Г лава I. Теоретические основы исследования тяговых электрических машин

§ 1. Сущность, назначение и классификация тяговых электродвигателей

Тяговыми электрическими машинами (ТЭМ) называют электрические машины, предназначенные для работы в качестве двигателей, генераторов, преобразователей на подвижном составе всех видов.

Тяговые электрические машины классифицируются:

1. по назначению: на тяговые электродвигатели; тяговые генераторы;

вспомогательные машины;

2. по роду тока: на постоянного тока (пульсации тока не превышают

10%); пульсирующего тока; коллекторные машины однофазного переменного тока промышленной и пониженной частоты; асинхронные машины переменного трехфазного (или многофазного) тока;

3. по способу защиты от внешних воздействий: на защищенные; брызгозащищенные; закрытые;

4. по способу охлаждения: с независимой вентиляцией; самовентиляцией; обдуваемые; естественным охлаждением;

5. по виду возбуждения: с независимым возбуждением; параллельным возбуждением; последовательным возбуждением; смешанным возбуждением.

Тяговым электродвигателем (ТЭД) называется электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую работу, затрачиваемую на движение поезда.

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 и т. п.).

Тяговые двигатели железнодорожного транспорта эксплуатируются в сложных погодных условиях, во влажном и пыльном воздухе. Также в отличие от электродвигателей общего назначения ТЭД работают в самых разнообразных режимах (кратковременных, повторно-кратковременных с частыми пусками), сопровождающихся широким изменением частоты вращения ротора и нагрузки по току (при трогании с места может в 2 раза превышать номинальный). При эксплуатации тяговых двигателей имеют место частые механические, тепловые и электрические перегрузки, тряска и толчки. Поэтому при разработке их конструкции предусматривают повышенную электрическую и механическую прочность деталей и узлов, теплостойкую и влагостойкую изоляцию токоведущих частей и обмоток, устойчивую коммутацию двигателей. Кроме того ТЭД  шахтных электровозов должны удовлетворять требованиям, относящимся к взрывозащищенному электрооборудованию.

Тяговые двигатели должны иметь характеристики, обеспечивающие высокие тяговые и энергетические свойства (особенно КПД) подвижного состава.

Развитие полупроводниковой техники открыло возможности перехода от двигателей с электромеханической коммутацией к бесколлекторным машинам с коммутацией при помощи полупроводниковых преобразователей.

Из-за тяжелых условий работы и жестких габаритных ограничений тяговые двигатели относят к машинам предельного использования.

Тяговые электродвигатели классифицируют по:

1. роду тока:

• постоянного (в том числе выпрямленного многофазного

пульсирующего до 10%);

• пульсирующего (в том числе выпрямленного однофазного пульсирующего более 10%);

• переменного;

2. типу:

• ДПТ;

• синхронные;

• асинхронные;

3. типу подвешивания ТЭД:

• опорно-осевое;

• опорно-рамное;

4. способу питания электроэнергией:

• от контактной сети;

• от бортового источника питания (аккумулятор, дизель-генератор, топливный элемент и др.);

5. конструкции:

• коллекторные и бесколлекторные (бесконтактные, вентильные);

• вращающиеся (цилиндрические и торцевые);

• линейные (цилиндрические и плоские);

6. режиму работы:

• работающие в продолжительном режиме;

• работающие в кратковременном режиме (рабочий период 15 – 90 минут);

• работающие в повторно-кратковременном режиме (продолжительность включения 15 – 60%);

7. степени защиты (в соответствии с ГОСТ 14254);

климатическому исполнению (в соответствии с ГОСТ 15150 и ГОСТ 15543);

8. способу охлаждения:

• с независимой вентиляцией;

• с самовентиляцией;

• обдуваемые;

• с естественным охлаждением [1, С. 97 – 98].

Принципиальная конструкция большинства тяговых электродвигателей тепловозов одинакова. Различие состоит в основном в способе закрепления (подвески) на тележке, в системе смазывания моторно-осевых подшипников, в исполнении некоторых составных частей и в целом сборочных единиц, отражающем время выпуска и особенности тепловоза. Все тяговые электродвигатели, кроме типа ЭД-126, являются четырехполюсными с последовательным возбуждением, а типа ЭД-126 – шестиполюсные.

Таблица 1