регулирования магнитного потока  

                                                                ФГ = fг(Iг),  

где Iг - значение выпрямленного тока, создавать наиболее простые алгоритмы управления электрической передачей тепловоза  

                                                                Uг*Iг=сопst  

(Uг - значение выпрямленного напряжения ТГ),обеспечивая использование полной мощности дизеля во всем диапазоне изменения скорости V.  

 

В кратковременных режимах ТГ постоянного тока используются в качестве электродвигателей пуска дизеля; для этого в их конструкции предусмотрена специальная пусковая обмотка возбуждения, получающая питание от аккумуляторной батареи тепловоза. Масса на единицу мощности ТГ постоянного тока составляет 4-4,5 кг/кВт, а переменного тока - 2,0-2,5 кг/кВт; расчетный ресурс - 25 лет.  

 

 

''Характеристики ТГ'' делятся на регуляторные (зависимости тока возбуждения ТГ от силы тока нагрузки), статические системы регулирования напряжения (зависимости напряжения на зажимах генератора от силы тока нагрузки при работе автоматической системы регулирования возбуждения), статические при аварийном возбуждении (зависимости напряжения на зажимах генератора от силы тока нагрузки при постоянном возбуждении), тепловые (зависимости температуры и тепловых постоянных времени обмоток от силы тока нагрузки) и аэродинамические (зависимость расхода воздуха через двигатель от избыточного давления на входе).

 

 

(см - постоянная, определяемая конструкцией двигателя, Фд, Iд - соответственно магнитный поток и ток двигателя).  

Условию использования полной мощности дизеля во всем диапазоне изменения V в наибольшей степени соответствуют характеристики ненасыщенных ТЭД постоянного тока с последовательным возбуждением, которые применяются в передачах мощности всех серийных тепловозов. Для опытных тепловозов были разработаны передачи мощности с ТЭД постоянного тока независимого возбуждения и тяговыми асинхронными двигателями, позволяющими улучшить сцепные характеристики тепловозов за счет индивидуального управления моментом или частотой вращения ротора. Электромагнитный момент на валу ТЭД Мд = см*Фд*Iд (см - постоянная, определяемая конструкцией двигателя, Фд, Iд - соответственно магнитный поток и ток двигателя). Вследствие того, что электрической передачей тепловоза обеспечивается выполнение условия Uг*Iг=соnst, электрическая мощность на зажимах ТЭД при параллельной схеме их соединения Pд.эл=Uг*Iг/b=сопst (Ь - число ведущих осей тепловоза). Отсюда следует, что во всем диапазоне изменения скорости V произведение Мд*nд=cost (nд - частота вращения якоря ТЭД), а сила тяги тепловоза определяется как  

Вследствие того, что электрической передачей тепловоза обеспечивается выполнение условия Uг*Iг=соnst, электрическая мощность на зажимах ТЭД при параллельной схеме их соединения Pд.эл=Uг*Iг/b=сопst (Ь - число ведущих осей тепловоза). Отсюда следует, что во всем диапазоне изменения скорости V произведение Мд*nд=cost (nд - частота вращения якоря ТЭД), а сила тяги тепловоза определяется как  

[[Файл:aF553.jpg|center]]

[[Файл:aF553.jpg|center]]

(Dк - диаметр колеса; μ и ηтр  — соответственно передаточное отношение и кпд тягового редуктора). Для расширения возможного диапазона изменения V системой управления ТЭД предусмотрены две ступени ослабления возбуждения (см. ''Электрическая передача тепловоза'').  

(Dк - диаметр колеса; μ и ηтр  — соответственно передаточное отношение и кпд тягового редуктора). Для расширения возможного диапазона изменения V системой управления ТЭД предусмотрены две ступени ослабления возбуждения (см. ''Электрическая передача тепловоза'').  

ТЭД являются реверсивными, т. е. изменяют направление вращения ротора (якоря), а также обратимыми - переходят в генераторный режим работы при электрическом торможении. Тепловозные ТЭД постоянного тока  

ТЭД являются реверсивными, т. е. изменяют направление вращения ротора (якоря), а также обратимыми - переходят в генераторный режим работы при электрическом торможении. Тепловозные ТЭД постоянного тока имеют мощность от 206 кВт до 586 кВт и массу на единицу мощности 6-11 кг/кВт; у перспективных асинхронных тяговых электродвигателей этот показатель прогнозируется на уровне 6 кг/кВт (рис. 5.54, таблица 2).  

