Тяговые двигатели.

Общие сведения.

Тяговые двигатели служат для преобразования электрической энергии в механическую, предназначенную для привода в движе­ние колесных пар вагонов. Тяговые двигатели используют также для торможения поезда, переводя их в генераторный режим. При этом механическая энергия движущегося поезда преобразуется в электрическую.

Существует единая унифицированная серия тяговых двигате­лей, в которую вошли и двигатели электропоездов метрополитена. Все они имеют общий принцип компоновки и много унифициро­ванных узлов и деталей. При изготовлении унифицированных тя­говых двигателей можно использовать однотипное станочное обо­рудование, что снижает их стоимость.

На вагонах метрополитена применяют тяговые двигатели постоян­ного тока. Такие двигатели обладают хорошими тяговыми харак­теристиками, сравнительно просты по конструкции и надежны в эксплуатации.

По конструкции тяговые двигатели электроподвижного состава существенно отличаются от стационарных двигателей постоянно­го тока, что объясняется особенностями их расположения и усло­виями работы. Размеры тягового двигателя, подвешенного под кузовом ваго­на, ограничены подвагонными габаритами. Диаметр его определя­ется диаметром колеса, так как должно быть выдержано опреде­ленное расстояние от нижней точки двигателя до уровня головки рельсов. Длина тягового двигателя ограничена габаритными разме­рами тележки.

На вагонах установлены четыре тяговых двигателя: по одному на каждую колесную пару. Нумерация их идет по осям, считая от кабины управления.

Тяговый двигатель работает в тяжелых условиях, так как на него попадают грязь с железнодорожного полотна, пыль от тормозных колодок, дождь и снег на открытых участках трассы. Поэтому все детали, расположенные в его корпусе, должны быть защищены.

Для лучшего отвода тепла, выделяющегося при работе тягового двигателя, на валу якоря установлен вентилятор, засасывающий воздух со стороны коллектора и прогоняющий его через двигатель.

В паспорте стационарных электрических машин обычно указывают их номинальную мощность продолжительного режима, т. е. такую мощность, которую машина должна отдавать неограниченно долгое время, причем температура его узлов и деталей не должна превышать значений, допускаемых нормами для изоляционных материалов. Режим работы тяговых двигателей резко меняется в зависимости от профиля пути и веса поезда. Это не позволяет харак­теризовать работоспособность тягового двигателя только значе­нием номинальной мощности продолжительного режима. Поэто­му характеристики тяговых двигателей даны для часового и максимального режимов.

В вагонах метро применяются тяговые двигатели:

- ДК-108 на вагонах серии Е, Еж 81-501, 81-502;

- ДК-117 на вагонах серии 81-717, 81-714.

Из остова двигателя ДК-108 выходят шесть выводных концов: Я и ЯЯ, К и КК, Н и НН, а из двигателя ДК-117 только четыре выводных конца: Я и ЯЯ, К и КК.

Т яговые двигатели - это преобразователи энергии: электрической в механическую в режиме двигателя или наоборот в режиме генератора.

И спользуются электрические машины последовательного возбуждения, защищенного типа, самовентилируемые с вентилятором со стороны привода. Подвеска этих тяговых двигателей одинаковая – «Опорно-рамная», а конструкция подвески ДК-108 отличается от ДК-117 (Смотри конспект предмета «Механическое оборудование вагонов»).

Тяговый двигатель состоит из:

• остова – неподвижной части ЭМ;

• якоря – подвижной части ЭМ;

ОСТОВ - это корпус и магнитопровод ЭМ.

Остов имеет форму цилиндра в ДК-108 или восьмигранника в ДК-117.

Остов (корпус) ЭМ состоит из:

• цилиндрическая (основная) часть остова

• подшипниковые щиты

Подшипниковые щиты различают по месту установки:

• подшипниковых щит со стороны коллектора;

• подшипниковых щит со стороны вентилятора.

Остов (магнитопровод) ЭМ состоит из:

• основная часть остова

• главные магнитные полюсы

• дополнительные магнитные полюсы

На поверхности основной части остова имеются:

• приливы для монтажа двигателя на раме тележке;

• приливы для транспортировки машины;

• приливы для исключения падения двигателя на путь при обрыве подвески;

• окна для осмотра коллектора и щеток,

• окна для выхода охлаждаю­щего воздуха,

• окна (отверстия) для выводных концов

• отверстия для крепления главных и дополнительных полюсов.

