Классификация

По функциям, выполняемым на электроподвижном составе, можно выделить следующие наиболее часто применяемые виды групповых аппаратов:

• Реостатные контроллеры — аппараты, регулирующие величину пускового сопротивления, введённого в цепь тяговых электродвигателей;

• Силовые (главные) контроллеры — аппараты, осуществляющие пуск тяговых двигателей на ЭПС переменного тока путем коммутации секций обмоток тягового трансформатора;

• Реверсоры — аппараты, изменяющие направление вращения двигателей путем коммутации обмоток возбуждения либо якоря;

• Переключатели соединения двигателей — аппараты, осуществляющие перегруппировку двигателей с последовательного на смешанное и параллельное соединения;

• Тормозные переключатели для перевода тяговых двигателей в тормозной режим;

• Переключатели положений, совмещающие функции предыдущих двух видов аппаратов;

• Контроллеры управления, задающие режим движения ЭПС;

• Отключатели двигателей, предназначенные для отключения неисправных двигателей.

Конструктивно групповые переключатели могут быть барабанного и кулачкового типов, с пневматическим или электрическим приводом. Контроллеры управления приводятся в действие мускульной силой водителя посредством рукояток либо педалей. В зависимости от назначения групповые переключатели выполняют двух-, трёх- и многопозиционными.

Групповые переключатели барабанного типа имеют контакты, скользящие по токоведущим и изоляционным сегментам барабана. Расположение сегментов определяет порядок замыкания контактов в заданной последовательности. Групповые переключатели этого типа не имеют дугогасительных устройств и применяются для коммутации цепей управления, а также силовых цепей без тока.

Групповые переключатели кулачкового типа имеют контакторные (кулачковые) элементы, последовательность включения и выключения которых определяется профилем и взаимным расположением кулачковых шайб. Контакторные элементы могут быть выполнены с дугогашением или без него, используются для переключений электрических цепей с током или без тока.

Асинхро́нная маши́на — электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин — индукционные обусловлено тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть^{[источник не указан 38 дней]} электрических машин. В основном они применяются в качестве электродвигателей и являются основными^{[источник не указан 38 дней]} преобразователями электрической энергии в механическую.

Достоинства:

1. Лёгкость в изготовлении.

2. Отсутствие электрического контакта ротора со статической частью машины.

Недостатки:

1. Небольшой пусковой момент.

2. Значительный пусковой ток.

Принцип действия асинхронного двигателя

Если к зажимам трехфазной статорной обмотки подвести трехфазное напряжение, то по статорной обмотке будет протекать трехфазный переменный ток, который создаст вращающееся магнитное поле статора. Это поле будет пересекать проводники роторной обмотки и индуцировать в них ЭДС. При этом в замкнутой роторной обмотке возникнут токи. Силы, действующие на эти токи со стороны поля статора, создадут вращательный момент и ротор начнет вращаться в сторону вращения поля статора. По мере разгона ротора уменьшается скорость относительного движения ротора и поля статора, уменьшаются токи в роторной обмотке и, как следствие, уменьшается вращающий момент. Если предположить, что частота вращения ротора достигнет частоты вращения поля статора, то поле статора и ротор окажутся неподвижны друг относительно друга и вращающий момент станет равным нулю, т.к. тока в роторной обмотке не будет. Следовательно, частота вращения ротора п будет всегда меньше частоты вращения поля статора п_о. Т.е. ротор вращается с асинхронной скоростью, которая автоматически устанавливается такой, чтобы вращающий момент равнялся тормозному моменту, создаваемому механической нагрузкой на валу ротора. Чем больше тормозной момент, тем меньше частота вращения ротора, что приводит к увеличению тока в роторной обмотке и, как следствие, к увеличению вращающего момента до тех пор, пока вращающий момент не станет равным тормозному моменту. Число (обычно выраженное в процентах), показывающее, во сколько раз относительная частота вращения ротора, равная п_о - п, меньше частоты вращения поля статора, называется скольжением и обозначается s. Таким образом:

, или в процентах 100% (7.2)

Отсюда (7.3)

Частота ЭДС, которая индуцируется вращающимся магнитным полем статора в обмотке ротора, зависит от скольжения и определяется по формуле

, (7.4)

где f₁ - частота напряжения питающей сети

а локомотивах и электропоездах существуют два типа подвешивания ТЭД и их подтипы:

• опорно-осевое (К_ц=1,03-1,22);

• опорно-рамное:

  • рамное с карданным валом (карданной передачей) (К_ц=1,10-1,25),

  • рамное с промежуточной осью (К_ц=0,75-0,90),

  • рамное с шарнирной муфтой,

  • рамное с карданной муфтой (К_ц=1,04-1,07).

Опорно-осевое подвешивание используется в основном на грузовых электровозах. Двигатель с одной стороны опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, а с другой эластично и упруго подвешен к раме тележки. У асинхронных тяговых двигателей (АТД) ось колесной пары может проходить внутри ротора. Тяговый двигатель не подрессорен, а следовательно оказывает повышенное динамическое воздействие на путь. Чаще применяют при скоростях до 100—110 км/ч. Достаточно просто обеспечивает неизменную параллельность и постоянство централи между осью колесной пары и валом двигателя при любых перемещениях колесной пары относительно тележки.

Опорно-рамное подвешивание используется в основном на пассажирских электровозах и электропоездах. Такое подвешивание является более совершенным, так как двигатель полностью подрессорен и не оказывает значительного динамического воздействия на путь, но более сложен конструктивно. Двигатель опирается только на раму тележки локомотива и защищен от вибраций рессорным подвешиванием тележки. Чаще применяют при скоростях больше 100—110 км/ч, но также и при меньших скоростях.

Подвешивание тягового двигателя влияет на коэффициент централи — соотношение между диаметром якоря D_я и централью Ц

K_ц = D_я/Ц

По условиям безопасности движения поездов необходимо, чтобы при неисправностях устройств подвешивания тяговый двигатель не упал на путь. Для этого в конструкции двигателей предусмотрены предохранительные кронштейны.

Всё чаще применяется рамное подвешивание. Это позволяет снизить толщину изоляции катушек на 20-30 % и упростить конструкцию двигателя, также заметно снижается износ и повреждаемость деталей двигателя, что позволяет повысить межремонтные пробеги в 2-3 раза. Но при этом утяжеляются условия работы и конструкция передачи. Ещё одной причиной перехода с опорно-осевого подвешивания двигателей к рамному может служить большая протяженность использования ЭПС, так как мощность тяговых двигателей определяется взаимодействием локомотива с верхним строением пути и долей подрессоренных масс в составе.

На грузовых электровозах, конструкционная скорость которых 100—110 км/ч, обычно применяют опорно-осевое подвешивание двигателей, при котором двигатель одной стороной через моторно-осевые подшипники жестко опирается на ось колесной пары, а другой упруго связан с рамой тележки. При опорно-осевом подвешивании вращающий момент на колесную пару передается через тяговую зубчатую передачу, состоящую из шестерни, насаженной непосредственно на вал тягового двигателя, и зубчатого колеса, находящегося на колесной паре. На грузовых электровозах обычно применяют двусторонние передачи, т. е. шестерни насаживают на оба конца вала двигателя. Недостаток опорно-осевого подвешивания заключается в том, что удары, воспринимаемые колесной парой, жестко передаются на двигатель через моторно-осевые подшипники и зубчатое зацепление; кроме того, так как часть массы двигателя (примерно полови­на) передается жестко на колесную пару, то значительно увеличиваются масса неподрессоренных частей и динамические нагрузки на путь. Однако опорно-осевое подвешивание получило широкое распространение вследствие простой конструкции тяговой передачи.