книги из ГПНТБ / Скрипкин В.В. Электрооборудование изотермического подвижного состава учебник

Рис. 44. Асинхронный двигатель с фазным ротором:

а — схема лвигателп; б — схема соединения обмоток н включения двигателя в сеть

ным охлаждением, составляет 0,12—0,15 кет на каждый киловатт мощности синхронного ■генератора. Практически на изотермическом подвижном составе применяются короткозамкнутые, двигатели мощ­ ностью до 14 кет,-

Вращающий пусковой момент М п, развиваемый короткозамкнутым двигателем, составляет обычно по величине 0,9—1,5 номинального момента.

В качестве привода мощных потребителей (компрессоров и венти­ ляторов конденсаторов) на 12-вагонных секциях и поездах применяют асинхронные двигатели с фазным ротором.

Этот двигатель отличается от короткозамкнутого тем, что его ротор имеет три обмотки 2 (рис. 44, а), выполненные отдельно одна от другой и сдвинутые в пространстве одна относительно другой на 120°. Роторные обмотки соединяются между собой в звезду, а концы обмо­ ток присоединяются к контактным кольцам 3, напрессованным на вал двигателя. К кольцам прижаты щетки, к которым присоединен трех­ фазный пусковой реостатѣ. Обмотки статора 1 этого двигателя выпол­ нены и соединены так же, как и у двигателя с короткозамкнутым ро­ тором.

Пусковой реостат позволяет понизить пусковой ток / п до значения, в полтора— два раза большего, чем номинальный ток и повысить пусковой вращающий момент до максимального значения.

Перед пуском двигателя с фазным ротором сопротивление пусково­ го реостата полностью вводится в цепь роторных обмоток, после чего статорные обмотки подключаются к трехфазной сети. Поскольку в цепи роторных обмоток имеется сопротивление реостата, ток в цепи ро­ тора и, следовательно, в цепи статора сравнительно невысок, а пуско­ вой вращающий момент имеет почти максимальное значение. По мере выведения пускового реостата скорость вращения ротора увеличи­ вается, и, когда реостат полностью выведен, двигатель с фазным рото­ ром работает как короткозамкнутый.

Пусковой реостат 4 рассчитан на кратковременное прохождение пускового тока и поэтому, оставаясь длительное время включенным, может перегореть.

61

При подключении двигателя к сети напряжением 380 в фазные обмотки его ротора соединяются в звезду (рис. 44, б) при помощи пере­ мычек между концами С6, С4 и С5 (заводские обозначения показаны на корпусе двигателя). Если двигатель подключается к сети напряже­ нием 220 в, фазные обмотки его соединяются в треугольник — ста­ вятся перемычки между концами С1— С6, С4—С2 и С5—СЗ. Напряже­ ние от сети подается пускателем. Для защиты служат предохранители. Пусковой реостат (RI, R2, R3) присоединяется к щеткам, прижатым к кольцам ротора.

На рис. 45 показано устройство асинхронного двигателя с коротко­ замкнутым ротором. В чугунную или алюминиевую станину 1 впрессовывается статор 2, собранный из штампованных стальных ли­ стов толщиной 0,5 мм. Листы изолированы между собой тонкими ли­ стами бумаги, пропитанной лаком, и имеют пазы, куда закладывается трехфазная статорная обмотка 3.

Ротор 9 имеет закрытые пазы. Он набирается и прессуется из от­ дельных листов. Ротор напрессован на вал 7, имеющий накатку. Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется из алюминия, кото­ рый заливают в пазы. Одновременно с обмоткой отливают с обоих тор­ цов ротора вентиляционные крылья 8. У более мощных двигателей на вал ротора насаживают центробежный вентилятор 4. При вращении ротора воздух засасывается через,отверстия в подшипниковых шптах 5, обдувает обмотки статора и ротора и выбрасывается наружу.

Рис. 45. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

62

На шейки вала насажены шариковые подшипники 10. У мощных двигателей подшипник со стороны привода роликовый. Наружная обойма подшипника закреплена в щите 5. Подшипники закрыты крышками 6.

Все двигатели на рефрижераторном подвижном составе являются брызгозащищенными. Это значит, что в обмотку двигателя не могут попасть капли жидкости, падающие под углом больше 45° к го­ ризонтальной поверхности.