В торцовых стенках остова имеются посадочные поверхности для установки и крепления подшипниковых щитов.

Подшипниковый щит со стороны коллектора по периметру имеет посадочную поверхность для установки и отверстия для крепления в торце остова.

В центральной части имеет посадочную поверхность для установи наружной обоймы подшипника якоря.

По плоскости имеет:

• Окна для входа воздуха вентиляции;

• Отверстия для установки изоляторов с щеткодержателем.

Подшипник якоря с наружной стороны закрыт подшипниковым непроходным щитком с патрубком, а с внутренней стороны ограничен «проходной» крышкой с лабиринтным уплотнением для смазки.

Подшипниковый щит со стороны вентилятора

- это диск аэродинамической формы, который по периметру имеет посадочную поверхность для установки и отверстия для крепления в торце остова. Диск в центральной части имеет посадочную поверхность для установки наружной обоймы подшипника якоря.

Подшипник якоря с обеих сторон закрывается «проходными» крышками с лабиринтными уплотнениями для удерживания выхода смазки.

Внутри остова предусмотрены поверхности для установки главных и дополнительных полюсов.

Внутри остова установлены:

• 4-е главных полюса;

• 4-е дополнительных полюса.

ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА

Главные полюсы предназначены для создания основного магнитного потока воз­буждения ЭМ.

Разноименные главные полюсы в четырехполюсной машине расположены под углом 90°.

Главный полюс – это электромагнит т.е. катушка с сердечником.

Сердечник главного полюса шихтованный, изготовленный из отдельных стальных листов тол­щиной 1,5 мм. Сердечники главных полюсов имеют вентиляционные каналы.

Часть сердечника со стороны якоря выполнена более широкой и называется полюсным наконечником. Эта часть служит для поддержания катушки и для лучшего распределения магнитного потока по поверхности якоря.

Катушка главного полюса – это изолированные друг от друга витки обмотки возбуждения, которые мотают из шинной меди в два слоя и покрывают общей корпусной изоляцией.

В ДК - 108 в катушках главных полюсов, кроме витков обмотки возбуждения дополнительно установлены витки обмотки подмагничивания.

Обмотка подмагничивания предназначена для создания дополнительного (независимого) магнитного потока для уменьшения времени воз­буждения ЭМ.

Главные полюса крепятся к остову болтами. Тело остова, сердечники главных полюсов, сердечник якоря и воздушные зазоры между якорем и полюсами составляют магнитную систему тягового двигателя, через которую замыкается основной магнитный поток.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОЛЮСА

Дополнительные полюса предназначены для создания дополнительного магнитного потока ЭМ, который позволяет уменьшить вредное воздействие реакции якоря, и повысить качество коммутации тягового двигателя.

Дополнительный полюс состоит из монолитного сердечника и катушки. Катушки дополнительных полюсов - однослойные из шинной меди.

Дополнительные полюса устанавливают внутри остова между главными полюсами. Их крепят к остову болтами. Между сердечниками дополнительных полюсов и остовом устанавливают диамагнитную прокладку. Сердечник имеет опорный угольник для удерживания катушки.

ЯКОРЬ

Якорь служит для создания вращающего момента двигателя и тормозного момента генератора.

Якорь состоит из:

1 – вал переменного сечения;

2 – коллектор;

3 – шихтованный сердечник якоря;

4 – в пазы сердечника вложена обмотка якоря;

5 – нажимные шайбы;

6 – вентилятор;

7 – подшипники якоря.

Сердечник якоря является частью магнитной цепи тягового двигателя.

С обирают его из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

Для уменьшения потерь от вихревых токов листы изолируют один от другого тонким слоем лака. Листы собирают в общий пакет, который насаживают на вал якоря на шпонке. В каждом листе имеются отверстия, которые в сердечнике образуют вентиляционные каналы. По периметру якорные листы имеют зубчатую форму, которые при сборке образуются пазы, в которые укладываются секции обмотки якоря.

Обмотка якоря состоит из отдельных катушек (секций), которые укладываются двумя ярусами в пазах сердечника. Одна сторона каждой секции располагается в нижнем слое одного паза, а другая в верхнем слое другого паза.

