2.3. Асинхронные тяговые электрические машины

Асинхронной электрической машиной называется бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме скорость вращения электромагнитного поля, создаваемого обмоткой статора, не совпадает со скоростью вращения ротора. В электрических передачах асинхронные электрические машины используются в основном как тяговые электродвигатели (асинхронная машина тоже может работать в генераторном режиме). Скорость вращения ротора асинхронного тягового электродвигателя пропорциональна частоте напряжения питания f, обратно пропорциональна числу пар полюсов р статорной обмотки и определяется выражением

, (2.1.)

где s – скольжение.

Скольжением называется отношение разности скорости вращения магнитного поля и скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя к скорости вращения магнитного поля.

Асинхронный электродвигатель может быть выполнен с короткозамкнутым и фазным ротором. В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором ротор выполнен в форме «беличьей клетки», а в пазах статора уложена трехфазная обмотка. В асинхронных двигателях с фазным ротором на роторе уложена трехфазная обмотка, выполненная с тем же числом пар полюсов, что и обмотка статора. Концы фаз роторной обмотки присоединяют через контактные кольца к пусковым резисторам. В электрических передачах применяют асинхронные тяговые электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Статорные обмотки асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором могут быть соединены по схеме звезды или треугольника (тепловозный тяговый асинхронный электродвигатель ЭД900 выполнен со статорными обмотками, соединенными по схеме звезды). Остов асинхронного тягового электродвигателя, в отличие от остова тягового электродвигателя постоянного тока, не является магнитопроводом. Пример изображения на электрических схемах асинхронных тяговых электродвигателей с короткозамкнутым ротором показан на рис. 2.4.

2.4. Вентильные тяговые электрические машины

Вентильные двигатели – это бесколлекторные машины, которые могут работать от сети как постоянного, так и переменного тока. По конструкции вентильный двигатель имеет много общего с синхронной электрической машиной, а по своим характеристикам близок с электродвигателю постоянного тока. Как у синхронных электрических машин в пазах статора вентильного двигателя размещена трехфазная силовая обмотка, а обмотка возбуждения, подключенная к источнику постоянного тока, расположена на роторе. Как у машин постоянного тока регулирование скорости вращения вала вентильного двигателя осуществляется путем изменения потока возбуждения (вентильный двигатель может иметь две и более ступеней ослабления возбуждения). Коммутация секций трехфазной обмотки статора осуществляется системой вентильной коммутации, состоящей из датчика синхронизирующих сигналов (датчика положения ротора), системы формирования сигналов управления (микропроцессорной системы управления) и управляемого коммутатора. Коммутатор выполняет функции коллектора в обычной машине постоянного тока. В качестве датчиков положения ротора используются оптоэлектрические датчики, датчики Холла, емкостные датчики и др. Управляемый коммутатор, выполняющий функции инвертора (статического тягового преобразователя постоянного тока в переменный), получает питание от сети постоянного тока. Если управляемый коммутатор выполняет функции непосредственного преобразователя частоты, то он должен быть подключен к сети переменного тока. Пример изображения на электрических схемах вентильных тяговых электродвигателей показан на рис. 2.5.