Sw-motors.ru

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

Что является тяговым двигателем

1.4. Тяговая работа и тяговый кпд гтд прямой реакции

Различные типы ГТД выполняют различные функции: тепловой машины и движителя, тепловой машины и частично движителя и только тепловой машины.

Функция ГТД как тепловой машины заключается в преобразовании химической энергии топлива, выделяющейся при его сгорании в камере сгорания, в механические виды энергии, а именно: у ГТД прямой реакции (ТРД и ТРДД) – в приращение кинетической энергии газового потока, проходящего через двигатель; в ГТД непрямой реакции (ТВД и ТВВД) – в механическую работу на валу винта и частично в приращение кинетической энергии газового потока, а в вертолетных ГТД (которые также являются ГТД непрямой реакции) и вспомогательных газотурбинных установках – в механическую работу на валу винта или другого потребителя.

Движителем является элемент силовой установки, создающий тягу для перемещения летательного аппарата.

В силовой установке с ГТД прямой реакции такой элемент выделить невозможно, т. к. двигатель такого типа в целом совмещает в себе и функцию тепловой машины, и функцию движителя. Функция ГТД прямой реакции как движителя заключается в преобразовании кинетической энергии газового потока, проходящего через двигатель, в силу тяги, которая при движении самолета производит работу, называемую тяговой работой Lтяг.

В силовой установке с ГТД непрямой реакции (ТВД и ТВВД) функцию движителя ГТД выполняет лишь частично, т. к. движителем в такой силовой установке в основном является воздушный винт.

В вертолетных силовых установках функцию движителя полностью выполняет несущий винт.

Тяговой работойназывается работа силы тяги двигателя, затрачиваемая на перемещение летательного аппарата, т. е. произведение тяги двигателя на путь, пройденный летательным аппаратом за одну секунду (т.е. на скорость полетаV). Для ТРДД в расчете на 1 кг воздуха, проходящего через внутренний контур двигателя, получим

.

Тяговым КПД двигателя называется отношение тяговой работы к работе двигателя как тепловой машины, т. е.

. (1.9)

Тяговый КПД характеризует эффективность преобразования работы двигателя как тепловой машины в тяговою работу двигателя при перемещении летательного аппарата.

Подставив в выражение (1.9) значение Lтм=Lц=для ТРД, получим

.

Таким образом, тяговый КПД ТРД показывает, какая часть кинетической энергии, приобретенной потоком газа в двигателе, преобразуется в тяговую работу. Иными словами, он характеризует совершенство ТРД как движителя, т. е. устройства, предназначенного для создания тяги.

Установим, какие потери оценивает тяговый КПД ТРД. Так как

,

то для потерь, учитываемых ηтяг, получим

.

Разность (ссV) – является скоростью газа, покинувшего двигатель, относительно неподвижного атмосферного воздуха, поэтомуLц– Lтяг= (ссV) 2 /2 есть кинетическая энергия этого потока.

Таким образом, в ТРД не вся кинетическая энергия потока газа, прошедшего через двигатель, преобразуется в тяговую работу. Часть ее (ссV) 2 /2 теряется с выходящим газом в атмосфере, что и оценивает тяговый КПД. Эти потери называютпотерями с выходной скоростью.

Так как для ТРД

Lтм=Lц=, а,

то для ηтягполучим следующее выражение

. (1.10) *

Рис.1.12. Зависимость и

от скорости полета

Таким образом, тяговый КПД ГТД прямой реакции зависит от отношения скорости истечения газа из двигателя к скорости полета. С уменьшением этого отношения тяговый КПД возрастает, т. к. снижается разность (ссV), а значит и величина кинетической энергии потока (ссV) 2 /2, теряемой с выходящими газами в атмосфере.

На рис. 1.12 представлена качественная зависимость тягового КПД от скорости полета. При V = 0, т. е. когда двигатель работает на месте, тяговый КПД равен нулю, т. к. из-за отсутствия перемещения самолета работа силы тяги равна нулю. Значит, вся кинетическая энергия газа на выходе из двигателя является неиспользованной (потерянной). При увеличении скорости полета разность (ссV) снижается из-за более интенсивного увеличения скорости полета посравнению со скоростью истечения газов сс. Это приводит к снижению потерь с выходной скоростью, а следовательно, к повышению тягового КПД. Но удельная тяга Pуд=(ccV) при этом снижается. Как будет показано ниже, при некоторойскорости полета V = Vмах скорость истечения газов становится равной скорости полета. При этой скорости полета потери с выходной скоростью отсутствуют и тяговый КПД достигает максимального значения, равного единице. Но удельная тяга, а значит, и тяга становятся равными нулю. Поэтому полезная работа силы тяги превращается в нуль, т. е. происходит «вырождение» двигателя.