Каждая секция состоит из пяти проводников. В секции каждый проводник изолирован друг от друга. Секции имеют общую корпусную изоляцию и дополнительную в лобовой и активной части.

Начало и концы всех проводников секций привариваются к своим коллекторным пластинам в два яруса.

В тяговых двигателях ДК-108 применяется волновая обмотка якоря, а в тяговых двигателях ДК-117 применяется петлевая обмотка якоря.

Обмотка якоря крепится деревянными или текстолитовыми клиньями в пазах сердечника якоря и фиксируется металлическими бандажами или стеклобандажами в зоне нажимных шайб.

В тяговых двигателях ДК-117 обмотка якоря дополнительно фиксируется стеклобандажами в зоне сердечника якоря.

Коллектор.

Коллектор предназначен для подвода тока к проводникам обмотки якоря, одновременно в генераторах постоянного тока это механический выпрямитель. (Подробнее смотри 3 раздел электронного курса «Основы электротехники для локомотивных бригад метрополитена»).

Коллектор состоит из:

1 – набора медных клинообразного сечения и миканитовых коллекторных пластин;

2 – коллекторного конуса;

3 – коллекторной шайбы;

4 – коллекторной гайки;

5 – изоляционных манжет и цилиндра.

Медные коллекторные пластины изолированы одна от другой миканитовыми пластинами. Нижняя часть пластин имеет форму «ласточкина хвоста», при помощи которого набор пластин зажимают между конусом и шайбой коллектора. Фиксируется набор пластин коллекторной гайкой, которую устанавливают на резьбовую часть коллекторного конуса. Медные коллекторные пластины изолируются от корпуса коллектора миконитовыми манжетами и цилиндром.

В собранном виде коллектор напрессовывается на вал якоря с шпонкой. К каждой коллекторной пластине привариваются проводники обмотки якоря в два яруса.

Нормальная рабочая поверхность коллектора должна быть гладкой. Равномерное потемнение коллектора в процессе эксплуатации без следов подгара свидетельствует о наличии устойчивого слоя политуры и хорошей коммутации.

Вентилятор.

Вентилятор это два алюминиевых диска с прямыми лопастями по периметру и стальной втулкой в центре. Стальная втулка вентилятора устанавливается на вал якоря. Двухдисковый вентилятор изготовлен из алюминиевого сплава.

Засасываемый воздух с окон подшипникового щита со стороны коллектора распределяется на два параллельных потока. Один из потоков омывает поверхность между якорем и полюсами, а также проходит через пазы сердечников главных полюсов. Другой проходит под коллектором и по вентиляционным каналам внутри сердечника якоря. Нагретый воздух выбрасывается через специальные окна в остове со стороны противоположной коллектору независимо от направления вращения тягового двигателя.

Охлаждение оказывает большое влияние на работу двигателей. Мощность, которую можно получить от электрической машины, ограничена предельной температурой, которую может выдержать изоляция обмоток. Поэтому, при охлаждении значительно снижается нагрев обмоток, что позволяет повысить мощность двигателя.

ЩЕТКИ И ЩЕТКОДЕРЖАТЕЛИ

Для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щеточные аппараты - щетки и щеткодержатель.

В рассматриваемых тяговых двигателях используется по четыре щеткодержателя. Все щеткодержатели установлены на изоляторах, которые крепятся к внутренней стороне подшипникового щита. Щеткодержатели изготовлены из литого латунного сплава, имеют гребенку для возможной регулировки зазора между коллектором и щеткодержателем. В каждом щеткодержателе установлены по две щетки. Щетки применяются электрографитированные, обладают хорошими коммутирующими свойствами, значительной механической прочностью и способностью выдерживать большие перегрузки.

Отвод тока от щетки к щеткодержателю обеспечивает гибкий медный проводник. Усилие нажатия щеток достигаются при помощи нажимных пальцев и спиральных пружин щеткодержателя.

Одним из условий хорошей работы щеток является плотный и надежный контакт между щеткой и коллектором.

В ДК-117 применяют разрезные щетки с резиновой накладкой. Такая щетка обеспечивает более надежный контакт с рабочей поверхностью коллектора.

57

- -