У двигателя с фазным ротором концы трех фазовых обмоток рото­ ра 2 (рис. 46, а), намотанных на сердечнике 1, соединяются в самом роторе, а начала присоединяются к трем контактным кольцам 3, изо­ лированным друг от друга и от вала.

Контакт между вращающимися кольцами и цепью пускового реос­ тата осуществляется благодаря графитным или медно-графитным щет­ кам, прижимаемым к кольцам пружинным щеткодержателем. Щетка 6 (рис. 46, б) крепится винтом 7 в гнезде, расположенном на конце по­ воротного рычага 3, который вращается вокруг хомутика 2, зажато­ го на штанге щеткодержателя, и прижимается пружиной 8 к контакт­ ному кольцу 9. Натяжение пружины можно регулировать гайкой 5. Ток от контактного кольца через щетку, кабель 4 и хомутик 2 пере­ дается на кабель 1, выходящий на клеммный зажим щитка электродви­ гателя.

Известно, что однофазный ток создает пульсирующее магнитное поле. В проводниках ротора этим полем наводятся э. д. с. и токи, в результате взаимодействия которых с магнитным полем статора пуско­ вой вращающий момент не создается. Если ротор принудительно рас­ крутить, то его вращение будет поддерживаться взаимодействием маг­ нитных полей ротора и статора. При этом величина вращающего мо­ мента такова, что двигатель может работать с нагрузкой.

Поэтому у однофазных двигателей на время пуска при помощи до­ полнительной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле и соответственно пусковой'вращающий момент. Дополнительную об­

63

служить сама обмотка.

На подвижном составе с машинным охлаждением в однофазных дви­ гателях, используемых в вентиляторах, пусковая обмотка с конденса­ тором остается включенной постоянно.

По конструкции однофазный двигатель аналогичен трехфазпому и отличается от него только обмоточными данными.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Работа асинхронных двигателей определяется механическими и ра­

висимость между скоростью вращения ротора п2, выраженной в про­ центах от скорости магнитного поля статора, и вращающим моментом М на валу двигателя. Электродвигатель с короткозамкнутым рото­ ром имеет одну механическую характеристику (рис. 48). При холостом ходе (М — 0) ротор двигателя развивает скорость п2 меньше скорости Пі вращающегося магнитного поля статора на величину скольжения холостого хода 5 Х, которая для большей части двигателей составляет 1—2%. При номинальной нагрузке скорость вращения ротора /г2пом обычно составляет 94—98% скорости пи а величина скольжения SII0M— соответственно 6—2%.

вращения его ротора выше критической скорости /?Іф. Отношение /Имакс к номинальному вращающему моменту Л4И0М называется иерегрузоч-

64

Р и с . 48. М ех а н и ч еск а я х а р а к т ер и ст и к а а си н х р о н н о го к о р о т к о за м к ­ н у то г о д в и г а т е л я

ной способностью двигателя и составляет для короткозамкнутых дви­ гателей 1,6—2,5. Пусковой вращающий момент М п, развиваемый дви­ гателем, колеблется в пределах 90—150% номинального момента

М

/К1НОМ* Механическая характеристика показывает, что при пуске двига­

теля его вращающий момент М растет от пускового значения М п до максимального Ммакс. При увеличении скорости вращения ротора свыше /гкр вращающий момент уменьшается до значения М пом, при котором двигатель работает устойчиво длительное время. Если наг­ рузка создает момент сопротивления меньше значения М ном, двига­ тель работает со скоростью вращения ротора /і2, которая более номи­

нальной /г3ном.

Двигатель с фазным ротором имеет одну естественную характерис­ тику (рис. 49) и определенное количество искусственных характе­ ристик. Естественная характеристика 6 соответствует работе двига-

Р и с . 49. М ех а н и ч еск и е х а р а к тер и ст и к и а си н х р о н н о го д в и г а т е л я с ф азн ы м р о т о р о м

теля с фазным ротором с полностью выведенным реостатом, когда об­ мотки ротора замкнуты накоротко. Если в цепь роторных обмоток включено сопротивление пускового реостата, двигатель работает по одной из искусственных характеристик. Количество таких характе­ ристик определяется количеством сопротивлений реостата, находящих­ ся в цепи роторных обмоток при пуске двигателя.

