- •Асинхронный тяговый электропривод на вагонах метрополитена. Учебное пособие.
- •1. Введение
- •2. Общие сведения о работе трехфазной асинхронной электрической машины и ее конструкции.
- •2.1. Конструкция и принцип действия асинхронных электрических машин.
- •2.2. Образование вращающего электромагнитного момента в асинхронной электрической машине.
- •3. Устройство асинхронного тягового двигателя. Технические данные.
- •3.1 Основные параметры двигателя:
- •3.2 Статор.
- •3.3 Ротор.
- •3.4 Подшипниковые щиты.
- •3.5 Вентиляция.
- •3.6 Датчик частоты вращения ротора.
- •4. Тяговый привод.
- •4.1 Контейнер тягового инвертора кти.
- •Отсек контакторов.
- •Отсек дифференциальной защиты.
- •Отсек вторичного электропитания.
- •Отсек блока управления тяговым приводом.
- •Отсек датчиков тока и напряжения.
- •Отсек модуля силового инвертора.
- •Отсек блока питания вентиляторов.
- •Отсек дросселя промежуточного фильтра.
- •Отсек быстродействующего выключателя.
- •Центральный отсек.
- •Разрядный резистор.
- •Зарядный резистор.
- •Тормозной резистор.
- •Дроссель сетевого фильтра.
- •4.2 Работа тягового привода. Управление тяговым приводом.
- •Работа привода в тормозном режиме.
- •Защита силовых цепей тягового привода.
- •Защита от боксования и юза.
- •5. Приложения
- •5.1 Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного.
- •5.2 Трехфазный переменный ток.
- •5.3 Вращающееся магнитное поле.
2. Общие сведения о работе трехфазной асинхронной электрической машины и ее конструкции.
Любая электрическая машина является обратимой, т.е. работает как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.
В первом случае двигатель потребляет электроэнергию и преобразует ее в механическую работу, развивая при этом вращающий момент. Во втором случае генератор преобразует механическую энергию в электрическую. В этом режиме возникает тормозной момент.
На железнодорожном транспорте вращающий момент электродвигателя преобразуется в поступательное движение поезда за счет сцепления колеса с рельсом. При электрическом торможении кинетическая энергия движущегося электропоезда за счет сцепления колеса с рельсом преобразуется вовращение ротора генератора.
Электрическое торможение может быть рекуперативным, когда электроэнергия возвращается в контактную сеть или реостатным, когда выработанная электроэнергия гасится на реостате или тормозном резисторе.
2.1. Конструкция и принцип действия асинхронных электрических машин.
В общем случае асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями (участвующими в создании вращающего и тормозного момента) являются обмотки и магнитопровод (сердечники статора и ротора); все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения, закрепления и т. п.
Асинхронные электрические машины бывают двух видов:
с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. На вагонах метрополитена используются асинхронные электрические машины с короткозамкнутым ротором, поэтому устройство машин с фазным ротором рассматриваться не будет.
Принцип работы асинхронного двигателя, как и любой другой электрической машины, заключается во взаимодействии двух магнитных полей, созданных током в обмотках статора и обмотках ротора.
Обмотка статора, питаемая трехфазным переменным током, создает вращающееся магнитное поле, которое индуктирует ток в обмотке ротора. Возникает магнитное поле ротора. В результате взаимодействия двух магнитных полей в двигателе возникает вращающий момент, направленный в сторону вращения поля статора.
Асинхронная машина состоит из статора, ротора и двух подшипниковых щитов, объединяющих ротор и статор в единую конструкцию.
Статор – неподвижная часть машины – состоит из станины, сердечника и трехфазной обмотки. Ротор – подвижная часть машины – состоит из вала, сердечника и короткозамкнутой обмотки. Обмотка ротора выполнена бесконтактной (она не имеет электрического соединения с внешней цепью). Это определяет высокую надежность двигателя. Подшипниковые щиты крепятся болтами и служат опорой подшипников вала ротора.