имеют мощность от 206 кВт до 586 кВт и массу на единицу мощности 6-11 кг/кВт; у перспективных асинхронных тяговых электродвигателей этот показатель прогнозируется на уровне 6 кг/кВт (рис. 5.54, таблица 2).  

[[Файл:a5554.jpg|center]]

[[Файл:a5554.jpg|center]]

[[Файл:03.jpg|center]]

[[Файл:03.jpg|center]]

По способу установки на раме тележки различают ТЭД с опорно-осевым и опорно- рамным подвешиванием (см. ''Тепловоз''). На существующих тепловозах преимущественно используется опорно-осевое подвешивание, при котором ТЭД опирается на ось колесной пары через моторно-осевой подшипник, а на  

раму тележки - через специальные кронштейны. При опорно-рамном подвешивании ТЭД полностью подрессорен и опирается только на раму тележки (тепловозы 2ТЭ121, ТЭП75, ТЭП80). Ось ТЭД и ось колесной пары связаны через одностороннюю зубчатую передачу. Базовый ресурс ТЭД до капитального ремонта -  

 

1,2 млн. км пробега (8 лет).  

По способу установки на [[Рама вагона|раме]] [[Вагонная тележка|тележки]] различают ТЭД с опорно-осевым и опорно- рамным подвешиванием (см. ''Тепловоз''). На существующих тепловозах преимущественно используется опорно-осевое подвешивание, при котором ТЭД опирается на ось [[Колесная пара|колесной пары]] через моторно-осевой подшипник, а на раму тележки - через специальные [[Кронштейн|кронштейны]]. При опорно-рамном подвешивании ТЭД полностью подрессорен и опирается только на раму тележки (тепловозы 2ТЭ121, ТЭП75, ТЭП80). Ось ТЭД и ось колесной пары связаны через одностороннюю зубчатую передачу. Базовый ресурс ТЭД до капитального ремонта - 1,2 млн. км пробега (8 лет).  

 

''Характеристики ТЭД'' делятся на электромеханические (зависимости частоты вращения якоря, момента и кпд от силы тока нагрузки), тепловые и аэродинамические. Электромеханические характеристики тепловозных ТЭД снимаются при законе регулирования Uд*Iд=сопst [гиперболической зависимости Uд=f(Iд) и номинальной мощности] и коэффициентах ослабления возбуждения β = Iв/Iд (Iв,Iд — соответственно ток обмотки возбуждения и ток обмотки якоря электродвигателя), предусмотренных электрической передачей тепловоза. Электромеханические характеристики ТЭД при соответствующих значениях β определяют тяговую характеристику тепловоза (рис. 5.55).

''Характеристики ТЭД'' делятся на электромеханические (зависимости частоты вращения якоря, момента и кпд от силы тока нагрузки), тепловые и аэродинамические. Электромеханические характеристики тепловозных ТЭД снимаются при законе регулирования Uд*Iд=сопst [гиперболической зависимости Uд=f(Iд) и номинальной мощности] и коэффициентах ослабления возбуждения β = Iв/Iд (Iв,Iд — соответственно ток обмотки возбуждения и ток обмотки якоря электродвигателя), предусмотренных электрической передачей тепловоза. Электромеханические характеристики ТЭД при соответствующих значениях β определяют тяговую характеристику тепловоза (рис. 5.55).

[[Файл:a5551.jpg|center]]

[[Файл:a5551.jpg|center]]

Основные показатели надежности тяговых электрических машин - вероятность безотказной работы,наработка на отказ, ресурс.  

Основные показатели надежности тяговых электрических машин - [[вероятность безотказной работы]],[[наработка на отказ]], [[ресурс]].  

 

 

'''Особенности конструкции и технологии изготовления.''' Тяжелые условия работы тяговых электрических машин (высокие перегрузки, значительные колебания температур, большие механические воздействия от неровностей пути, загрязнения рабочих поверхностей и увлажнение изоляции) учитываются при их проектировании и изготовлении.  

