Техн ЕМБ / Лек ТЕД

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Рисунок 2.1 – Схеми дії на щітку динамічних сил (а), її перекосу (б) та вигляд щітки з торця колектора (в)

Результуючий тиск:

Pдр

pЩрез pЩ SЩ pЩ pдр ,

де Рдр – динамічний тиск щітки.

Найбільш несприятливий стан, коли : pЩ pдр 0 .

При цьому щітка відривається від колектора, й можливе виникнення дуги між ними.

Для зниження ймовірності виникнення дуги доводиться збільшувати рЩ, хоча при цьому збільшується знос щіток та колектора. Для тягових двигунів при опорно-осьовому підвішуванні звичайно вважають рЩ=350÷500 г/см2 (якщо передача пружна, рЩ=260÷350 г/см2), при рамному підвішуванні рЩ=180÷250 г/см2. Ці натиснення

41

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

значно перевищують ті, які застосовуються в звичайних машинах.

§1.4). В §1.1 згадувався несприятливий вплив відходів зносу щіток та колектора на стан ізоляції та охолодження машини. Накопичуючись між колекторними пластинами, відходи зносу щіток та колектора створюють провідні містки, які сприяють утворенню дуги.

Як покращують щітковий контакт? Яким повинен бути щітковий контакт? Якими умовами визначається вибір щіток для тягових двигунів?

Для запобігання заїданню щіток у вікні щіткотримача й особливо – їх примерзанню, між щіткою й щіткотримачем необхідний зазор

Щ0.05 мм

Щb0 bЩ ,

де bЩ , b0 – відповідно ширина щітки та вікна щіткотримача.

При виготовленні та ремонті двигуна ці зазори можуть бути збільшеними у 2-3 рази. Для умов експлуатації встановлено бракувальний розмір цього зазору. δщ=0,35÷0,4 мм. При цьому можливий кут перекосу зношеної щітки висотою lЩ відносно осі вікна:

M FТЩ lЩ PДТ lЩ2 .

Під дією цього моменту щітка у вікні перекошується, спочатку обпирається на кромки вікна В та Н, де опірна сила

M FКР 2h ,

h – висота вікна щіткотримача.

Під впливом механічного стирання та електроерозії (особливо сильної, якщо застосовуються щітки без гнучких з’єднувальних

42

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

шунтів) з’являється швидкий знос бокових поверхонь щітки, який збільшує її перекіс. Випадковий характер сили РДТ може викликати швидкі зміни кута перекосу щіток до 2 4 .

Поверхні торкання щітки з колектором та густина струму під щіткою стають нестабільними. Скорочується контактна поверхня до розмірів а та b (рис. 2.1, в), що викликає підвищений знос щіток та колектора, а також – іскріння.

Щітковий контакт дещо покращується при застосуванні складених щіток (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Складені щітки

Застосовують загальне натиснення на складові частини щітки 1 натисним пальцем 4 через загальну пружну прокладку 2, або роздільне натиснення на частини щітки 1 сухарями 5 та 6 одного й того ж пальця. Для зменшення електроерозії використовують щітки з гнучкими шунтами 3, які приєднуються до корпусу щіткотримача, а для полегшення встановлення та попередження сколювання на кромках А виконують скоси.

Щітки не тільки створюють надійний контакт з колектором. Вони повинні стійко компенсувати залишкову ЕРС комутації е, тобто розсіювати енергію, яка відповідає потужності:

щіткового контакту rЩ , який підраховують на пару різнополярних щіток, та опору rС комутуючої секції:

43

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

rK rЩ rС rЩ .

Опір rС малий, тому ним можна знехтувати. Чим більший опір rЩ , тим більшу залишкову ЕРС комутації можуть компенсувати

щітки.

Для тягових двигунів придатні тільки електрографітовані щітки

– щітки з штучного графіту, одержаного складною технологічною обробкою вихідного аморфного вуглецю – сажі.

Технологія їх виготовлення передбачає повторну термообробку блоків при температурі близько 2500ºС у середовищі неактивних газів з наступним механічним подрібненням блоків та їх повторним формуванням. Її мета – одержати однорідну дрібнозернисту структуру, яка забезпечує струмопроходження в місці контакту через чисельні контактні точки (плями), які мають однакові елементарні перехідні

де Pке – потужність втрат однієї контактної плями;

Nке , Iке – число контактних плям та елементарний струм, який протікає через кожну пляму.

Чим більш однорідна структура щіток, тим більше Nке , але менші струми Iке й менша різниця між ними. При порушенні цих

умов окремі контактні плями перевантажуються, порушується їхня теплова рівновага й вони починають вигоряти, викликаючи небезпечне іскріння.

Щітковий контакт є нелінійним опором, який зменшується зі збільшенням густини струму, А/см2:

jЩ IЩ SЩ ,

де IЩ , SЩ – струм щітки та площа її контактної поверхні.

різнополярних щіток, В; Щ – питомий опір щіток за тих же умов, Ом·см3;

44

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

U Щ ІЩ rЩ jЩ Щ ; Щ U Щ jЩ .

Характеристики мають значні відхилення, які можуть сильно впливати на роботу машин.

Основні дані щіток, які застосовуються в двигунах електрорухомого складу наведені у табл. 2.1.

Таблиця 2.1

jЩКР 20 28 A/cм2 , вище якої починається вигоряння контактних

плям і робота щіток стає нестійкою. Тому розрахункова густина струму під щітками

При роботі машин встановлені наближені залежності:

pЩ

де pЩном , pЩ – номінальний та плинний тиски в робочому діапазоні натиснення;

45

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Щном , Щ та rЩном , rЩ – питомі та повні опори щіток за тих же умов.

2.3 Особливості комутації в усталених режимах

Які особливості комутації в усталених режимах роботи тягового двигуна?

Комутація колекторних тягових двигунів електрорухомого складу ускладнена тим, що це не тільки машини граничного використання, але й машини порівняно високої напруги (Uкном 750 1500B ).

Періоди комутації в них дуже малі:

K vK

де bЩ - товщина щітки, мм;

vK - лінійна швидкість колектора, м/с.

Для тягових двигунів ТК 10 5 10 4 с, що збільшує реактивну ЕРС ep комутуючих секцій. При прямолінійній комутації:

де iя – струм провідника якірної обмотки

I iя 2a ;

Le – еквівалентна індуктивність секції:

Le L M ;

L, M – коефіцієнти самота взаємоіндукції комутуючої секції. Якщо комутація уповільнена або прискорена, тобто – нелінійна,

46

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Як визначається магнітна провідність пазу?

Значення L, М, ep залежать від магнітної провідності розсію-

вання паза, яка припадає на одиницю довжини провідника обмотки

(рис. 2.3).

П ПП ПВ З л , (2.9)

де ПП – провідність в зоні розташування провідників по висоті

h2;

ПВ – те ж саме над провідниками в пазу (зона h1);

З– те ж саме в зоні повітряного зазору;

л– те ж саме в лобовій частині обмотки.

Рисунок 2.3 – Розрахункова схема до розрахунку магнітної провідності пазу

Визначаючи складові П , враховують лише немагнітні ділянки

елементарної трубки магнітного потоку товщиною dx та одиничної ширини.

Наприклад, для ділянок, які безпосередньо охоплюють паз, провідність елементарної трубки:

dx

d X bпаз .

В пазу ця трубка зчеплена з провідниками:

47

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

щина його наконечника;

kПД – коефіцієнт повітряного зазору для додаткового полюса:

Зведена до пазу питома провідність лобових частин обмотки:

секції.

49

В . Д. ФЛОРА . ТЯГОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ДВ ИГУНИ

Як визначаються коефіцієнти взаємоіндукції та самоіндукції секції обмотки?

При двошаровій обмотці та укладці провідників у пазу на вузьке ребро:

де kШ – коефіцієнт кратності індуктивностей обох боків секції. Для діаметральних обмоток kШ 2 , для хордової kШ 1,8 , а для хордової ступінчастої kШ 1,5 .

При укладці провідників у паз широким боком, тобто при багатошаровій обмотці, розташування провідників у пазу наведено на рис. 2.5.

Рисунок 2.5 – Схема розташування боків секцій багатошарової обмотки

Коефіцієнти самота взаємоіндукції кожного провідника різні.

Для будь-якого пазу з числом провідників m:

В чому полягає аналітичний метод визначення середньої реактивної ЕРС в комутуючій секції?

Існує кілька методів розрахунку реактивної ЕРС. Наприклад, А.Б. Іоффе запропонував аналітичний метод визначення середнього

50