Асинхронная машина в отличие от машины
Рис.1. Сердечник статора. |
полюсов. Такая магнитная система называется неявнополюсной, при этом проводники обмотки статора равномерно распределены по окружности статора.
Все элементы магнитной системы пронизываются переменным магнитным потоком, поэтому сердечники ротора (рис. 4) и статора (рис.1) выполняют из листов электротехнической стали, электрически изолированных один от другого. В результате этого уменьшается вредное действие вихревых токов, возникающих в стали сердечников. Сердечники статора и ротора имеют пазы, в которых располагают проводники соответствующих обмоток. Сердечник статора устанавливают в станину, а сердечник ротора на вал, который вращается в подшипниках.
Воздушный зазор между статором и ротором имеет минимальный размер, допускаемый с точки зрения точности сборки и механической жесткости конструкции. Малый зазор обеспечивает уменьшение магнитного сопротивления магнитной цепи машины, а следовательно, и уменьшение намагничивающего тока, требуемого для создания в двигателе магнитного потока. Снижение намагничивающего тока позволяет повысить коэффициент мощности двигателя.
Элементом обмотки статора является секция, расположенная двумя сторонами в пазах, находящихся друг от друга на расстоянии «шага по пазам». Секции укладывают таким образом, что в каждом пазу размещается или одна или две стороны — одна над другой. В соответствии с этим различают одно- и двухслойные обмотки. Наибольшее распространение получили двухслойные. Их секции 1 (рис. 2) укладывают в пазы 2 статора в два слоя. При этом одна пазовая сторона секции укладывается в нижнем слое (ближе ко дну паза), а вторая – в верхнем. Перед укладкой обмотки стенки паза покрывают листовым
Рис. 2. Укладка секций в пазы сердечника. |
Секции объединяются в катушки, разбитые на три группы по числу фаз. В каждой группе катушки электрически соединяются, образуя одну фазу обмотки, т. е. отдельную электрическую цепь. При больших значениях фазного тока обмотки могут иметь несколько параллельных ветвей.
Провода, соединяющие секции, и части секций вне паза называют лобовыми частями. Так как лобовые части не принимают участия в индуцировании э. д. с, их выполняют как можно короче.
В асинхронных двигателях используются два способа соединения фаз обмоток между собой: «звездой» или «треугольником». Эти соединения могут выполняться как внутри машины, образуя глухое подсоединение, так и вне двигателя — с помощью сменных перемычек на специальном щитке, установленном на корпусе машины.
В первом случае к выводному щитку подводится три вывода. Во втором - шесть выводов - начала и концы фазных обмоток.
Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами, которое за один период трехфазного тока сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать скорости вращения магнитного
Рис. 3. Схема соединений обмоток статора и получение двухполюсного и четырехполюсного магнитного поля |
поля 50 об/сек, или 3000 об/мин. Обмотка, состоящая из шести катушек, (фазные обмотки разделены на две) создает четырехполюсное магнитное поле. Скорость его вращения частоте 50 Гц составляет 1500 об/мин.
Обмотка ротора выполнена в виде «беличьей клетки» (рис. 4) из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни обмотки вставляют в пазы ротора без какой-либо изоляции, так как напряжение в короткозамкнутой обмотке
Рис. 4. Ротор. |
площади паза и хорошая теплоотдача от
стержней к активной стали.
В медных короткозамыкающих кольцах профрезеровываются прорези (рис. 4) в соответствии с размерами прямоугольных стержней. Стержни и кольца припаиваются друг к другу тугоплавкими припоями.
В двигателях мощностью до 100 кВт стержни «беличьей клетки» могут изготавливаться путем заливки расплавленного алюминия под давлением в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями отливают соединяющие их торцевые короткозамыкающие кольца.
На валу ротора располагают вентилятор, который осуществляет принудительную вентиляцию нагретых частей машины (обмоток и сердечников статора и ротора), позволяя получить от двигателя большую мощность. В роторах с литой обмоткой лопасти вентилятора отливают совместно с торцевыми кольцами.