В зависимости от типа ГТД прямой реакции и режима полета самолета тяговый КПД может изменяться в широких пределах. Его значение в условиях полета обычно не превышает 0,6…0,7. Из формулы (1.10) видно, что повышение тягового КПД возможно за счет снижения скорости истечения газов cc. Как будет показано ниже, это может быть достигнуто за счет применения двухконтурных турбореактивных двигателей. У этих двигателей при тех же параметрах цикла, что и водноконтурных ТРД, скорость истечения газов ниже, поэтому тяговый КПД выше.

Тяговый двигатель — Traction motor

А тяговый двигатель является электрический двигатель используется для приведения в движение транспортного средства, например локомотивы, электрический или же водородные автомобили, лифты или же электрический многоканальный блок.

Содержание

  • 1 Типы двигателей и управление
  • 2 Транспортные приложения
    • 2.1 Дорожная техника
    • 2.2 Железнодорожные пути
      • 2.2.1 Монтаж двигателей
      • 2.2.2 Обмотки
      • 2.2.3 Контроль мощности
      • 2.2.4 Динамическое торможение
      • 2.2.5 Автоматическое ускорение
  • 3 Рейтинг
  • 4 Охлаждение
  • 5 Производители
  • 6 Смотрите также
  • 7 Рекомендации
  • 8 Библиография
  • 9 внешняя ссылка

Типы двигателей и управление

Двигатели постоянного тока с серией обмотки возбуждения являются старейшим типом тяговых двигателей. Они обеспечивают характеристику крутящего момента, полезную для движения, обеспечивая высокий крутящий момент на более низких скоростях для ускорения транспортного средства и снижая крутящий момент при увеличении скорости. Благодаря расположению обмотки возбуждения с несколькими ответвлениями можно изменять характеристики скорости, что позволяет оператору относительно плавно управлять ускорением. Еще одна мера контроля обеспечивается использованием пар двигателей на автомобиле в последовательно-параллельное управление; для медленной работы или высоких нагрузок два двигателя могут работать последовательно от источника постоянного тока. Если требуется более высокая скорость, эти двигатели могут работать параллельно, обеспечивая более высокое напряжение на каждом из них и, таким образом, обеспечивая более высокие скорости. Части железнодорожной системы могут использовать разные напряжения, с более высоким напряжением на больших расстояниях между станциями и более низким напряжением около станций, где требуется только более медленная работа.

Вариантом системы постоянного тока является двигатель серии переменного тока, также известный как универсальный мотор, который по сути является тем же устройством, но работает на переменный ток. Поскольку и якорь, и ток возбуждения меняются одновременно, поведение двигателя аналогично тому, когда он запитан постоянным током. Чтобы добиться лучших условий эксплуатации, на железные дороги переменного тока часто подается ток по более низкой цене. частота чем коммерческий источник питания, используемый для общего освещения и электроснабжения; специальный тяговый ток электростанции, или роторные преобразователи используется для преобразования коммерческой мощности 50 или 60 Гц в 25 Гц или 16 2 ⁄3 Частота Гц, используемая для тяговых двигателей переменного тока. Система переменного тока позволяет эффективно распределять мощность по всей длине железнодорожной линии, а также позволяет управлять скоростью с помощью распределительного устройства на транспортном средстве.

Асинхронные двигатели переменного тока и синхронные двигатели просты и не требуют особого обслуживания, но неудобны для применения в тяговых двигателях из-за их фиксированной характеристики скорости. Асинхронный двигатель переменного тока вырабатывает полезную мощность только в узком диапазоне скоростей, который определяется его конструкцией и частотой источника питания переменного тока. Появление силовые полупроводники позволил разместить частотно-регулируемый привод на локомотиве; это позволяет использовать широкий диапазон скоростей, передачу мощности переменного тока и надежные асинхронные двигатели без изнашиваемых деталей, таких как щетки и коммутаторы. [1]

Читать еще:  Двигатель k7ja700 сколько клапанов

Транспортные приложения

Дорожная техника

Традиционно в дорожных транспортных средствах (легковые автомобили, автобусы и грузовики) использовались дизельные и бензиновые двигатели с механической или гидравлической трансмиссией. Во второй половине 20-го века автомобили с системами электропередачи (с питанием от двигатель внутреннего сгорания, батарейки или топливные элементы) начали разрабатываться — одно из преимуществ использования электрических машин состоит в том, что определенные типы могут регенерировать энергию (т.е. действовать как регенеративный тормоз) — обеспечение замедления, а также повышение общей эффективности за счет зарядки аккумуляторной батареи.

