МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Саратовский техникум железнодорожного транспорта – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Самарский государственный университет путей сообщения»

СТЖТ – филиал СамГУПС

Лекции

для студентов специальности 190623 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

по теме 1.4 «Электрические машины тепловозов и дизель – поездов»

(МДК 01.01. Конструкция, техническое обслуживание и ремонт подвижного состава ; ПМ 01. Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава),

По теме 1.3 «Электрические машины ЭПС»

(МДК 01.01. Конструкция, техническое обслуживание и ремонт подвижного состава (электроподвижной состав) ; ПМ 01. Эксплуатация и техническое обслуживание подвижного состава).

Саратов

2013г.

ОДОБРЕНО на заседании ЦМК « Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог» Протокол № ___ от «__» _____ 20__ г. Председатель __________________ / В.В. Бессонов /	Методические указания по лабораторным работам разработаны в соответствии с требованиями ФГОС по специальности 190623 техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог на основе Примерной программы учебной дисциплины (заключение экспертного совета № 1 от «25» 01 2011 г.)
УТВЕРЖДАЮ Зам. директора по УР ________/Т.В.Моисеева/ «___» _____________ 2013 г.
Составитель (автор): Локтионов О. Б., преподаватель СТЖТ- филиала СамГУПС. Рецензенты: Внутренний ─ Бессонов В. В., председатель ЦМК «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог» СТЖТ – филиал СамГУПС. Внешний ─ Шепс Г. Я., кандидат технических наук, заслуженный учитель РФ, преподаватель высшей категории, председатель ЦМК «Монтаж и наладка автоматизированных систем» СТОТиФ.

Содержание.

Введение……………………………………………………………………….……….……..4

1. Машины постоянного тока………………………………………………………….10

1.1 Принцип действия машин постоянного тока……………………………………..10

1.2 Обмотки якоря……………………………………………………….……..…………14

1.3 ЭДС и электромагнитный момент…………………...……………………………..22

1.4 Магнитная цепь и реакция якоря……………………………...……………….…..25

1.5 Коммутация. Причины искрения………………………………………...………...29

1.6 Потери мощности и КПД в электромашинах постоянного тока……………….33

1.7 Конструкция электромашин постоянного тока…………………………..………37

1.8 Классификация и характеристики генераторов постоянного тока…………....48

1.9 Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением……………………………………………………………………...….53

1.10 Моменты на валу и частота вращения двигателя постоянного тока………....57

1.11 Пуск и реверсирование двигателя постоянного тока……………………..….….60

1.12 Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением……………...…..66

1.13 Двигатели с последовательным и смешанным возбуждением…………………68

2. Электрические машины переменного тока……………………………….………72

2.1 Общие сведения о машинах переменного тока……………………….…………..72

2.2 Асинхронные двигатели……………………………………………………………..76

2.3 Устройство электродвигателя переменного тока……………………………..….81

2.4 Пуск асинхронного двигателя………………………………………………………85

2.5 Однофазные асинхронные двигатели…………………………………………..….90

2.6 Синхронные электромашины…………………………………………...…………..93

3. Трансформаторы……………………………………………………………...………98

3.1 Применение, принцип действия и параметры трансформатора……………….98

3.2 Конструкции трансформаторов………………………………………………...….103

3.3 Трансформирование трёхфазного тока……………………………….…………..108

3.4 Параметры и характеристики трансформаторов……………..…………………111

3.5 Многообмоточные трансформаторы и автотрансформаторы…………………115

3.6 Регулирование напряжения тяговых трансформаторов………………………..118

4. Электромашинные преобразователи…………………………………...…………123

4.1 Классификация электромашинных преобразователей………………..………..123

4.2 Расщепитель фаз……………………………………………………………..………128

4.3 Одноякорный преобразователь………………………………………………..…...131

5. Техническое обслуживание электрических машин……………………………...133

5.1 Основные неисправности электрических машин…………………………..……133

5.2 Текущий ремонт электрических машин…………………………………..………137

6. Аккумуляторные батареи…………………………………………………………...143

6.1 Химические источники тока………………………………………………………..143

6.2 Устройство аккумуляторных батарей локомотивов……………………………148

Список использованных источников……………………………………………………152

Введение. Краткие исторические сведения.

Один из важнейших физических законов, определяющих принцип действия электрических машин и трансформаторов, — закон электромагнитной индукции — был установлен М. Фарадеем в 1831г.

В 1833 г. член Петербургской Академии наук и профессор Петербургского университета Э. X. Ленц представил работу, в которой он обобщил закон электромагнитной индукции, сформулировал принцип обратимости и показал, что оба явления — вращение под действием электромагнитных сил и электромагнитная индукция — тесно связаны.

Русский академик Б. С. Якоби — изобретатель первого электродвигателя с вращательным движением. Якоби впервые применил коллектор, который является необходимой частью коллекторной машины. Это был первый в мире электродвигатель, примененный для практического использования. Двигатель был использован для приведения в движение лодки на Неве (1837 г.).

Изобретателем трансформатора считают П.Н. Яблочкова, впервые применившего его для преобразования переменного тока в установках промышленного типа в 70-х годах XIX века.

Первый, практически используемый, генератор переменного тока создал П.Н. Яблочков в 1878 г. для питания изобретенных им «свечей Яблочкова». Этот генератор переменного тока явился прототипом современных синхронных машин.

Первый, практически используемый, трехфазный асинхронный двигатель, который является в настоящее время наиболее распространенной электрической машиной, создал русский учёный М. О. Доливо-Добровольский в 80-х годах XIX века.

Советские электромашииостроители сохранили лучшие традиции своих знаменитых соотечественников — В В. Петрова, Э X. Ленца, Б. С. Якоби, А. Г. Столетова, П. Н. Яблочкова, Д. И. Лачинова, М. О. Доливо-Добровольского, работавших в прошлом столетии. В Советском Союзе созданы такие машины, как турбогенераторы на 320000 кВт и 3000 об/мин, крупнейшие в мире по размерам гидрогенераторы, мощные трансформаторы на 500 кВ и т. д.

В настоящее время мы имеем электромашиностроительные заводы, которые выпускают ежегодно миллионы электрических машин и трансформаторов самых различных типов на мощности от долей ватта до сотен тысяч киловатт.

Электрические машины на подвижном составе.

Электрические машины, предназначенные для установки на подвижных объектах должны удовлетворять особым требованиям и работать в специфических условиях.

1. Частота вращения привода транспортных электрических машин находиться в пределах 50...12000 об./мин.

2. При заданных мощности и частоте вращения электромашины ПС (подвижного состава) должны иметь минимальные габариты и массу.

3. Тяговые электромашины должны иметь минимальную нагрузку на ось.

4. Электромашины ПС должны обеспечивать надёжность при температурах от -50 до +50⁰ и относительной влажности до 95%.

5. На корпус машины (особенно на тяговые двигатели) часто действуют импульсы ускорения, превышающие ускорение свободного падения в 10-20 раз.

6. Электрические машины, установленные снаружи кузова, при движении обдуваются встречным потоком воздуха, в котором содержаться частицы пыли, обладающие абразивным действием.

7. Электромашины ПС должны выдерживать сильные вибрации.

8. Электромашины, устанавливаемые внутри, работают в помещениях ограниченного объёма, без циркуляции и обмена воздуха.

9. Конструкции электромашин на подвижном составе должны обеспечивать свободный доступ к узлам и агрегатам (подшипникам, щёточным аппаратам, коробкам выводов и т. д.).