'''Особенности конструкции и технологии изготовления.''' Тяжелые условия работы тяговых электрических машин (высокие перегрузки, значительные колебания температур, большие механические воздействия от неровностей пути, загрязнения рабочих поверхностей и увлажнение изоляции) учитываются при их проектировании и изготовлении.  

Сердечники якорей машин постоянного тока, статоров машин переменного тока и их главных полюсов шихтуют - набирают из листов электротехнической стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью, и стягивают шпильками (при диаметрах шихтованных магнитопроводов более 1000 мм их набирают из отдельных сегментов). Сердечники добавочных полюсов ТГ постоянного тока изготавливают из толстолистовой стали, а ТЭД - из проката. Для повышения электрической и механической прочности, а также увеличения коррозионной устойчивости и теплопроводности изоляции полюсные катушки и сердечники якорей ТЭД в собранном состоянии покрываются эмалью и запекаются.  

Сердечники якорей машин постоянного тока, статоров машин переменного тока и их главных полюсов шихтуют - набирают из листов электротехнической стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью, и стягивают шпильками (при диаметрах шихтованных магнитопроводов более 1000 мм их набирают из отдельных сегментов). Сердечники добавочных полюсов ТГ постоянного тока изготавливают из толстолистовой стали, а ТЭД - из проката. Для повышения электрической и механической прочности, а также увеличения коррозионной устойчивости и теплопроводности изоляции полюсные катушки и сердечники якорей ТЭД в собранном состоянии покрываются эмалью и запекаются.  

Остовы машин постоянного тока выполняют функции магнитопровода, поэтому их изготавливают из магнитного материала - углеродистой стали. В тяговых машинах переменного тока магнитопровод не может служить одновременно остовом машины из-за недостаточной жесткости его конструкции, поэтому его собирают и закрепляют на остове.  

[[Остов машины|Остовы]] машин постоянного тока выполняют функции магнитопровода, поэтому их изготавливают из магнитного материала - углеродистой стали. В тяговых машинах переменного тока магнитопровод не может служить одновременно остовом машины из-за недостаточной жесткости его конструкции, поэтому его собирают и закрепляют на остове.  

Для повышения вибропрочности выводов катушек главных и добавочных полюсов машин постоянного тока их изготавливают из уголкового медного профиля или усиливают стальными пластинами; в конструкции синхронных ТГ применяют многослойные гибкие выводы.

Для повышения вибропрочности выводов катушек главных и добавочных полюсов машин постоянного тока их изготавливают из уголкового медного профиля или усиливают стальными пластинами; в конструкции синхронных ТГ применяют многослойные гибкие выводы.

   

   

Моторно-осевые подшипники и подшипники роторов машин выполняются по специальным техническим условиям для ж.-д. подвижного состава, предусматривающим использование консистентной смазки с рабочей  

Моторно-осевые [[Подшипник|подшипники]] и подшипники роторов машин выполняются по специальным техническим условиям для ж.-д. подвижного состава, предусматривающим использование консистентной смазки с рабочей температурой от -60 до +120 °С.  

температурой от -60 до +120 °С.  

Число полюсов ''ТГ постоянного тока'' определяется мощностью: десятиполюсная машина - при мощности более 1000 кВт и восьмиполюсная - при мощности менее 1000 кВт. На главных полюсах расположена пусковая  

Число полюсов ''ТГ постоянного тока'' определяется мощностью: десятиполюсная машина - при мощности более 1000 кВт и восьмиполюсная - при мощности менее 1000 кВт. На главных полюсах расположена пусковая  

обмотка; компенсационная обмотка отсутствует. Один конец оси ТГ предназначен для соединения с коленчатым валом дизеля через полужесткую муфту, а второй (конусный) - для привода вспомогательных машин.

обмотка; компенсационная обмотка отсутствует. Один конец оси ТГ предназначен для соединения с коленчатым валом дизеля через полужесткую муфту, а второй (конусный) - для привода вспомогательных машин.

   

   

Якорь имеет двухходовую петлевую обмотку с уравнительными соединениями, уложенными со стороны коллектора. Вся конструкция якоря выполнена на укороченном валу (безвальный генератор), что позволяет снизить весовые и габаритные характеристики ТГ. Для обмотки якоря применяется изоляция класса нагревостойкости F, а для обмотки главных полюсов класса H. ТГ постоянного тока имеют осевую систему охлаждения (при мощности до 2000 кВт) или радиально-осевую (при мощности более 2000 кВт) с вентиляционными каналами, расположенными в сердечнике якоря.  

Якорь имеет двухходовую петлевую обмотку с уравнительными соединениями, уложенными со стороны коллектора. Вся конструкция якоря выполнена на укороченном валу (безвальный генератор), что позволяет снизить весовые и габаритные характеристики ТГ. Для обмотки якоря применяется изоляция класса нагревостойкости F, а для обмотки главных полюсов класса H. ТГ постоянного тока имеют осевую систему охлаждения (при мощности до 2000 кВт) или радиально-осевую (при мощности более 2000 кВт) с вентиляционными каналами, расположенными в сердечнике якоря.  

класса нагревостойкости H.

класса нагревостойкости H.

   

   

С ростом секционной мощности тепловозов для уменьшения весовых и габаритных характеристик электрооборудования были внедрены ''тяговые агрегаты'', в корпусе которых на одном валу собраны две синхронные электрические машины - ТГ мощностью 2800-4060 кВт и генератор собственных нужд с самовозбуждением мощностью 630-810 кВт. Генератор собственных нужд обеспечивает питание обмотки возбуждения ТГ, привода вспомогательных механизмов и машин, систем автоматики тепловоза. На тепловозе ТЭП75 генератор собственных нужд выполняет функции генератора энергоснабжения поезда. На роторе тягового агрегата расположены две самостоятельные системы полюсов: синхронного  ТГ и генератора собственных нужд. Контактные кольца обеих машин расположены между подшипниковым щитом и генератором собственных нужд.  

С ростом секционной мощности тепловозов для уменьшения весовых и габаритных характеристик электрооборудования были внедрены ''тяговые агрегаты'', в корпусе которых на одном валу собраны две синхронные электрические машины - ТГ мощностью 2800-4060 кВт и генератор собственных нужд с самовозбуждением мощностью 630-810 кВт. Генератор собственных нужд обеспечивает питание обмотки возбуждения ТГ, привода вспомогательных механизмов и машин, систем автоматики тепловоза. На тепловозе [[Тепловоз ТЭП75|ТЭП75]] генератор собственных нужд выполняет функции генератора энергоснабжения поезда. На роторе тягового агрегата расположены две самостоятельные системы полюсов: синхронного  ТГ и генератора собственных нужд. Контактные кольца обеих машин расположены между подшипниковым щитом и генератором собственных нужд.  

Все тепловозные ТЭД ''постоянного тока'' имеют 4 главных и 4 добавочных полюса. В пазах якоря укладывается петлевая обмотка с уравнительными соединениями. Для уменьшения потока рассеяния катушка  

Все тепловозные ТЭД ''постоянного тока'' имеют 4 главных и 4 добавочных полюса. В пазах якоря укладывается петлевая обмотка с уравнительными соединениями. Для уменьшения потока рассеяния катушка обмотки якоря по высоте составляется из двух или трех элементарных проводников.

обмотки якоря по высоте составляется из двух или трех элементарных проводников.

 

   

   

В 1997 г. разработан ряд универсальных ТЭД типа ЭДУ133 с диапазоном мощности 106-418 кВт, предназначенных для использования как на магистральных, так и на маневровых тепловозах. Характерная особенность этих двигателей - единые габаритные размеры при различных значениях номинальной мощности и параметрах продолжительного режима. Двигатель имеет сварной остов. Класс нагревостойкости изоляции обмоток полюсов - F, а обмотки якоря - H.  

В 1997 г. разработан ряд универсальных ТЭД типа ЭДУ133 с диапазоном мощности 106-418 кВт, предназначенных для использования как на магистральных, так и на маневровых тепловозах. Характерная особенность этих двигателей - единые габаритные размеры при различных значениях номинальной мощности и параметрах продолжительного режима. Двигатель имеет сварной остов. Класс нагревостойкости изоляции обмоток полюсов - F, а обмотки якоря - H.  

    

    

[[Категория:Основные узлы локомотивов]]

[[Категория:Основные узлы локомотивов]]