Железнодорожные пути

Традиционно это были щеточные электродвигатели постоянного тока с последовательной обмоткой, обычно работает примерно от 600 вольт. Наличие мощных полупроводников (тиристоры и IGBT) теперь стало практичным использование гораздо более простых и надежных AC асинхронные двигатели известные как асинхронные тяговые двигатели. Синхронные двигатели переменного тока также иногда используются, например, во французском TGV.

Монтаж двигателей

До середины 20 века один большой двигатель часто использовался для привода нескольких ведущие колеса через шатуны которые были очень похожи на те, которые использовались на паровозы. Примерами являются Пенсильванская железная дорога DD1, FF1 и L5 и различные Швейцарские крокодилы. В настоящее время стандартной практикой является использование одного тягового двигателя, приводящего в движение каждую ось через зубчатую передачу.

Обычно тяговый двигатель подвешивается на трех точках между тележка рама и ведомый мост; это называется «тяговый двигатель с носовой подвеской». Проблема с такой компоновкой заключается в том, что часть веса двигателя снижается. неподрессоренный, увеличивая нежелательные силы на трассе. В случае знаменитой Пенсильванской железной дороги GG1, два двигателя на тележке приводили в движение каждую ось через гусиный привод. «Биполярный»электровозы, построенные General Electric для Milwaukee Road имел двигатели с прямым приводом. Вращающийся вал двигателя был также осью для колес. В случае французского TGV силовые машиныдвигатель, установленный на раме силового автомобиля, приводит в движение каждую ось; привод «тренога» обеспечивает небольшую гибкость трансмиссии, позволяя тележкам грузовиков поворачиваться. За счет установки относительно тяжелого тягового двигателя непосредственно на раму силового автомобиля, а не на тележку, достигается лучшая динамика, позволяющая работать на высоких скоростях. [2]

Обмотки

Электродвигатель постоянного тока долгие годы являлся основой электрических тяговых приводов электрических и дизель-электрических локомотивов, трамваев и дизель-электрических буровых установок. Он состоит из двух частей: вращающегося якоря и неподвижных обмоток возбуждения, окружающих вращающийся якорь, установленный вокруг вала. Фиксированные обмотки возбуждения состоят из плотно намотанных катушек провода, помещенных внутри корпуса двигателя. Якорь представляет собой еще один набор катушек, намотанных вокруг центрального вала и соединенных с обмотками возбуждения через «щетки», которые представляют собой подпружиненные контакты, прижимающиеся к продолжению якоря, называемому коммутатор. Коммутатор собирает все выводы катушек якоря и распределяет их по кругу, чтобы обеспечить правильную последовательность протекания тока. Когда якорь и обмотки возбуждения соединены последовательно, весь двигатель называется «с последовательной обмоткой». Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой имеет поле с низким сопротивлением и цепь якоря. По этой причине, когда на него подается напряжение, ток велик из-за Закон Ома. Преимущество высокого тока состоит в том, что внутри двигателя сильные магнитные поля, создающие большой крутящий момент (крутящее усилие), поэтому он идеально подходит для запуска поезда. Недостатком является то, что ток, протекающий в двигатель, должен быть ограничен, иначе источник питания может быть перегружен или двигатель и его кабели могут быть повреждены. В лучшем случае крутящий момент превысит сцепление, и ведущие колеса проскочат. Традиционно резисторы использовались для ограничения начального тока.