Перед пуском двигателя с фазным ротором в цепь его роторных об­ моток полностью вводят сопротивление пускового реостата, а затем подключают статорные обмотки к трехфазной сети. В это время дви­ гатель начинает работать по искусственной характеристике 5, разви­ вая пусковой момент М п.манс, равный максимальному моменту. По мере увеличения скорости вращения ротора вращающий момент дви­

одну секцию сопротивления пускового реостата выводят, чтобы полное сопротивление реостата уменьшилось. Выведение реостата вызывает мгновенное возрастание вращающего момента двигателя до УИп.маі;с, и двигатель начинает работать по искусственной характеристике 4. При уменьшении вращающего момента до М п.міш выводят следующую секцию пускового реостата, и двигатель переходит на работу по харак­ теристике <3. Также выводят следующие секции реостата, и двигатель переходит на искусственные характеристики 2 и /. Наконец, пусковой реостат полностью выводится, роторные обмотки замыкаются нако­ ротко и двигатель переходит на работу по естественной характери­ стике 6.

Таким образом, в процессе пуска двигателя сопротивление пуско­ вого реостата постепенно уменьшается, а вращающий момент двигате-

Двигатель с фазным ротором дает возможность регулировать ско­ рость вращения ротора в определенных пределах (от пьдо /іІШМ). Для этого вместо пускового реостата должен быть применен рабочий рео­ стат, допускающий длительное включение. Чтобы увеличить скорости вращения ротора, необходимо умень­ шить сопротивление рабочего реостата.

Если двигатель с фазным ротором пу­ скать по естественной характеристике (при полностью выведенном реостате), то он из-за малого пускового момента может не раскрутиться. В то же время в статорных и роторных обмотках будет проходить большой ток, который может вызвать аварию.

Ра б о ч и е X а р а к т е р и с т и-

ки асинхронного двигателя, показы­ вающие зависимость основных парамет­ ров от полезной механической мощности Р 2, развиваемой на валу, и характери­

стики а си н х р о н н о го д в и г а т е л я зующие его работу, приведены на рис. 50.

66

Скорость вращения ротора п с ростом полезной мощности умень­ шается; при номинальной полезной мощности Ртм она на 2—6% мень­ ше скорости вращения магнитного поля статора.

Скольжение S, вращающий момент двигателя М и ток в статорной обмотке / ст растут с увеличением полезной мощности и имеют мини­ мальное значение при холостом ходе.

Коэффициент мощности cos ср при холостом ходе имеет низкое зна­ чение (около 0,2—0,3), затем с ростом развиваемой мощности он также увеличивается. Максимальное значение cos ср соответствует номиналь­ ной нагрузке.

Коэффициент полезного действия т| двигателя при холостом ходе равен нулю, а с увеличением полезной мощности растет. При номиналь­ ной полезной мощности коэффициент полезного действия достигает максимума, а затем начинает медленно уменьшаться.

3. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Статорные обмотки асинхронного двигателя в зависимости от на­ пряжения трехфазной сети могут соединяться между собой в звезду или треугольник. Рабочее напряжение сети при соединении в звезду

должно быть в У 3 раз больше, чем при соединении в треугольник, иначе двигатель не разовьет полной мощности.

Статорные обмотки .переключаются на клеммном щите двигателя при помощи перемычек. Для соединения обмоток I, II и I I I (рис. 51, а) в звезду необходимо концы 1, 2 и 3 обмоток соединить вместе, а начала 4, 5 и 6 — подключить к трехфазной сети, т. е. на клеммном щитке замкнуть клеммы Клі, Кл2 и КлЗ, а клеммы Кл4, Кл5 и Клб подклю­ чить к сети. Для соединения обмоток в треугольник (рис. 51, б) попар­ но соединяются клеммы Кл4 и КлЗ, Кл5 и К лі, Клб и Кл2\ трехфазное напряжение по-прежнему подводится к клеммам Кл4, Клб и Клб.

Пуск асинхронных двигателей осуществляется подключением ста­ торных обмоток к трехфазной сети при помощи какого-либо разъеди­ нителя. На подвижном составе с машинным охлаждением в качестве разъединителей применяются пакетные выключатели, магнитные пус­ катели, ручные и автоматические выключатели. Для управления пус­ ковым реостатом двигателя с фазным ротором используются ползунко­ вые и барабанные (контроллерные) переключатели со скользящи­ ми контактами. Более просто запускается короткозамкнутый двига­ тель ■— посредством рубильника или пакетного выключателя.

Пуск двигателя при помощи магнитного пускателя (рис. 52, а) на­ чинается с включения сетевого рубильника В1, в результате чего на силовую и вспомогательную цепи подается напряжение. Питание в тя­ говую катушку магнитного пускателя подается посредством кнопочной станции или импульсного включателя.

При кнопочном включении магнитного пускателя путем нажатия, кнопки Кн2 включается катушка Р, а силовые и блокировочные кон­ такты Р замыкаются. Двигатель включается, и катушка нормально

подключает электродвигатель к силовой цепи. Одновременно с сило­ выми контактами магнитного пускателя замыкаются блокировочные контакты Р. После этого рукоятку импульсного включателя возвра­ щают в исходное положение 2, а питание катушки Р осуществляется через контакт Р. Для отключения магнитного пускателя обесточи-

68

б) О А В С

о

б — пакетным переключателем

вают катушку Р, повернув рукоятку импульсного включателя в поло­ жение «Стоп».

Если ток нагрузки превысит величину, установленную на шкале теплового реле, то контакты Э теплового реле отключаются и катушка Р обесточивается. После этого магнитный пускатель отключит двига­ тель от силовой цепи.

Для уменьшения пусковых токов в секциях и поездах широко при­ меняются асинхронные двигатели с переключением статорных обмо­ ток со звезды на треугольник. При пуске электродвигателя М (рис. 53, а) таким способом включают кнопкой В1 («Пуск») магнитный пускатель и подводят напряжение через статорные обмотки к переклю­

напряжением 220 в вместо 380 в, на которое она рассчитана. Благо­

даря снижению напряжения в У 3 раз по сравнению с номинальным пусковой ток в линии уменьшается в три раза. Когда ротор наберет необходимую скорость, переключатель ВЗ ставят в положение Д , т. е. соединяют обмотки статора в треугольник, и двигатель работает в номинальном режиме. Для остановки двигателя отключают магнитный пускатель при помощи кнопки В2 («Стоп») или импульсного выклю­ чателя.

В результате переключения обмоток статора со звезды на треуголь­ ник пусковой момент двигателя уменьшается в три раза, поэтому под нагрузкой пускать его таким способом нельзя.

69

Обмотки статора со звезды на треугольник переключают также спе­ циальным пакетным переключателем (рис. 53, б). При повороте руко­ ятки пакетного переключателя по часовой стрелке в положение X все начала обмоток статора Кл4, І\л5, Клб будут соединены с нулевым проводом, а концы фазовых обмоток статора КлІ, Кл2 и КлЗ — подклю­ чены к линейным проводам А, В и С, что соответствует соединению обмоток статора в звезду. При повороте рукоятки в крайнее левое положение обмотки статора соединятся в треугольник: Кл4 соеди­ нится с КлЗ, Кл5 — с КлІ и Клб — с Кл2.

Электродвигатели с фазным ротором, используемые для привода компрессоров и вентиляторов конденсаторов, пускаются посредством барабанного контроллера (рис. 54) через пусковой реостат. При пово­ роте штурвала 9 пусковые резисторы реостата, входящие в состав обмо­ ток ротора, постепенно выводятся. После разгона ротора его обмотка контактами контроллера замыкается накоротко.

Контактные сегменты 3 барабанного контроллера крепятся на кронштейне 2, который смонтирован на разъемном держателе 1, наде­ том на связанный со штурвалом поворотный вал контроллера. На оси 7, изолированной от корпуса контроллера, размещены контактные дер­ жатели 6 с медными контактами 5, которые прижимаются к сегментам

пружинами 8. Сегменты разделены асбо­ цементными перегородками 4.

При пуске электродвигателя может случиться так, что барабан контроллера остановится в положении, когда медный контакт держателя не будет плотно при­ жиматься к сегменту и между ними воз­ никнет электрическая дуга. Чтобы избе­ жать этого, на оси барабана имеется хра­ повое колесо с фиксирующим устройст­ вом, удерживающим барабан только в рабочем положении.

На рис. 55 приведена схема реостат­ ного пуска асинхронного электродвига­ теля на 12-вагонной секции. Контроллер имеет семь рабочих позиций: от первой, когда включается магнитный пускатель

ивсе сопротивления введены в обмотку ротора, до седьмой, когда обмотка рото­ ра замыкается через контактные кольца

ищетки в контроллере накоротко.

70