Нагревание и охлаждение электрических машин.

Материалы. В электрических машинах используются конструк­ционные, активные и изоляционные материалы.

Конструкционные материалы применяются для восприятия и пере­дачи механических нагрузок (валы, станины, подшипниковые щиты, нажимные шайбы и др.), для них используют сталь, цветные материа­лы и их сплавы, пластмассы.

Активные материалы делятся на проводниковые и магнитные, из них изготавливают активные части машины обмотки и сердечники магнитопроводов. Проводниковые материалы в большинстве слу­чаев — это электролитическая медь и рафинированный алюминий или их сплавы.

Для изготовления магнитопроводов применяется листовая элек­тротехническая сталь, листовая конструкционная сталь, литая сталь и иногда чугун.

Изоляционные материалы используют для изоляции обмоток и других токоведущих частей, а также для изоляции листов электротехнической стали. Они должны иметь высокую электричес­кую и механическую прочность, нагревостойкость и теплопровод­ность, малую гигроскопичность и толщину. Нагревостойкость изоляционных материалов решающим образом влияет на надежность работы и срок службы электрических машин. Государственный стандарт на тяговые электрические машины предусматривает пять классов нагревостойкости изоляции — А, Е, В, F и Н. В тепловозных тяговых машинах исполь­зуются изоляции классов В, F и Н.

Класс В объединяет изоляционные материалы на основе не­органических диэлектриков (слюда, асбест, стекловолокно) и клеящих пропиточных и покровных лаков и смол повышенной нагре­востойкости органического происхождения. Сюда относятся мате­риалы на основе тонкой щипаной слюды — микалента, микафолит, миканит, а также слюдинитовые материалы. К классу В принад­лежат различные синтетические материалы: полиэфирные смолы на основе фталевого ангидрида, фторопласт-3, некоторые полиуретано-вые смолы и др.

К классу F относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, но с использованием органических лаков и смол, модифицированных кремнийорганическими и другими смолами с высокой нагревостойкостью.

Класс Н включает в себя материалы на основе слюды, стекло­волокна и асбеста в сочетании с кремнийорганическими, поли-органометаллосилоксановыми и другими нагревостойкими смолами. Такие смолы применяются при изготовлении миканита, слюдинита, стекломиканита, стекломикаленты, стеклослюдинита, стеклолако-ткани и стеклотекстолита. К классу Н также относится изоляция на основе фторопласта.

На тяговых машинах более мощных тепловозов применена изоляция классов F и Н.

Тяговые электрические машины тепловозов должны быть работо­способными в условиях повышенной вибрации, многократных и одиночных ударах, при высоте до 1200 м над уровнем моря, при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 40 °С в тени для умеренного исполнения У, а для особо холодных районов (исполнение ХЛ) — от минус 60 до плюс 40 °С, при резких изме­нениях температуры (на 20—30 °С в течение 2—3 ч), выпадении росы, в запыленном, влажном воздухе

Для повышения электрической и механической прочности, долговечности и моно­литности изолированные обмотки машин, расположенные на сердеч­никах, пропитывают в термореактивном лаке и запекают. Откры­тые поверхности обмоток и других деталей машин покрывают электроизоляционной эмалью и сушат при высокой температуре. Лобовые части обмоток якорей в большинстве случаев закрепляют бандажами, выполненными из высокопрочной и теплостойкой стеклобандажной ленты, пропитанной термореактивным лаком. Щеткодержатели размещают точно относительно оси якоря и рабочей поверхности коллекторных пластин и надежно прикрепляют к кронштейнам или брикетам; для этого привалочные поверхности выполняют рифлеными (гребен­чатыми). Постоянное нажатие на щетки обеспечивается использо­ванием рулонных пружин из специальной ленты

Нагревание электрических машин. Для тепловозных тяговых электро-двигателей и тяговых генераторов установлен продолжи­тельный номинальный режим. Продолжительный режим тягового электродвигателя определяется наибольшим током, который не вызывает превышения температур частей электродвигателя выше допустимых, установленных при работе его на испы­тательном стенде неограниченно долго при номинальном напряже­нии и требуемом охлаждении.

Так как тяговые машины тепловоза работают при резко меняющихся нагрузках, то и температура этих машин достигает предельной при сравнительно небольшой нагрузке в течение длительного времени, или при очень большой нагрузке в течение короткого промежутка времени. Соответственно этому различают ток продолжительного режима и максимальный кратковременный

Ток продолжительного режима- наиболь­ший ток при номинальном режиме работы электрической машины при котором предельно допустимое превышение температур обмоток над температурой охлаждающего воздуха (перегрев) дости­гает установившегося значения, соответствующего данному классу изоляции.

П редельно допустимые превышения температур обмоток при продолжительном режиме тяговых машин следую­щие

Класс изоляции	B	F	H
Обмотка якоря, °С	120	140	160
Обмотка возбуждения, °С	130	155	180
Коллектор, °С	95	95	105

О 40 80 120 160 200. Кривые нагревания

Процесс нагревания обмоток электрических машин происходит постепенно. При больших перегревах происходит разрушение изоляции. Всякая электрическая машина характеризуется данными номинального режима: мощностью, напря­жением, током и частотой вращения якоря.

Охлаждение электрических машин. Номинальная мощность машины зависит от применяемого класса изоляции и интенсивности охлаждения. От машины можно получить тем большую мощность (без недопустимого перегрева ее частей), чем выше интенсивность охлаж­дения. Для интенсивной отдачи теплоты в тепловозных электри­ческих машинах применены две системы охлаждения: независимая (принудительная) и самовентиляция. При независимой системе охлаждения устанавливают специаль­ный вентилятор, подающий охлаждающий воздух в машину со стороны коллектора и выбрасывающий его со стороны задних лобовых частей обмотки якоря или, наоборот, нагнетающий его со стороны лобовых частей и выбрасывающий со стороны коллектора. По первому типу устроено охлаждение тепловозных тяговых электро­двигателей по второму — тяговых генераторов мощных тепловозов. Независимая вентиляция является наиболее эффективной, так как позволяет применить высокопроизводитель­ный вентилятор. При самовентиляции вентиляторное колесо, наса­женное на вал якоря, всасывает воздух со стороны коллектора и выбрасывает его наружу.

В се тепловозные машины имеют параллельную вентиляцию, т. е. один поток охлаждающего воздуха омывает поверхность коллектора, щеток, обмоток главных и добавочных полюсов, а также частично обмотку и сердечник якоря. Второй поток охлаждает коллектор изнутри, проходит по аксиальным (в осевом направлении) или радиальным вентиляционным каналам сердечника якоря электричес­кой машины и выбрасывается наружу). В зависимости от этого различают осевую и радиально-осевую системы охлажде­ния.

Схемы независимой системы охлаждения:

о — аксиально-осевая; б — радиально-осевая; 1— коллектор; 2— корпус (остов); 3— входное вентиляционное отверстие; 4— добавочный полюс; 5— главный полюс; 6— выходное отвер­стие; 7— задние лобовые части обмотки якоря; 8— якорь; 9—вал

Тяговые электрические машины тепловозов должны быть работо­способными в условиях повышенной вибрации, многократных и одиночных ударах, при высоте до 1200 м над уровнем моря, при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 40 °С в тени для умеренного исполнения У, а для особо холодных районов (исполнение ХЛ) — от минус 60 до плюс 40 °С, при резких изме­нениях температуры (на 20—30 °С в течение 2—3 ч), выпадении росы, в запыленном, влажном воздухе