Контроль мощности

Когда двигатель постоянного тока начинает вращаться, взаимодействие внутренних магнитных полей заставляет его генерировать внутреннее напряжение. Этот противоэлектродвижущая сила (CEMF) противостоит приложенному напряжению, а протекающий ток регулируется разницей между ними. По мере увеличения скорости двигателя внутреннее генерируемое напряжение увеличивается, результирующая ЭДС падает, через двигатель проходит меньше тока и крутящий момент падает. Двигатель, естественно, перестает ускоряться, когда сопротивление поезда соответствует крутящему моменту, создаваемому двигателями. Чтобы продолжить ускорение поезда, последовательно отключаются резисторы шаг за шагом, каждый шаг увеличивает эффективное напряжение и, таким образом, ток и крутящий момент на некоторое время, пока двигатель не догонит его. В старых поездах постоянного тока это можно услышать и почувствовать как серию ударов под полом, каждый из которых сопровождается рывком ускорения, поскольку крутящий момент внезапно увеличивается в ответ на новый всплеск тока. Когда в цепи не осталось резисторов, полное линейное напряжение подается непосредственно на двигатель. Скорость поезда остается постоянной в точке, где крутящий момент двигателя, регулируемый действующим напряжением, равен сопротивлению — иногда это называется уравновешивающей скоростью. Если поезд начинает подниматься по склону, скорость уменьшается, потому что сопротивление превышает крутящий момент, и снижение скорости приводит к падению CEMF и, следовательно, к повышению эффективного напряжения — до тех пор, пока ток через двигатель не создаст достаточный крутящий момент, чтобы соответствовать новому сопротивлению. . Использование последовательного сопротивления было расточительным, потому что много энергии терялось в виде тепла. Чтобы уменьшить эти потери, электровозы и поезда (до появления силовая электроника) обычно были оборудованы для последовательно-параллельное управление также.

Динамическое торможение

Если поезд начинает спускаться с уклона, скорость увеличивается, потому что (уменьшенное) сопротивление меньше крутящего момента. С увеличением скорости внутренне генерируемое напряжение обратной ЭДС повышается, уменьшая крутящий момент до тех пор, пока крутящий момент снова не уравновесит сопротивление. Поскольку ток возбуждения уменьшается за счет обратной ЭДС в двигателе с последовательной обмоткой, нет скорости, при которой обратная ЭДС превысит напряжение питания, и, следовательно, тяговый двигатель постоянного тока с одной последовательной обмоткой не может обеспечить динамическое или рекуперативное торможение.

Однако существуют различные схемы обеспечения тормозящей силы с помощью тяговых двигателей. Вырабатываемая энергия может быть возвращена в источник питания (рекуперативное торможение) или рассеиваться бортовыми резисторами (динамическое торможение). Такая система может довести груз до низкой скорости, требуя относительно небольшого фрикционного торможения для полной остановки груза.

Автоматическое ускорение

В электропоезде машинисту поезда изначально приходилось управлять отключением сопротивления вручную, но к 1914 году стали использовать автоматическое ускорение. Это было достигнуто с помощью ускоряющего реле (часто называемого «режекторным реле») в цепи двигателя, которое отслеживало падение тока при отключении каждой ступени сопротивления. Все, что нужно было сделать водителю, — это выбрать низкую, среднюю или полную скорость (называемую «последовательной», «параллельной» и «шунтирующей» в зависимости от способа подключения двигателей в цепи сопротивления), а все остальное сделает автоматика.

Рейтинг

Электровозы обычно есть непрерывный и один час рейтинг. Часовая номинальная мощность — это максимальная мощность, которую двигатели могут непрерывно развивать в течение одного часа без перегрева. Такое испытание начинается с электродвигателей при +25 ° C (и наружный воздух, используемый для вентиляции, также при +25 ° C). В СССР по ГОСТ 2582-72 с изоляцией класса N максимально допустимые температуры для двигателей постоянного тока составляли 160 ° C для якоря, 180 ° C для статора и 105 ° C для коллектора. [3] Одночасовое значение обычно примерно на десять процентов выше, чем непрерывное, и ограничивается повышением температуры двигателя.

Поскольку тяговые двигатели используют редукторную передачу для передачи крутящего момента от якоря двигателя на ведомую ось, фактическая нагрузка на двигатель зависит от передаточного числа. В противном случае «одинаковые» тяговые двигатели могут иметь существенно разную грузоподъемность. Тяговый двигатель для грузовых перевозок с низкая передача Передаточное отношение будет безопасно создавать более высокий крутящий момент на колесах в течение более длительного периода при том же уровне тока, потому что более низкие передачи дают двигателю больше механических преимуществ.

Читать еще:  Гранта что справа от двигателя

В дизель-электрический и газотурбинные электровозы, то Лошадиные силы мощность тяговых двигателей обычно составляет около 81% от номинальной. первичный двигатель. Это предполагает, что электрический генератор преобразует 90% мощности двигателя в электрическую энергию, а тяговые двигатели преобразуют 90% этой электроэнергии обратно в механическую энергию. [ нужна цитата ] Расчет: 0,9 × 0,9 = 0,81

Номинальная мощность отдельных тяговых двигателей обычно составляет 1600 кВт (2100 л.с.).

Еще одним важным фактором при проектировании или спецификации тяговых двигателей является рабочая скорость. Якорь двигателя имеет максимальную безопасную скорость вращения, при которой обмотки надежно остаются на месте.

Дизельные двигатели стали преобладающей мощностью современных тракторов, поскольку они обладают самым высоким тепловым КПД среди двигателей внутреннего или внешнего сгорания благодаря чрезвычайно высокой степени сжатия. В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели тракторов используют сильно сжатый горячий воздух для воспламенения топлива, а не свечи зажигания.

Центробежная сила, действующая на якорь, выше этой максимальной скорости, заставит обмотки выбрасываться наружу. В тяжелых случаях это может привести к «птичьему гнезду», поскольку обмотки контактируют с корпусом двигателя и в конечном итоге полностью отрываются от якоря и разматываются.

Гнездо птиц из-за превышения скорости может происходить либо в работающих тяговых двигателях локомотивов с механическим приводом, либо в тяговых двигателях локомотивов, находящихся в мертвом составе, которые перемещаются в составе поезда, движущегося слишком быстро. Другая причина — замена изношенных или поврежденных тяговых двигателей агрегатами, неправильно настроенными для применения.

Повреждения от перегрузки и перегрева также могут привести к скоплению птиц на скоростях ниже номинальных, когда сборка якоря, а также опоры и фиксаторы обмотки были повреждены в результате предыдущего неправильного обращения.

Охлаждение

Из-за высокого уровня мощности тяговые двигатели почти всегда охлаждаются нагнетаемым воздухом, водой или специальной диэлектрической жидкостью.

Типичные системы охлаждения на дизельных электровозах США состоят из вентилятора с электрическим приводом, который нагнетает воздух в проход, встроенный в раму локомотива. Резиновые охлаждающие каналы соединяют канал с отдельными тяговыми двигателями, и охлаждающий воздух проходит вниз и поперек арматуры, прежде чем выбрасывается в атмосферу.

Тяговая сила и тяговая характеристика автомобиля. Тяговой силой называется отношение крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес автомобиля

Тяговой силой называется отношение крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес автомобиля. Это толкающая автомобиль сила, которая передается от ведущих колес к несущей системе (рама, кузов). При увеличении тяговой силы на ведущих колесах автомобиль может развивать большие ускорения, преодолевать более крутые подъемы, буксировать прицепы большей массы и иметь лучшие тягово-скоростные свойства.

Тяговая сила определяется экспериментально при испытаниях автомобиля или расчетным путем с использованием внешней скоростной характеристики двигателя по формуле:

(2.6)

Из выражения (2.6) следует, что максимальное значение тяговой силы ограничено максимальными значениями момента двигателя Меи передаточного числа трансмиссии uт. Тяговая сила ограничена также вследствие действия силы сцепления между ведущими колесами и дорогой.

Изменение тяговой силы на ведущих колесах показывает тяговая характеристика автомобиля – зависимость тяговой силы от скорости движения на различных передачах.

Характер изменения тяговой силы на ведущих колесах зависит от типа коробки передач (рис. 2.3). Механическая ступенчатая коробка передач обеспечивает ступенчатое изменение тяговой силы (рис.2.3,а). Бесступенчатая – плавное (рис. 2.3, б), а гидромеханическая – и плавное, и ступенчатое (рис. 2.3, в).

В трансмиссии полноприводных автомобилей, тяжелых грузовых автомобилей и автомобилей-тягачей, работающих с прицепами и полуприцепами, кроме основной устанавливают еще и дополнительные коробки передач (делитель, демультипликатор или раздаточную коробку).

Они позволяют улучшить тягово-скоростные свойства, повысить проходимость и топливную экономичность автомобиля.

а б в

Рисунок 2.3 – Тяговые характеристики автомобилей со ступенчатой коробкой передач (а), с бесступенчатой (б) и гидромеханической коробкой передач (в)

Делитель (мультипликатор) представляет собой повышающую коробку передач. Он устанавливается перед основной коробкой передач и увеличивает число ее передач в 2 раза. Обычно он имеет две передачи: прямую с передаточным числом u = 1и повышающую с (u 1).

Раздаточная коробка представляет собой понижающую коробку передач. Она устанавливается в трансмиссии полноприводных автомобилей и увеличивает передаточные числа и количество передач коробки передач.

У автомобилей со всеми ведущими колесами раздаточная коробка выполняет функции демультипликатора.

Особенности коммутация тяговых двигателей

Процесс изменения направления тока в замыкаемых накоротко щетками секциях якорной обмотки с помощью коллектора и щеточного механизма называется коммутацией.

Секции якоря, в которых происходят изменения направления тока, называются коммутируемыми.

Условия работы тяговых двигателей на электропоездах значительно тяжелее, чем при стендовых испытаниях. На процесс коммутации влияет ряд эксплуатационных факторов. Большое влияние на работу тяговых двигателей оказывает трение, возникающее при работе под током тягового двигателя между пластинами коллектора и щетками. Наиболее частыми являются механические причины искрения под щетками, основными из которых являются: выступающая изоляция между пластинами коллектора; загрязнение рабочей поверхности коллектора; искажение формы рабочей поверхности коллектора (подгары, царапины, неровности, овальность или эксцентричность и т. д.); перекос щеток, ослабление направляющего действия щеткодержателей; предельный износ щеток, недостаточное нажатие на щетку и плохая пригонка щетки к коллектору; динамическое воздействие на щетку и щеточный аппарат неровностей пути, биение якоря в результате его небаланса, повышенного износа подшипников вала якоря, зубчатой передачи и т. д.

Искрения в результате этих факторов могут вызвать такие необратимые нарушения в тяговом двигателе, что эксплуатация его станет невозможной.

В тяговых двигателях электропоездов применяют волновые якорные обмотки с одновитковыми секциями — витками (рис. 70). Конец витка 1 соединяют с коллекторной пластиной, к которой подсоединяется начало витка 2, расположенного под второй парой полюсов. Конец витка 2 соединен с началом витка 3 и т. д. до тех пор, пока последний виток (конец) не будет соединен с началом витка 1. Таким образом, обмотка якоря представляет собой замкнутую электрическую цепь, которую щетки разделяют на две параллельные ветви. Учитывая, для простоты изучения, что якорь двигателя вращается очень медленно и то, что сила тока в короткозамкнутой секции будет изменяться также очень медленно, можно считать, что ЭДС самоиндукции ничтожно мала и ею можно пренебречь.

Рисунок 1 – Одновитковые секции обмотки якоря:

1 – 4 витки обмотки.

Рассмотрим процессы, которые происходят в этом случае.

Рисунок 2 – Схема коммутации обмотки якоря.

Обмотка якоря двигателя (рисунок. 2, а) и вместе с ней коллектор при неподвижной щетке (1), ширина которой принимается равной ширине коллекторной пластины, перемещаются по стрелке. В тот момент, когда положительная щетка имеет контакт только с одной коллекторной пластиной, электрический ток, проходящий через щетку и коллекторную пластину «в», делится на две равные части. Половина тока +I/2 через секцию «Б» идет в левую параллельную ветвь, половина -I/2 – через секцию (В) в правую параллельную ветвь и далее к отрицательной щетке, где эти величины тока складываются и возвращаются к минусовому зажиму источника тока.

Когда щетка (1) коснется коллекторной пластины «б» (рисунок 2, б), площадь ее соприкосновения с пластиной в начнет уменьшаться по мере вращения якоря. Тогда ток от щетки пойдет к щеткам (б) и (в). Причем ток, проходящий по секциям обмотки якоря (Б), будет уменьшаться по мере увеличения площади соприкосновения щетки с пластиной (б) и уменьшения площади соприкосновения с пластиной (в). В момент, когда эти площади станут равны, ток в короткозамкнутой секции (Б) будет равен нулю, а началом левой параллельной ветви станет уже секция (А).

При дальнейшем вращении якоря площадь контакта щетки (1) с коллекторной пластиной (б) будет превышать площадь контакта с пластиной (в), и по секции (б) вновь начнет протекать увеличивающийся ток, но уже противоположного направления. Когда щетка (1) потеряет контакт с пластиной в ток в секции (Б) будет равен половине тока +I/2, проходящего через щетку (1).

Читать еще:  Op56500972s для каких двигателей

Таким образом, процесс изменения тока в секции полностью закончится и секция (Б) перейдет из левой параллельной ветви в правую параллельную ветвь.

В дальнейшем, когда до щетки (1) дойдет пластина (а), начнется процесс изменения тока в секции(а). Процесс изменения тока (коммутация) в секции якоря двигателя начинается тогда, когда коллекторное деление той пары щеток, между которыми подключена секция, перекрывается набегающим краем щетки. Оканчивается же процесс коммутации в момент выхода рассматриваемого коллекторного деления из-под противоположного сбегающего края щетки.

Существует и второе объяснение появления кругового огня: он возникает между разноименными щетками в тех местах коллектора, где имеются повышенные межсегментные напряжения. Искрение под щетками в этом случае рассматривается как фактор, облегчающий процесс образования кругового огня.

Процесс образования дуги зависит от скорости вращения коллектора двигателя и величины напряжения между соседними коллекторными пластинами. Величина напряжения между пластинами коллектора играет основную роль и зависит от индукции магнитного поля полюсов в том месте, где находятся стороны данной секции обмотки якоря, ее рабочей длины, скорости ее движения и количества витков. Если рассматривать определенный тип тягового двигателя в определенном режиме его работы, то в этом случае длина, количество витков и скорость движения секции являются величинами постоянными, а межсегментные напряжения на коллекторе двигателя изменяются в зависимости от магнитной индукции полюсов. Зависимость эта прямо пропорциональна, т. е. чем больше индукция, тем выше межсегментные напряжения. При небольшом токе в обмотке якоря магнитная индукция распределяется под полюсами сравнительно равномерно (кривая 3, рисунок 4), чем обеспечивается равномерное распределение напряжения между коллекторными пластинами. Однако наличие тока в обмотке якоря создает свое магнитное поле вокруг обмотки якоря, которое искажает магнитное поле главных полюсов. Такое искажение магнитного поля главных полюсов магнитным полем якоря называется реакцией якоря.

При нагрузке двигателя магнитные поля якоря и главных полюсов взаимодействуют таким образом, что под одной половиной каждого из полюсов они складываются, а под другой вычитаются. В результате этого равномерное распределение индукции под полюсами нарушается (кривая 4 на рис. 73,6).

Рисунок 73. Схема появления кругового огня (а) и кривые распределения индукции в воздушном зазоре (б)

Следовательно, чем больше реакция якоря, тем больше нарушается равномерное распределение индукции под полюсами. Это приводит к резкому росту напряжения между пластинами на отдельных участках коллектора. Немалую опасность представляет возникновение отрицательной индукции (площадь Б на рис. 73,6), при развитии которой может произойти быстро развивающийся процесс перемагничивания двигателя реакцией якоря. Таким образом, в случае появления дуги между двумя коллекторными пластинами в результате случайного загрязнения изоляционного расстояния между ними дуга может распространиться по коллектору между двумя щетками различной полярности.

Вышеописанный процесс при определенных условиях (ионизация воздуха, наличие пыли и т. д.) может произойти при напряжении между пластинами, превышающем 35 – 38 В. В условиях эксплуатации мерами предупреждения искрения являются содержание в чистоте поверхности коллектора, конуса, канавок между пластинами коллектора, своевременное удаление с рабочей поверхности подтеков, царапин, заусенцев, смена сколотых и изношенных щеток, содержание в норме щеткодержателей и т.д.

Качество коммутации зависит и от ширины щетки: чем больше щетка одновременно перекрывает пластин коллектора, тем больше коммутируется секций и, следовательно, увеличивается реактивная ЭДС.

Для улучшения процесса коммутации пользуются двумя основными способами. Самым распространенным способом является применение дополнительных полюсов.

Компенсирующую ЭДС в тяговых двигателях создают с помощью системы дополнительных полюсов. Магнитное поле дополнительных полюсов воздействует на поле реакции якоря в зоне коммутации и индуктирует в коммутируемой секции компенсирующую ЭДС. Так как ЭДС ер зависит от тока якоря, то для обеспечения ее компенсации ЭДС должна также зависеть от тока якоря. С этой целью катушки дополнительных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря. Если компенсирующая ЭДС равна реактивной ЭДС, то будут иметь место идеальные условия коммутации при которых обеспечивается безыскровая работа тяговых двигателей.

При больших перегрузках начинает нарушаться компенсация реактивной ЭДС из-за насыщения магнитной цепи дополнительных полюсов. В этом случае реактивная ЭДС возрастает пропорционально току, а рост ЭДС – более замедленным, вследствие чего в коммутируемой секции появится некомпенсированная ЭДС, которая вызовет искрение под щеткой (рисунок 4).

Рисунок 4 – Нескомпенсированная ЭДС, возникающая вследствие насыщения магнитной цепи дополнительных полюсов.

Для увеличения предельной нагрузки насыщения магнитной цепи дополнительных полюсов их выполняют сплошными из литой стали, а поперечное сечение делают таким, чтобы индукция магнитного поля в стали сердечников была сравнительно небольшой, кроме этого, воздушный зазор под дополнительными полюсами делают значительно большим, чем под главными полюсами.

Кроме того, в тяговых двигателях для улучшения магнитной характеристики дополнительных полюсов устанавливают диамагнитную прокладку между станиной и сердечником дополнительного полюса. Дополнительный воздушный зазор за счет прокладки вызывает уменьшение потоков рассеивания дополнительных полюсов и снижает влияние насыщения на магнитный поток дополнительных полюсов, чем способствует лучшей компенсации реактивной ЭДС при перегрузках.

Другим способом улучшения коммутации является правильный выбор применяемых на тяговых двигателях щеток. Уменьшения тока, наводимого реактивной ЭДС, можно добиться применением щеток с повышенным электрическим сопротивлением, а также разрезных щеток, сопротивление которых из-за наличия переходного сопротивления между двумя частями значительно выше, чем у неразрезных.

На тяговых двигателях получили распространение щетки марок ЭГ – 2 и ЭГ – 2А (электрографитовые), обладающие повышенным электрическим сопротивлением.

Определенное значение для коммутации имеет ширина щеток. Чем уже щетка, тем меньше коммутационная зона и величина реактивной ЭДС. Однако чрезмерное уменьшение ширины щетки может нарушить ее механические свойства. Опыт эксплуатации показывает, что наиболее рациональным щеточным перекрытием для тяговых двигателей является величина, равная 2,5 – 4 коллекторным пластинам. На тяговом двигателе РТ – 51Д разрезная щетка перекрывает четыре коллекторные пластины.


Рисунок 5 –

1 – щетка, 2 – коллекторные пластины.

Эксплуатация двигателей. Как отмечалось выше, тяговые двигатели работают в тяжелых эксплуатационных условиях, поэтому необходимо соблюдать основные правила их эксплуатации.

Перед пуском электропоезда в эксплуатацию после изготовления на заводе или длительного отстоя в депо необходимо провести осмотр тягового двигателя.

Перед монтажом тяговых двигателей необходимо их расконсервировать, произвести осмотр и проверку сопротивления изоляции, а при необходимости – сушку.

Так как двигатель питается пульсирующим напряжением, то для его устойчивой работы необходимо выполнять следующие работы: проверять путем осмотра и простукивания детали крепления тяговых двигателей; следить, чтобы на двигателе применялись только разрезные щетки. Щетки со сколами на краях необходимо заменять независимо от степени их износа по высоте. Перед постановкой щетки должны быть предварительно притерты.

Необходимо следить за чистотой кронштейнов щеткодержателей и манжеты коллектора. Грязь и копоть следует удалять, протирая чистой салфеткой, слегка смоченной бензином, а в необходимых случаях покрывать поверхность миканитовых манжет дутостойкой изоляционной эмалью.

Максимальные кратковременные пики напряжения на коллекторе не должны превышать 1275 В.

Сопротивление изоляции тягового двигателя должно быть не менее 2 МОм в нагретом состоянии и 3 МОм в холодном. Если сопротивление изоляции нижеуказанной величины, необходимо отыскать место утечки путем прозвонки мега-омметром отдельно якоря, обмоток главных и дополнительных полюсов. В случае отсыревания изоляции двигатель необходимо просушить.

Сушку изоляции производят или в печи при температуре 100–120 °С, или электрическим током. Величину тока следует выбирать.в пределах 150–170 А и при необходимости регулировать. Якорь и катушки следует сушить раздельно.

Чтобы не перегреть отдельные секции обмотки якоря, при сушке его необходимо периодически поворачивать. Нагрев не следует допускать свыше 120°С. При достижении сопротивления изоляции 3 – 4 МОм сушку следует прекратить.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector