0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое асинхронный тяговый двигатель

Особенности конструкции бесколлекторных тяговых двигателей переменного тока

Описание электропоездов и электровозов, расписание поездов, фотографии

§ 39. Особенности конструкции бесколлекторных тяговых двигателей переменного тока

Вентильные тяговые двигатели. Попытки использовать бесколлекторные двигатели переменного тока в электрической тяге делались еще в 30-х годах. Однако практическая возможность их применения появилась лишь после освоения промышленностью серийного выпуска силовых тиристоров и диодов, а также полупроводниковых элементов, позволяющих рационально выполнять системы управления и регулирования частоты питающего напряжения.

Вентильный тяговый двигатель по конструкции является синхронной машиной, у которой обмотка якоря расположена на статоре, а обмотка возбуждения — на роторе. Статор вентильного

двигателя (рис. 105) состоит из литого остова 7 и шихтованного из электротехнической стали Э1300 сердечника. Остов служит корпусом двигателя и внешне не отличается от остовов тяговых двигателей пульсирующего тока, а сердечник является магнитопроводом.

Сердечник 9 запрессован в остов между массивными кольцевыми боковинами 13. По наружному диаметру он стянут планками 8, приваренными к остову и к боковинам. От проворачивания сердечник удерживается шпонкой и шестью штифтами, вставленными в отверстия остова и иакладок. Для снижения потоков рассеяния и потерь между боковинами и пакетом установлены немагнитные изоляционные листы 12.

На наружной поверхности сердечника в 12 точках установлены датчики управления двигателем по положению магнитного потока. Каждый датчик имеет одну заданную и две считывающие одновит-ковые обмотки из провода ПСД диаметром 1,16 мм. Общий кабель от них выходит в коробку выводов, в которой через штепсельный разъем он соединен с устройством управления электровозом.

Пазы сердечника по его длине имеют скос на одно пазовое деление В них расположена двухслойная волновая обмотка. Корпусная изоляция ее катушек выполнена шестью слоями стеклослюди-нитовой ленты Л2С25КС 0,09 X 20 мм, наложенной вполуперекрышу. В пазах обмотка закреплена стеклопластовыми клиньями. Вывод статорной обмоткн до коробки выводов выполнен двойной шиной.

Роторы вентильных двигателей имеют различные конструктивные исполнения. На электровозе ВЛ80в-216 были установлены шестиполюсные вентильные двигатели с явнополюсным ротором.

Такое исполнение ротора технологически проще, однако в тепловом и механическом отношении материалы ротора и изоляции полюсных катушек оказались перегруженными. Связано это с тем, что м.д.с. возбуждения для вентильного двигателя с учетом реакции якоря и углов коммутации превышают м.д.с. холостого хода примерно в 1,8 раза, в то время, как в машине постоянного тока —

всего лишь в 1,2 раза Кроме того, из-за полюсных распорок ухудшался отвод тепла от катушек возбуждения.

Поскольку частоты вращения будут, по-видимому, возрастать по мере совершенствования подшипникового узла и редуктора, увеличится и теплонапряжен-ность в результате стремления вписать большую мощность в заданные габариты. Поэтому единственно возможной оказалась конструкция ротора с неявно выраженными полюсами.

В отличие от обычных синхронных машин у вентильного двигателя должна быть надежная демпферная обмотка со стержнями достаточного сечения для снижения сверхпереходного реактивного сопротивления двигателя. Стержни 15 демпферной обмотки медные, расположены равномерно по всей окружности ротора. Как показывают расчеты, такая конструкция демпферной обмотки позволяет получить сравнительно невысокие сверхпереходные индуктивные сопротивления якорной обмотки при допустимых потерях в стержнях, обусловленных процессом коммутации.

Для неявно выраженных полюсов ротора систему демпферных стержней можно расположить либо в верхней части пазов в виде крепящего обмотку возбуждения металлического клина, либо в отверстии зубцов. Первый способ технологически неудобен из-за трудности сваривания концов стержней (клиньев) на соединительных кольцах. Вторая конструкция демпферной клетки предпочтительнее, так как стержни могут быть приварены прямо к медному крайнему листу, специально выштампованному для этой цели. Преимущество такой конструкции еще и в том, что демпферная клетка может быть изготовлена на роторе до укладки обмотки возбуждения. Такую конструкцию ротора имеют вентильные восьмиполюсные двигатели НБ-601 электровоза ВЛ80в-661

Асинхронные тяговые двигатели. Максимальный вращающий момент двигателя

где См — постоянный коэффициент двигателя; и , — напряжение сети, х — индуктивное сопротивление.

Рис. 105. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы тягового двигателя НБ-601 электровоза

/ — вал, 2 — роликовый подшипник, 3 — втулка якоря, 4 — подшипниковый щит; 5 — кольца; 6 — щеткодержатель; 7 — остов; 8—планки, 9— сердечник остова; 10— обмотка статора, // — сердечник ротора; 12—немагнитные прокладки (листы), 13—боковина сердечника статора, 14—букса, 15—

стержни демпферной обмотки

Асинхронный двигатель чувствителен к понижению напряжения. Например, при понижении напряжения на 10 % вращающий момент уменьшается на 19 %. В отличие от асинхронного двигателя промышленного исполнения тяговый асинхронный двигатель имеет ряд особенностей, вытекающих из условий его работы на локомотиве (питание от преобразователя частоты и фаз, вписывание значительной мощности в заданные, весьма сжатые габариты, обусловленные размерами ходовой части локомотива). На всех тяговых коллекторных двигателях электровозов с осевой вентиляцией 30 % воздуха проходит через воздушный зазор, осуществляя интенсивный отвод тепла с поверхностей якорей и полюсов.

У асинхронного тягового двигателя, чтобы уменьшить намагничивающий ток и повысить cos ф, стремятся воздушный зазор между статором и ротором выполнить по возможности минимальным по конструктивным и производственным условиям. В связи с этим у асинхронных двигателей при аксиальной независимой вентиляции не удается охладить поверхности ротора и статора, обращенные к воздушному зазору. Чтобы пропустить между статором и ротором больше охлаждающего воздуха, у тягового асинхронного двигателя используются надпазовые каналы (рис. 106, о),

через которые проходит около 30 % всего охлаждающего воздуха

Высота надпазового канала составляет (1,0 -г- 1,5) 6 пс, где Ь пс — ширина паза статора. В вентильном двигателе надпазовые каналы в статоре неприемлемы, так как они примерно на 40 % повышают индуктивное сопротивление рассеяния статора, что приводит к уменьшению вращающего момента. В асинхронном же двигателе увеличение индуктивного Сопротивления рассеяния обмотки статора не столь вредно, так как коммутация осуществляется принудительно.

В многополюсной машине активные материалы используются более эффективно, асинхронный двигатель работает с меньшими потерями, к.п.д его выше На параметры двигателя и электровоза в целом также влияют максимальное

f max И номинальное / ном Значения ЧЭСТО-

ты тока обмотки статора. Частота fmax =

= Р» max/(60 + f 2), Где f2 = /CK —

частота тока ротора или скольжения, составляющая обычно 1—2 % от /тах, с достаточной точностью / тах = рп гаах/59.

Номинальная частота fH0M= pnmaJ (59к„), где kv — соотношение скоростей, обычно равный 2. Теоретически оптимальная частота fom = 100-г 150 Гц, а пределы регулирования частоты преобразователя от 1—2 до 200— 300 Гц. Однако существуют ограничения, связанные с применением подшипни-

Рис. 106 Расположение надпазовых каналов у тягового асинхронного двигателя (а) и кривые

/ — сердечник ротора, 2— обмотка ротора, 3—каиал, 4— надпазовый канал, 5 — обмотка статора,

6 — статор, 7 — текстолитовый клин

Показатели Основные параметры часового режима тягового двигателя

Тяговый электродвигатель

Мы рассчитаем для вас КП в течении рабочего дня!

Мы изготавливаем оборудование на своем производстве, все оборудование соответствует стандартам

Большой ассортимент уже на складе — отправим вам сразу после оплаты

Специальные условия и скидки для постоянных и новых клиентов. С нами выгодно

Отправим вам оборудование транспортной компанией на ваш выбор.

Наши специалисты проконсультируют вас по оборудованию
и окажут в помощь в подборе

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ АСИНХРОННЫЕ ТЯГОВЫЕ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ

Двигатели ДТА-380-6УХЛ1 и ДТА-400-6УХЛ1 используются в составе колесного привода электропоездов пригородного сообщения. Двигатель ДТА-380-6УХЛ1 предназначается для колесных приводов Торжковского завода ЭТ-2А (ЭТ-4), двигатель ДТА-400-6УХЛ1 – для приводов Демиховского завода ЭД-6. Данные высоковольтные электродвигатели производятся для эксплуатации в условиях умеренного и холодного климата, при температуре воздуха от -40С до +50С. Степень защиты двигателей этого типа от внешних воздействий соответствует IР23 ГОСТ 17494.Высоковольтные электродвигатели таких моделей имеют воздушную систему охлаждения с самовентиляцией, устроенную по принципу разомкнутого цикла. Забор воздуха для охлаждения производится из надвагонного пространства через специальный фильтр.

Читать еще:  Bcpr6e 11 для каких двигателей

Вышеуказанные двигатели имеют высоковольтную изоляцию «Н» класса нагревостойкости согласно ГОСТ 8865, такая изоляция не содержит растворителей, а также летучих веществ. Подшипники электродвигателей имеют консистентную смазку, а конструкция подшипниковых узлов такова, что производить пополнение смазки вполне можно без необходимости разборки двигателей.

Температура обмотки статора, а также температура подшипников контролируется при помощи термопреобразователей. Встроенные датчики частоты вращения дают возможность контролировать частоту вращения двигателя.

Высоковольтные электродвигатели ДТА-380-6УХЛ1 и ДТА-400-6УХЛ1 имеют на корпусе фланец и кронштейн для крепления к раме моторной тележки и к редуктору. Способ крепления двигателей по желанию заказчика может быть изменен.

Питание электродвигателей осуществляется за счет специального частотного преобразователя – инвертора напряжения.

Расшифровка условного обозначения:

  • ДТА-380 (400)-6УХЛ1
  • Аббревиатура ДТА – Двигатель Тяговый Асинхронный;
  • 380, 400 – мощность электродвигателя (кВт);
  • 6 – количество полюсов;
  • УХЛ – климатическое исполнение (умеренный, холодный);
  • 1 – категория размещения.

ДТА-380-6УХЛ1, 60 Гц С ПИТАНИЕМ ОТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА БАЗЕ ИНВЕРТОРА ТОКА В СОСТАВЕ ПРИВОДА ЭЛЕКТРОПОЕЗДА ПРИГОРОДНОГО СООБЩЕНИЯ

  • Степень защиты: токоведущих частей двигателя IP44
  • Cорпуса двигателя IP20
  • Cпособ охлаждения IC01
  • Режим работы S1
№ п/пТип двигателяМощн., кВтНапр., ВЧастота, об/минТок, АКПД, %Коэф-т мощн.
1ДТА-380-6УХЛ13801150120095950,79

Двигатель ТАД 355-675-6УХЛ2 используется в составе колесного привода скоростного электропоезда «Сокол». Данный двигатель предназначен для эксплуатации в условиях умеренного и холодного климата с диапазоном рабочих температур от -50С до +50С. Высоковольтные электродвигатели данной серии имеют степень защиты от внешних воздействий, соответствующую IР55 ГОСТ 17494.

Двигатель имеет два типа охлаждения: для статора охлаждение жидкостное, по принципу замкнутого цикла, для ротора охлаждение воздушное по принципу замкнутого цикла.

Двигатель ТАД 355-675-6УХЛ2 имеет высоковольтную изоляцию «Н» класса нагревостойкости согласно ГОСТ 8865, такая изоляция не содержит растворителей, а также летучих веществ.

Подшипники электродвигателей данного типа имеют консистентную смазку, а конструкция подшипниковых узлов такова, что производить пополнение смазки вполне можно без необходимости разборки двигателей.

Температура обмотки статора, а также температура подшипников контролируется при помощи термопреобразователей. Встроенные датчики частоты вращения дают возможность контролировать частоту вращения двигателя.

Высоковольтные электродвигатели модели ТАД 355-675-6УХЛ2 имеют на корпусе фланец и кронштейн для крепления к раме моторной тележки и к редуктору. Способ крепления двигателей по желанию заказчика может быть изменен.

Питание электродвигателей осуществляется за счет специального частотного преобразователя – инвертора напряжения.

Расшифровка условного обозначения:

  • Аббревиатура ТАД – Тяговый Асинхронный с короткозамкнутым ротором Двигатель
  • 355 – обозначение габарита (условное);
  • 675 – продолжительная мощность электродвигателя (кВт);
  • 6 – количество полюсов;
  • УХЛ – климатическое исполнение (умеренный, холодный);
  • 2 – категория размещения.

Двигатель ТАД 355-430-6УХЛ2 (от предыдущей модели отличается, прежде всего, продолжительной мощностью электродвигателя) также используется в составе колесного привода скоростного электропоезда «Сокол». По желанию заказчика высоковольтные электродвигателиданной модели могут быть изготовлены с воздушным охлаждением по принципу разомкнутого цикла (забор воздуха производится из надвагонного пространства).

Двигатель ДАТ-Т-155-4У1 используется в составе колесного привода троллейбуса. Данные высоковольтные электродвигатели производятся для эксплуатации в условиях умеренного и холодного климата, при температуре воздуха от -40С до +45С. Степень защиты двигателя от внешних воздействий соответствует IР54 для активных частей статора и IР23 для ротора согласно ГОСТ 17494. Двигатель имеет воздушную систему охлаждения с самовентиляцией.

Высоковольтные электродвигатели данного типа имеют высоковольтную изоляцию «Н» класса нагревостойкости согласно ГОСТ 8865, такая изоляция не содержит растворителей, а также летучих веществ.

Подшипники электродвигателей данного типа имеют консистентную смазку, а конструкция подшипниковых узлов такова, что производить пополнение смазки вполне можно без необходимости разборки двигателей.

Температура обмотки статора, а также температура подшипников контролируется при помощи термопреобразователей. Встроенные датчики частоты вращения дают возможность контролировать частоту вращения двигателя.

Питание электродвигателей осуществляется за счет специального частотного преобразователя – инвертора напряжения.

ТЯГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Бесколлекторные электрические двигатели переменного тока получили широкое применение в самых различных отраслях техники благодаря простоте устройства. Электродвигатели переменного тока, как и двигатели постоянного тока, представляют собой электрические машины, предназначенные для преобразования электрической энергии в механическую. Однако в способах осуществления этого принципа в электродвигателях двух типов имеются существенные различия.
В электродвигателях переменного тока используется вращающееся магнитное поле. Поместим во вращающееся поле проводник в виде замкнутой рамки на оси (рис. 176).

Рис. 176. Схема простейшего электродвигателя переменного тока

Оси вращения магнитного потока и рамки должны совпадать. Магнитный поток, пересекая рабочие стороны рамки, будет индуктировать в них э. д. с, как в любом электрическом генераторе. Согласованная э. д. с. в рабочих сторонах приведет к возникновению электрического тока в замкнутой рамке. Этот ток взаимодействует с магнитным полем. Образуется пара сил, которая создает вращающий момент, заставляющий рамку поворачиваться вслед за магнитным полем. Таким образом, в электродвигателе переменного тока вращающийся магнитный поток полюсов статора индуктирует в замкнутых рамках, образующих витки обмотки ротора, электрический ток. Здесь ротор приводится во вращение теми же силами взаимодействия магнитного поля и тока, как и якорь в двигателях постоянного тока, но отпадает необходимость в подводе тока от внешнего источника к вращающейся обмотке, а значит, и надобность в коллекторе. Частота вращения ротора такого электродвигателя окажется несколько меньше частоты вращения магнитного поля. Только при этом условии магнитные силовые линии будут пересекать проводники, образующие витки, и, следовательно, в витках возникнет ток, взаимодействующий с магнитным полем. Если частоты вращения поля и витков будут одинаковыми, то магнитное поле не будет пересекать проводников, исчезнет ток в витках, являющийся причиной вращения ротора. Поэтому ротор и магнитное поле вращаются не с одинаковой частотой, или, как говорят, вращаются несинхронно (асинхронно). Электрические двигатели, работающие по рассмотренному принципу, получили название асинхронных. Само слово «асинхронный» образовано с помощью приставки «а», используемой в иностранных, преимущественно греческого происхождения, словах, выражающей отрицание или отсутствие какого-либо качества. В асинхронном двигателе отсутствует качество синхронного вращения магнитного поля и ротора.
Различие частоты вращения магнитного поля и ротора характеризуют скольжением. Численно скольжение s представляет собой отношение разности частот вращения магнитного поля и ротора к частоте вращения магнитного поля.
Рассмотренное выше устройство, обеспечивающее вращение ротора, еще не является электродвигателем, так как требует механического вращения статора. В электродвигателе вращающееся магнитное поле должен создать непосредственно электрический ток. Вращающееся магнитное поле может быть получено с помощью многофазного тока. Рассмотрим принцип работы асинхронного двигателя трехфазного тока. На полюсах стального сердечника статора кольцевой формы размещены три обмотки, смещенные последовательно на угол в 120° (рис. 177).

Рис. 177. Схема трехфазного асинхронного электродвигателя

Внутри статора располагается ротор с обмоткой. Подключим катушки статора к источнику трехфазного электрического тока, как показано на рис. 178, и проследим процессы изменения тока I в катушках и создаваемого ими магнитного потока в зависимости от времени t, В положении а ток в I фазе равен нулю, во II фазе он имеет отрицательное значение, а в III — положительное. Воспользовавшись правилом правой руки для определения направления, создаваемого током магнитного потока, можно установить, что внутренний конец сердечника второй катушки 2 будет северным полюсом, а внутренний конец сердечника третьей катушки 3 окажется южным полюсом. Суммарный магнитный поток внутри электродвигателя направлен от северного полюса катушки 2 к южному полюсу катушки 3. Дальнейшее изменение тока в фазах постепенно меняет величину магнитного потока катушек. В положении б ток во II фазе равен нулю. В III фазе ток
изменил направление на отрицательное, и этот полюс 3 стал северным. Первый полюс 1, по катушке которого течет ток в положительном направлении, становится южным. Суммарный магнитный поток теперь направлен от третьего полюса к первому, т. е. повернулся на 120°, как это легко видеть из сравнения положений а и б на рис. 178.

Читать еще:  Что ломается при перегреве двигателя

Рис. 178. Схема получения вращающегося магнитного поля в трехфазном электродвигателе

В положении в за счет дальнейшего изменения тока в катушках первый полюс становится северным, второй южным, в катушке третьего полюса ток отсутствует. Суммарный магнитный поток двигателя повернулся еще на угол 120°. И наконец, в положении г токи в катушках по величине и направлению становятся такими же, как и в положении а. Магнитный поток еще повернулся на 120°. Таким образом, за один период изменения переменного тока магнитный поток сделал полный оборот. Почти на один оборот (с учетом скольжения) повернется и ротор двигателя, увлекаемый магнитным потоком. Из рис. 178 можно видеть, что три полюсных обмотки асинхронного двигателя трехфазного тока создают двухполюсное магнитное поле (поле имеет один северный и один южный полюсы). В этом случае частота вращения магнитного поля равна частоте тока.
Если статор трехфазного двигателя оборудовать шестью полюсными обмотками, то они создадут два магнитных потока, т. е. четырехполюсное магнитное поле. При применении девяти полюсных обмоток образуются три магнитных потока и, следовательно, шестиполюсное магнитное поле и т. д.
Известно, что частота вращения магнитного потока в электродвигателе переменного тока зависит как от частоты тока f, так и от числа пар полюсов р и составляет n=f/p.
Во избежание больших потерь энергии в электродвигателе, т. е. для повышения к. п. д. двигателя, скольжение должно быть минимальным. В двигателях трехфазного тока скольжение в зависимости от нагрузки меняется от 2— 3 до 5 — 6%. Таким образом, частота вращения ротора асинхронного двигателя всегда близка к частоте вращения магнитного потока.
Для реверсирования двигателя переменного тока необходимо заставить вращаться в обратную сторону магнитный поток полюсов, что осуществляется изменением подключения любых двух фаз статорной обмотки.
Рассмотрим устройство электродвигателя переменного тока (рис. 179).

Рис. 179. Статор трехфазного асинхронного двигателя

Магнитопровод (сердечник) статора набирается из тонких штампованных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. Сердечник на внутренней поверхности имеет пазы, в которые укладываются изолированные проводники обмотки статора в виде отдельных катушек для каждой фазы. Собранный сердечник с обмоткой устанавливают в станине электродвигателя. Все начала и концы катушек обмотки статора выводят наружу для соединения с внешней цепью и обеспечения реверсирования двигателя.
Ротор двигателя имеет сердечник из штампованных листов электротехнической стали. В пазы ротора укладывается обмотка. В зависимости от типа обмотки ротора асинхронные электродвигатели разделяются на двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Простейшим является короткозамкнутый ротор. Короткозамкнутая обмотка выполняется из медных стержней, соединенных по торцам медными кольцами (рис. 180). Такого типа обмотка получила название «беличьей клетки» или «беличьего колеса». Медные стержни нет необходимости изолировать в пазах. Иногда «беличье колесо» выполняется из алюминия, заливаемого в пазы ротора.

Рис. 180. Схема обмотки короткозамкнутогго ротора «беличье колесо»

Фазный ротор снабжен обмоткой из изолированного провода, ее концы присоединяют к контактным кольцам ротора. Через щеточный аппарат обмотка замыкается на пусковой реостат. Пусковой реостат увеличивает сопротивление обмотки ротора. При пуске двигателя с помощью пускового реостата резко снижается сила пускового тока. Пусковой реостат позволяет осуществить плавное регулирование вращения ротора в определенных пределах.
Из опыта эксплуатации тепловозов известно, что одними из наиболее уязвимых частей тяговых двигателей являются изоляция сложной по конструкции якорной обмотки, коллектор, щетки. Нарушения изоляции якоря, повреждения и износ коллектора требуют сложного ремонта тяговых двигателей. Сколотые, разрушенные щетки следует немедленно заменить, так как это может привести к тяжелым повреждениям коллектора, обмоток двигателя. Замену щеток практически можно производить лишь в депо, притирка новых щеток по коллектору весьма трудоемка. Образующаяся при износе и повреждении щеток электрографитовая токопроводящая пыль может вызвать перебросы тока между частями двигателей и их повреждения, поэтому тяговые электродвигатели постоянного тока требуют систематического ухода, очистки и продувки сжатым воздухом.
По сравнению с электродвигателями постоянного тока асинхронный двигатель трехфазного тока с короткозамкнутым ротором отличается рядом преимуществ. Действительно, в асинхронных двигателях такого типа ротор имеет простейшую конструкцию. В нем нет тяжелого коллектора, сложной обмотки, которая должна быть тщательно изолирована; не имеется и капризного в эксплуатации щеточного аппарата. Кроме того, ввиду отсутствия коллектора в асинхронных двигателях не нужны устройства, облегчающие процесс коммутации, в том числе и добавочные полюсы. Максимальная частота вращения ротора не ограничивается допустимой окружной скоростью коллектора. Вращающееся магнитное поле позволяет обеспечить более высокое использование электромагнитных сил в электродвигателе. Поэтому асинхронный двигатель по сравнению с двигателем постоянного тока имеет меньшую массу, для его изготовления расходуется меньше дефицитных материалов. Снижение массы тягового двигателя является весьма важным еще и потому, что приводит к уменьшению воздействия неподрессоренных масс локомотива на железнодорожный путь. Асинхронные двигатели значительно надежнее в эксплуатации, менее трудоемки в обслуживании и ремонте. Как указывалось выше, частота вращения ротора асинхронного двигателя не может достигнуть частоты вращения магнитного потока статора. Благодаря этому асинхронные двигатели не допускают резкого повышения частоты вращения ротора при снятии механической нагрузки. В условиях применения их на тепловозах это означало бы исключение боксования колесных пар со значительным увеличением частоты их вращения. Особенно заманчивым казалось использование асинхронных тяговых двигателей на тепловозах с тяговыми генераторами переменного тока. В этом случае вырабатываемый генератором ток может быть непосредственно направлен в асинхронные тяговые двигатели. Главное препятствие на пути внедрения тяговых асинхронных электродвигателей — это трудность регулирования частоты их вращения для изменения скорости движения тепловоза при постоянной частоте вращения и мощности дизель-генератора.
Ступенчатое регулирование частоты вращения ротора асинхронного двигателя достигается путем изменения числа пар полюсов статорной обмотки. Однако применение такого способа регулирования не обеспечивает плавного изменения силы тяги тепловоза и скорости движения, значительно усложняет электрическую схему, так как необходимо производить переключения статорных обмоток двигателей. Использование фазных роторных обмоток двигателей с реостатами во внешней цепи не только усложняет электрическое оборудование тепловоза, но и снижает его к. п. д. вследствие дополнительных потерь энергии.
Для плавного экономичного изменения силы тяги и скорости движения тепловоза с тяговыми двигателями переменного тока необходимо также плавно регулировать частоту электрического тока, подводимого к двигателям. Регулирование частоты переменного тока можно осуществить с помощью дополнительной двигатель-генераторной установки (рис. 181).

Рис. 181. Структурная схема машинного преобразователя частоты переменного тока для тепловозов

В этом случае дизель-генератор Д тепловоза работает с постоянной частотой вращения. Генератор Г вырабатывает постоянный ток, который приводит в действие электрический двигатель ЭД дополнительной двигатель-генераторной установки. Тяговый синхронный генератор СГ переменного тока этой установки вырабатывает электрическую энергию для питания тяговых электродвигателей 1 — 3. Регулируя частоту вращения двигателя дополнительной установки можно изменять частоту вырабатываемого тяговым генератором тока в необходимых пределах для обеспечения полного использования мощности дизеля при изменении скорости движения локомотива и частоты вращения якорей тяговых двигателей. Однако легко видеть, что в этом случае на тепловозе потребуется установить дополнительную двигатель-генераторную установку, имеющую большую массу, трудоемкую в ремонте, и применить специальную систему ее автоматического регулирования. Поэтому разработанные проекты тепловозов с такой системой регулирования частоты переменного тока, используемого для асинхронных тяговых двигателей, не были практически реализованы.
Новые широкие возможности преобразования параметров электрического тока открывает применение полупроводниковой техники. Весьма компактные полупроводниковые приборы совместно со специальной системой управления их работой позволяют питать асинхронные тяговые двигатели электрическим током необходимой частоты в зависимости от скорости движения локомотива. Такие статические преобразователи тока значительно компактнее дополнительной двигатель-генераторной установки. В нашей стране и за рубежом разработаны полупроводниковые преобразователи тока для тепловозов.
Созданы и проходят испытания первые опытные образцы тепловозов с тяговыми электродвигателями переменного тока. Однако преобразователи тока еще дороги в изготовлении, недостаточно устойчива их работа.
Потери энергии в преобразователе несколько снижают общий коэффициент полезного действия локомотива. Все это сдерживает применение асинхронных тяговых электродвигателей на тепловозах.

Читать еще:  Ямаха 250 сколько масла в двигателе

Асинхронный тяговый электропривод для пригородного электропоезда постоянного тока Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Корнев А. С., Ковтун А. В., Лысов Н. В., Иващенко В. О., Якушев А. Я.

Приведена информация о технических и энергетических характеристиках опытного электропоезда ЭТ2А и результатах его испытаний.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Корнев А. С., Ковтун А. В., Лысов Н. В., Иващенко В. О., Якушев А. Я.

Текст научной работы на тему «Асинхронный тяговый электропривод для пригородного электропоезда постоянного тока»

Реконструкция тяговых средств

Реконструкция тяговых средств

АСИНХРОННЫЙ ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ПРИГОРОДНОГО ЭЛЕКТРОПОЕЗДА ПОСТОЯННОГО ТОКА

А.С. Корнев, А.В. Ковтун, Н.В. Лысов, В.О. Иващенко, А.Я. Якушев, О.В. Колодкин

Приведена информация о технических и энергетических характеристиках опытного электропоезда ЭТ2А и результатах его испытаний.

Ключевые слова: асинхронный тяговый электродвигатель; рекуперация; бесконтактное регулирование; тягово-энергетические характеристики

В настоящее время развитие железнодорожного транспорта нацелено на создание надежного и экономичного электроподвижного состава нового поколения. Многолетние теоретические и экспериментальные исследования, проводимые в России и за рубежом, открывают возможность применения на электрическом подвижном составе асинхронных тяговых двигателей (АТД).

1. Структура асинхронного тягового привода опытного электропоезда

Опытный электропоезд ЭТ2А, выпущенный Торжокским вагоностроительным заводом в 1999 г, предназначен для перевозки пассажиров пригородного и местного сообщений. Это единственный в России действующий опытный электропоезд постоянного тока с АТД, реализованный на отечественной полупроводниковой базе. Существенными достоинствами электропоезда являются его меньшая стоимость, за счет максимального использования серийных компонентов, и возможность формировать состав как из вагонов с АТД, так и серийных вагонов. Система питания АТД (рис.1) выполнена на базе автономных инверторов тока Inv1, Inv2. В качестве входных преобразователей использованы импульсные тиристорные прерыватели Ch1, Ch2, обеспечивающие поддержание заданного входного тока автономных инверторов. Тормозные регуляторы BChl, BCh2 обеспечивают коммутацию тока на тормозные резисторы RB1, RB2 в случае отсутствия потребителя энергии. Все полупроводниковые преобразователи

Известия Петербургского университета путей сообщения

Реконструкция тяговых средств

Известия Петербургского университета путей сообщения

Реконструкция тяговых средств

расположены в подвагонных ящиках и имеют принудительное воздушное охлаждение.

Электрическая схема и электрооборудование электропоезда ЭТ2А обеспечивает:

— плавный пуск электропоезда посредством регулирования частоты и напряжения АТД с поддержанием постоянства момента при скоростях движения 0. 60 км/ч и постоянства мощности при скоростях движения 60. 130 км/ч;

— возможность изменения уровня тока инверторов в режиме тяги и электрического торможения;

— переход из режима тяги в режим электрического торможения и обратно, а также изменение направления движения без применения контакторной аппаратуры;

— рекуперативное торможение до скорости 15 км/ч с автоматическим переходом в режим реостатного торможения в случае потери потребителя электроэнергии и обратно при его появлении;

— защиту от боксования в режиме тяги и электрического торможения средствами микропроцессорной системы управления.

2. Результаты испытаний опытного электропоезда

После предварительных испытаний на Октябрьской железной дороге, в течение которых электропоезд прошел более 150 тыс.км, в 2002 г. были проведены приемочные испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ. Основные технические характеристики электропоезда для двух вариантов формирования поезда приведены в таблице1. Эти опытные данные получены на перегоне длиной 3 км при технической скорости 69,5 км/ч.

ТАБЛИЦА 1. Технические характеристики электропоезда ЭТ2А

Схема формирования поезда 2Г+5М+3П 2Г+4М+4П

— головного вагона 43,9 43,9

— моторного вагона 61,1 61,1

— прицепного вагона 40,5 40,5

— поезда 514,8 494,2

Число пассажиров при населенности 1452 1446

150% от числа сидячих мест

Тара брутто, т 616,4 595,4

Удельная мощность, кВт/т 12,35 10,21

Ускорение до 60 км/ч, м/с 0,82 0,64

Длина пути разгона, м 630 1100

Известия Петербургского университета путей сообщения

Реконструкция тяговых средств

Схема формирования поезда 2Г+5М+3П 2Г+4М+4П

Максимальная скорость разгона, км/ч 91 101

Время разгона, с 40 64

Расход электроэнергии на разгон, кВт-ч 75,9 96,1

Замедление с 80 км/ч, м/с 0,74 0,62

Скорость начала торможения, км/ч 78 92,4

Тормозной путь, м 342 548

Время торможения, с 24 41

Возврат электроэнергии в сеть, кВт-ч 23,5 25,2

Общий расход электроэнергии, кВт-ч 56,4 59,3

Удельный расход электроэнергии: Вт-ч/т-км 30,52 33,18

Вт-ч/пасс-км 12,96 13,66

Электропоезд ЭТ2А отличается от других серийных и опытных образцов повышенным ускорением при пуске и малым удельным расходом электроэнергии. Экономия электроэнергии достигается за счет более интенсивного разгона в режиме тяги.

Пусковые и тормозные характеристики электропоезда приведены на рис.2, а зависимости к.п.д. тягового электропривода — на рис.3.

Испытания выявили ряд замечаний по работе тягового привода электропоезда. Наиболее важными из них являются:

— перегрев сглаживающих реакторов и отдельных тиристоров инверторов;

— низкая эффективность системы защиты от боксования и юза;

— превышение допустимых норм по электромагнитной совместимости в режимах тяги и электродинамического торможения.

Для устранения указанных замечаний был проведен дополнительный цикл работ:

— обеспечение равномерного распределения потока охлаждающего воздуха по сечению воздушного канала силовых преобразователей;

— увеличение параметров входного фильтра с LF = 12 тГн, CF1 = CF2 = 1,8 тФ до Lf = 24 тГн, CF1 = CF2 = 13,6 тФ;

— корректировка программы управления процессом боксования: при возникновении боксования осуществляется автоматическое снижение уставки тока, а при дальнейшем боксовании колесных пар происходит выключение вагона из тяги без срабатывания быстродействующего выключателя;

— реализация плавного изменения тока инверторов в переходных режимах, что позволило уменьшить опасное влияние на устройства сигнализации и блокировки.

Известия Петербургского университета путей сообщения

Реконструкция тяговых средств

Известия Петербургского университета путей сообщения

Реконструкция тяговых средств

После выполнения этих работ в начале 2004 г были проведены контрольные испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ. Испытания показали, что нагрев полупроводниковых приборов не превышает допустимых значений. Переменная составляющая сетевого тока частоты 25 Гц устранена как в режиме тяги, так и в режиме электродинамического торможения. Переменная составляющая частоты 50 Гц наблюдается только в режиме электродинамического торможения, однако ее амплитуда не превышает допустимой величины 1,3 А.

Для проведения дальнейших эксплуатационных испытаний планируется создание нового электропоезда, на котором будут предусмотрены установка активного фильтра для подавления электромагнитных помех, а также объединение в единую сеть систем управления тяговыми преобразователями моторных вагонов.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В УСТРОЙСТВЕ ФИЛЬТРАЦИИ И КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

А.Т. Бурков, А.Н. Марикин, А.П. Самонин, В.В. Сероносов

Одной из важнейших задач при электрификации железнодорожного транспорта является решение комплекса вопросов, связанных с повышением качества электроэнергии в системах электроснабжения железных дорог переменного тока. Рассмотрены результаты математического моделирования электромагнитных процессов в фильтр-компенсирующем устройстве (ФКУ) тяговой подстанции переменного тока, позволяющем повысить качество электроэнергии в системах тягового электроснабжения переменного тока.

Ключевые слова: система тягового электроснабжения переменного тока, реактивная мощность, гармонический состав, компенсация, фильтрация.

Проблема повышения качества электроэнергии в системах электроснабжения железных дорог переменного тока в условиях реформирования становится особенно актуальной. Применение ФКУ на тяговых подстанциях является одним из способов, позволяющих существенно улучшить показатели качества электроэнергии. С целью оценки эффективности ФКУ последних разработок производства

Известия Петербургского университета путей сообщения

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector