2. Общие сведения о тяговых электрических машинах, применяемых в электрических передачах локомотивов.
В электрических передачах локомотивов применяются тяговые генераторы и тяговые электродвигатели постоянного тока. Как тяговые генераторы, так и тяговые электродвигатели являются обратимыми, т.е. могут работать как в генераторном, так и двигательном режимах. По конструкции и принципу действия тяговые генераторы и тяговые электродвигатели постоянного тока подобны.
Тяговая электрическая машина постоянного тока состоит из неподвижной части, называемой остовом, и вращающейся части, называемой якорем, а также конструктивных элементов – вала, подшипников и подшипниковых щитов. Остов и якорь расположены коаксиально и отделены друг от друга воздушным зазором. На остове расположена обмотка возбуждения, предназначенная для создания основного магнитного потока, а на якоре – якорная обмотка. Обмотку возбуждения тяговой электрической машины постоянного тока выполняют в виде катушек и размещают на полюсах, называемых главными. Для улучшения процесса коммутации в коллекторно-щеточном узле на остове между главными полюсами устанавливаются также добавочные полюсы. Остов выполняет функции магнитопровода. Таким образом, магнитная система электрической машины включает в себя остов, главные и добавочные полюса. С целью ослабления вихревых токов и уменьшения магнитных потерь, сердечники полюсов и якорь выполняют шихтованными, т.е. набирают из изолированных тонких листов электротехнической стали. Якорная обмотка состоит из секций, выполненных из изолированных медных проводников. Концы секций обмотки якоря припаивают к коллекторным пластинам. Секции укладывают в пазы на поверхности якоря. Коллектор, щетки и щеткодержатели образуют коллекторно-щеточный узел. На рис. 2.1. и 2.2. показаны примеры изображения тяговых электродвигателей и тяговых генераторов постоянного тока на электрических схемах.
Рис. 2.1. Тяговый электродвигатель постоянного тока
с последовательным возбуждением
2.2. Синхронные тяговые электрические машины
Синхронные электрические машины в электрических передачах локомотивов используются в основном как генераторы. Синхронный генератор состоит из неподвижной части – статора, в пазах которого размещены многофазные силовые обмотки, и вращающейся части – ротора с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока при помощи двух контактных колец со щетками. При вращении ротора в рабочем воздушном зазоре синхронного генератора возникает вращающееся магнитное поле, которое наводит ЭДС в статорных обмотках. Ток нагрузки создает в статорных обмотках дополнительное вращающееся электромагнитное поле, имеющее то же направление и частоту вращения, что и основное поле возбуждения, т.е. оба поля вращаются синхронно. По этой причине эти электрические машины называют синхронными. Вращающаяся обмотка возбуждения размещена на полюсах, сердечники которых выполнены шихтованными. Статор также набирается из отдельных листов электротехнической стали. На рис. 2.3. показан пример изображения тягового синхронного генератора на электрических схемах.
§27. Основные части электрических машин и их назначение
Основными частями машины постоянного тока являются: остов (станина), полюсы, якорь, щеточный аппарат и некоторые вспомогательные детали, служащие для конструктивного оформления машины.
Электрические машины общего применения (рис. 74) обычно имеют цилиндрическую форму и снабжены приливами для установки на фундамент или фланцами для крепления.
Рис. 74. Устройство машины постоянного тока: 1 — коллектор; 2 — щетки; 3 — сердечник якоря; 4 — главный полюс; 5 — катушка обмотки возбуждения; 6 — остов; 7 — подшипниковый щит; 8 — вентилятор; 9 — обмотка якоря
Тяговые электрические машины имеют те же основные части, но их конструкция приспособлена к особенностям установки этих машин на локомотивах.
Например, тяговые двигатели электровозов (рис. 75), тепловозов и электропоездов устанавливают на тележках экипажной части локомотива, поэтому в их конструкции предусматривают специальные элементы для монтажа двигателя на тележке и передачи его вращающего момента на движущую колесную пару.
Рис. 75. Устройство тягового двигателя постоянного тока: 1 — вал якоря; 2 — остов; 3 — подшипниковый щит; 4 — обмотка главного полюса; .5 — главный полюс; 6 — роликовый подшипник; 7 — сердечник якоря; 8 — обмотка добавочною полюса; 9 — добавочный полюс; 10—щеткодержатель; 11 — коллектор
В тяговых генераторах тепловозов (рис. 76) вал якоря имеет только один подшипник; второй опорой якоря является подшипник дизеля, вал которого жестко соединен с валом якоря генератора фланцем.
Рис. 76. Продольный разрез тягового генератора тепловоза: 1 — остов; 2 — главный полюс; 3 — добавочный полюс; 4 — барабан; 5 — сердечник якоря; 6 — обмоткодержатель; 7—сварной кожух; 8— фланец; 9 — вал; 10 — подшипник; 11 — коллекторная пластина; 12— обмотка якоря; 13— подшипниковый щит; 14— щеткодержатель
В современных электрических машинах остов отливают из стали. Он составляет часть магнитной системы машины и служит для укрепления полюсов с катушками и выводных зажимов, а также для поддержания боковых щитов, несущих подшипники якоря.
Остовы тяговых генераторов тепловозов имеют цилиндрическую форму и снабжены двумя приливами для установки генератора на общую с дизелем раму. Остовы тяговых двигателей (рис. 77) обычно выполняют восьмигранными или цилиндрическими.
Рис. 77. Остовы тяговых двигателей с установленными полюсами при опорно-осевом подвешивании (а) и при рамном подвешивании (б): 1—остов; 2 — главный полюс; 3 — добавочный полюс; 4 — люк для осмотра коллектора; 5 — приливы для моторно-осевых подшипников; 6,8 — кронштейны для подвешивания двигателя на раме тележки; 7 — прилив для крепления коробки с выводными зажимами; 9 — выступы для установки двигателя
В них имеются приспособления для монтажа двигателя на тележке, люки для осмотра коллектора и щеток, отверстия для подвода и выхода наружу охлаждающего воздуха и пр. Внутри остова предусмотрены обработанные приливы для установки полюсов, обеспечивающие строго симметричное расположение их на машине. В торцовых стенках остова имеются горловины для установки и крепления подшипниковых щитов.
Полюсы.
В современных стационарных и тяговых машинах постоянного тока устанавливают главные и добавочные полюсы.
Главные полюсы (рис. 78, а), на которых расположены катушки обмотки возбуждения, служат для создания в машине магнитного потока возбуждения. Часть сердечника главного полюса со стороны, обращенной к якорю, выполнена более широкой и называется полюсным наконечником. Эта часть служит для поддержания катушки, а также для лучшего распределения магнитного потока по поверхности якоря.
Сердечники главных полюсов для уменьшения вихревых теков изготовляют шихтованными — из отдельных стальных листов толщиной 0,5—1,5 мм. По краям полюсов устанавливают более толстые торцовые боковины, которые посредством заклепок удерживают полюсные листы в спрессованном состоянии.
Возникновение вихревых токов в сердечниках главных полюсов объясняется изменением (пульсацией) магнитного поля в полюсных наконечниках, прилегающих к якорю при его вращении. Вследствие
Рис. 78. Главный (а) и добавочный (б) полюсы: 1 – сердечник главного полюса; 2 – катушка главного полюса; 3 – корпусная изоляция катушки; 4 – установочные болты; 5 – опорный угольник; 6 – сердечник добавочного полюса; 7 – катушка добавочного полюса
зубчатости якоря магнитное поле в местах, расположенных против зубов, усиливается (индукция возрастает), а в местах, расположенных против пазов, ослабляется (индукция уменьшается).
При вращении якоря против каждой точки поверхности полюсного наконечника оказывается попеременно то зубец, то паз, вследствие чего индукция магнитного поля в отдельных точках наконечника непрерывно изменяется. Это и вызывает появление вихревых токов в стали наконечника.
Электрические машины могут иметь два, четыре, шесть и в общем случае 2р главных полюсов. Главные полюсы укрепляют на остове болтами. В машинах небольшой и средней мощности резьбу под болты нарезают непосредственно в сердечнике полюса (рис. 79, а).
Рис. 79. Сердечники главных полюсов: 1 — заклепки; 2 — установочный болт; 3 — сердечник полюса; 4 отверстие под установочные болты; 5— полюсный наконечник; 6— установочный стержень; 7 – боковина
В более мощных машинах (тяговых двигателях и тяговых генераторах) болты ввертывают в специальные установочные стержни (один или два на полюс), закладываемые в сердечник при его сборке (рис. 79, б).
Остов, полюсы и якорь составляют магнитную систему машины, через которую замыкается магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения. Воздушный зазор между якорем и полюсами является также одним из участков магнитной цепи.
Расположение главных полюсов и распределение магнитного потока в четырехполюсной машине поясняются рис. 80, а и б.
Рис. 80. Магнитная система машины постоянного тока: 1 — полюсы; 2 — остов; 3 — якорь; 4 — обмотка возбуждения; 5 — воздушный зазор
Соседние (разноименные) полюсы в четырехполюсной машине расположены под углом 90°, а двухполюсной — под углом 180°. Линия, делящая эти углы пополам, называется геометрической нейтралью.
Магнитный поток Ф, проходящий через полюсы и поступающий в якорь и остов, разделяется по оси симметрии полюсов на две симметричные и равные части. У всех современных машин с симметричными магнитными системами число полюсов 2р всегда четное, все полюсы совершенно одинаковы и углы между осями соседних полюсов равны.
Добавочные полюсы (см. рис. 78, б) обеспечивают уменьшение искрения, возникающего при работе машины (см. § 30). По своим размерам они меньше главных. Число добавочных полюсов обычно равно числу главных.
В машинах постоянного тока сердечники добавочных полюсов изготовляют из стали. Они имеют монолитную конструкцию, так как значение индукции под добавочными полюсами выбирается обычно небольшим и при вращении якоря индуцирования вихревых токов в их наконечниках практически не происходит.
Однако в тяговых двигателях электровозов переменного тока, работающих при пульсирующем напряжении, сердечники добавочных полюсов выполняют шихтованными — из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Этим обеспечивается существенное уменьшение вихревых токов, возникающих при прохождении по обмотке добавочных полюсов пульсирующего тока.
Катушки полюсов изготовляют из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения или из шинной меди.
Площадь поперечного сечения проводников и число витков катушек зависят от типа, мощности и напряжения машины. Отдельные витки катушек изолируют друг от друга (межвитковая изоляция), кроме того, на катушку еще накладывают общую корпусную изоляцию 3 (см. рис. 78). Катушки всех главных полюсов обычно соединяются последовательно и составляют обмотку возбуждения машины. Катушки добавочных полюсов также соединяют последовательно.
В современных тяговых электрических машинах постоянного и пульсирующего тока часто применяют компенсационную обмотку, улучшающую условия работы коллектора и щеток (см. § 29).
Ее располагают в пазах, проштампованных в полюсных наконечниках, и выполняют в виде отдельных катушек из прямоугольной меди (рис. 81). Катушки крепят в пазах текстолитовыми клиньями.
Рис. 81. Главный полюс в машинах с компенсационной обмоткой (а) и общий вид этой обмотки (б): 1 – паз для катушки компенсационной обмотки; 2 – полюсный наконечник; 3 — корпусная изоляция катушки возбуждения; 4 – проводники катушки возбуждения; 5 – немагнитная прокладка; 6 — остов; 7, 8 — катушка и вывод компенсационной обмотки
Машина постоянного тока имеет якорь, состоящий из сердечника, обмотки, коллектора и вала.
Сердечник якоря (рис. 82) собран из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов, возникающих при пересечении якорем магнитного поля, листы изолируют один от другого.
Листы собирают в общий пакет, который насаживают на вал якоря. Пакет удерживается в сжатом состоянии нажимными шайбами. В теле якоря делают вентиляционные каналы для прохода охлаждающего воздуха.
В машинах постоянного тока большой мощности с якорями большого диаметра листы, из которых собирают сердечник якоря, имеют форму сегментов 8.
Рис. 82. Сердечник якоря машины постоянного тока без обмотки (а); сборка якоря (б); стальные листы якоря (в): 1 – вал якоря; 2 – место для установки коллектора; 3, 5 – нажимные шайбы (обмотко-держатели); 4 – сердечник якоря; 6 – лаковая пленка; 7 – стальной лист; 8 – сегмент сердечника.
Сегменты собирают на шпильках, образуя полную окружность якоря, и сжимают нажимными шайбами; при сборке пакета якоря стыки между сегментами одного слоя располагаются против середины сегментов предыдущего слоя, благодаря чему уменьшается магнитное сопротивление сердечника якоря.
Якорные листы имеют зубчатую форму, поэтому при сборке их в пакеты образуются пазы (впадины), в которые укладывают обмотку якоря. Пазы бывают открытые и полузакрытые. Тяговые электрические машины имеют открытые пазы.
Для улучшения коммутации и снижения магнитного шума в некоторых машинах применяют якоря со скошенными пазами, т. е. пазы по длине сердечника смещаются на одно зубцовое деление.
В тяговых двигателях сердечник якоря, нажимные шайбы и коллектор обычно насаживают не на вал, а на промежуточную втулку, которую затем запрессовывают под давлением на вал. Применение промежуточной втулки дает возможность сменить неисправный вал без полной разборки якоря.
Обмотку якоря (рис. 83) выполняют из медной изолированной проволоки, в машинах большой мощности — из медных стержней. Обычно обмотка якоря состоит из отдельных якорных катушек, которые обматывают изоляционными лентами из миканита, асбеста, стеклоткани или хлопчатобумажной ткани и укладывают в пазы якоря.
В каждом пазу укладывают обычно две стороны различных якорных катушек, одна поверх другой. Каждая якорная катушка включает в себя несколько секций, концы которых припаивают к соответствующим коллекторным пластинам.
Рис. 83. Устройство обмотки якоря: а, б- укладка якорных катушек; в – изоляция; 1 – якорные катушки; 2 – коллектор 3 — сердечник якоря; 4,5- верхняя и нижняя стороны катушки; 6,7,9 – покровная корпусная и витковая изоляция; 8 – медные проводники
Различают следующие виды изоляции катушек: витковая — изоляция каждого из проводников; корпусная — изоляция всей катушки относительно сердечника якоря и покровная — наружная изоляция, защищающая корпусную изоляцию от механических повреждений. После наложения обмотки якорь пропитывают изоляционными лаками (асфальтовым, бакелитовым и др.), благодаря чему повышается качество изоляции машины.
В тяговых электрических машинах для изоляции обмотки якоря применяют монолитную изоляцию из материалов высокой нагревостойкости (стекло-слюдинистовое полотно), залитых эпоксидным компаундом горячего отвердения. Такая изоляция повышает надежность и долговечность электрических машин.
При вращении якоря обмотка может выпасть из пазов под действием возникающих центробежных сил. Чтобы предупредить выпадание обмотки, ее закрепляют изоляционными клиньями, а также проволочными бандажами или бандажами из стеклоленты (стекло-бандажами) (рис. 84).
Рис. 84. Крепление обмотки якоря изоляционными клиньями (а) и проволочными бандажами (б); 1 – текстолитовый клин; 2 – сердечник якоря; 3 – якорная катушка; 4 – проволочный бандаж; 5 – бандажная проволока
Якорные катушки изготовляют на специальных приспособлениях, позволяющих придавать им правильную и одинаковую форму (рис. 85).
alt=»Рис. 85. Общий вид якорных катушек: а, б — при многовитковых и одновитковых секциях; в — при обмотке с разрезными секциями » width=»300″ height=»84″ />Рис. 85. Общий вид якорных катушек: а, б – при многовитковых и одновитковых секциях; в – при обмотке с разрезными секциями
Коллектор (рис. 86, а) выполнен из отдельных пластин 2 толщиной до 5—8 мм, изготовленных из твердотянутой меди или кадмиевой
Рис. 86. Общий вид коллектора машины постоянного тока (а); расположение коллекторных пластин и изоляционных прокладок (б) и коллектор в пластмассовом корпусе (в).
бронзы клинообразного сечения. Пластины изолируют одну от другой миканитовыми прокладками 4. К выступающей части коллекторной пластины припаивают провода от обмотки якоря. Для этого в ней имеется соответствующая прорезь.
Узкие края пластины имеют форму ласточкина хвоста, после сборки коллектора эти края зажимаются между двумя нажимными шайбами. Пластины изолируют от нажимных шайб 3 и вала якоря миканитовыми манжетами 1 и цилиндрами. Когда коллектор окончательно собран, его поверхность обтачивают на токарном станке и тщательно шлифуют.
Чтобы миканитовые прокладки при износе коллектора не выступали над пластинами и не вызывали вибрации щеток, их профрезеровывают на 0,8—1,5 мм ниже поверхности коллектора (рис. 86,б). Эту операцию называют продороживанием коллектора.
В машинах с большим диаметром якоря (в тяговых генераторах тепловозов) для соединения проводников обмотки якоря с пластинами коллектора предусматривают промежуточные звенья — гибкие медные пластины, называемые петушками. Петушки нижними концами прикрепляют к коллекторным пластинам, а в верхние их части впаивают проводники обмотки якоря.
Вращаясь, коллектор соприкасается со щетками и постепенно изнашивается. Кроме того, при работе коллектор нагревается, и возникающие при этом механические напряжения могут вызвать его деформацию, следствием которой будет вибрация щеток, плохой их контакт с коллектором и значительное искрение. Поэтому в эксплуатации периодически выполняют обточку коллекторов.
В машинах малой и средней мощности, например в тяговых двигателях электропоездов и во вспомогательных машинах, широко применяют коллекторы с пластмассовым корпусом (рис. 86, в).
В этих коллекторах медные пластины 2 и миканитовые прокладки опрессованы пластмассой 5, обладающей большой механической и электрической прочностью. Для посадки коллектора на вал служит стальная втулка б, которую вставляют в пресс-форму перед запрессовкой пластин в пластмассу.
Щеточный аппарат.
Щетки предназначены для соединения коллектора с внешней цепью. Они представляют собой прямоугольные призмы шириной 4—32 мм (рис. 87, а).
alt=»Рис. 87. Неразрезные (а) и разрезные (б) щетки электрических машин: 1 — кабельный наконечник; 2 щеточный канатик; 3 — щетка; 4 — резиновый гаситель; 5 — нажимной палец; 6 — разрезная щетка; 7— обойма » width=»300″ height=»75″ />Рис. 87. Неразрезные (а) и разрезные (б) щетки электрических машин: 1 – кабельный наконечник; 2 щеточный канатик; 3 — щетка; 4 — резиновый гаситель; 5 — нажимной палец; 6 — разрезная щетка; 7— обойма
Рабочую поверхность щеток пришлифовывают к коллектору, чтобы обеспечить надежный контакт. Каждая щетка имеет определенную марку. Щетки различных марок различаются составом, способом изготовления и физическими свойствами.
Щетки, применяемые для электрических машин, подразделяются на четыре основные группы: угольно-графитные, графитные, электро-графитированные и металлографитные. Для каждой машины, работающей в определенных условиях, нужно применять щетки только соответствующих марок.
Эти марки подбираются заводом — изготовителем машин; при замене изношенных щеток нужно брать щетки той же марки. В тяговых электрических машинах применяют исключительно электрографитированные щетки, которые обладают хорошими коммутирующими свойствами, значительной механической прочностью и способностью выдерживать большие перегрузки.
Щетки устанавливают в специальные обоймы, называемые щеткодержателями (рис. 88, а).
Рис. 88. Щеткодержатели вспомогательных машин (а) и тяговых двигателей (б): 1 — изолятор; 2 — пружина; натяжное устройство; 4 — обойма; 5 — щетка; 6 — щеточный палец; 7 — нажимной малец; 8 — щеточный канатик; 9 – кронштейн
Для отвода тока от щетки к ней прикрепляют медный гибкий проводник (щеточный канатик), который присоединяют к щеткодержателю. Одним из основных условий хорошей работы щеток является плотный, надежный контакт между щеткой и коллектором.
Он достигается при помощи нажимного устройства, смонтированного на щеткодержателе. Нажим на щетку осуществляется пружиной (спиральной, цилиндрической или пластинчатой), упирающейся одним концом в щетку, а другим — в щеткодержатель.
В тяговых двигателях нажимная пружина воздействует на специальный палец, прижимаемый к верхней торцовой поверхности щетки (рис. 88,б).
Нажатие на щетку должно быть отрегулировано в строго определенных пределах, так как чрезмерный нажим вызывает быстрый износ щетки и нагрев коллектора, а недостаточный нажим не дает надежного контакта между щеткой и коллектором, вследствие чего возникает искрение под щеткой.
Нажатие принимают из расчета 1,5—3,5 Н на 1 см 2 опорной поверхности щетки. Для улучшения щеточного контакта и предотвращения искрения щеток в некоторых случаях применяют разрезные щетки (рис. 87,б). Такая щетка состоит из двух частей, установленных в общую обойму
Равномерное нажатие на отдельные части щетки обеспечивается резиновым гасителем 4.
Щеткодержатели укрепляют на кронштейнах и щеточных пальцах непосредственно к остову машины (в четырехполюсных тяговых двигателях) или к боковым подшипниковым щитам и изолируют от них специальными изоляторами 1 (см. рис. 88).
В некоторых тяговых и стационарных машинах щеткодержатели устанавливают на поворотных траверсах (рис. 89, а и б), прикрепляемых к боковым щитам.
Рис. 89. Установка щеткодержателей на поворотной щеточной траверсе: 1 – траверса; 2 – стопорный болт; 3 – щеткодержатели; 4 – палец щеткодержателя; 5 – зубчатый венец
Поворотом траверсы обеспечивается возможность некоторого перемещения щеток по окружности коллектора. Благодаря этому можно подобрать наивыгоднейшее положение щеток, при котором искрение под щетками при данном режиме работы будет минимальным. Применение поворотной траверсы облегчает также осмотр щеткодержателей и замену в них щеток.
Кроме описанных выше частей, в электрических машинах имеется ряд конструктивных деталей: подшипники, подшипниковые щиты (крышки), смазочные и маслозащитные устройства и т. п.
Подшипники.
В тяговых двигателях, тепловозных генераторах и вспомогательных машинах обычно устанавливают шариковые и роликовые подшипники (рис. 90), очень надежные и требующие небольшого ухода.
Рис. 90. Установка роликовых подшипников в тяговых двигателях: 1 — подшипник; 2 — подшипниковый щит; 3 — лабиринтовое уплотнение; 4 — смазка
Подшипники помещают в специальных подшипниковых щитах, которые прикрепляют к обеим сторонам остова.
Для смазки подшипников применяют в большинстве случаев густую консистентную смазку. Эта смазка не требует большого объема смазочных камер, и запас ее, закладываемый в подшипник, при периодических ревизиях двигателя оказывается вполне достаточным для работы машины без замены смазки до следующей ревизии.
Для предотвращения выхода смазки из смазочных камер в тяговых машинах применяют гидравлические (лабиринтовые) уплотнения.
Действие этих уплотнений основано на вязкости смазки, попавшей в небольшой зазор между вращающейся и неподвижной деталями, а также на создании самой смазкой гидравлических перегородок вследствие отбрасывания ее к стенкам лабиринта под действием центробежной силы, возникающей при вращении якоря.
Устройство для охлаждения электрических машин.
В большинстве электрических машин для охлаждения нагретых частей (сердечника и обмотки якоря, коллектора и полюсов) на валу якоря устанавливают вентилятор. Такой способ охлаждения электрических машин называется самовентиляцией, а машины этого типа — машинами с самовентиляцией.
Тяговые двигатели электропоездов и вспомогательные машины, установленные на электровозах и тепловозах, являются машинами с самовентиляцией. В этих машинах засасываемый воздух поступает внутрь машины обычно со стороны коллектора и распределяется на два параллельных потока (рис. 91, а).
Рис. 91. Схемы прохождения охлаждающего воздуха в машинах с самовентиляцией (а) и независимой вентиляцией (б): 1 — вход воздуха; 2 — выход воздуха; 3 — вентилятор; 4 — сердечник якоря; 5 — полюсы; 6 — коллектор; 7 — внешний вентилятор; 8 — воздухопровод; 9 — тяговый двигатель
Один из таких потоков омывает поверхность коллектора, катушки полюсов и пространство между полюсами и якорем. Другой поток проходит под коллектором и по вентиляционным каналам внутри сердечника якоря.
Нагретый воздух выбрасывается через отверстия, имеющиеся в остове и подшипниковом щите со стороны, противоположной коллектору, или же через специальный патрубок, прикрепленный к остову машины.
В тяговых двигателях электровозов и тепловозов для улучшения охлаждения воздух в машину нагнетают извне вентилятором (рис. 91, б), приводимым во вращение отдельным электродвигателем (мотор-вентилятором). Такие машины называются машинами с независимой вентиляцией.
При такой вентиляции воздух распределяется внутрь машины двумя параллельными потоками, как и при самовентиляции.
Охлаждение оказывает большое влияние на работу электрических машин. Мощность, которую можно получить от электрической машины, ограничена предельной температурой, которую может выдержать изоляция ее обмоток.
Поэтому при интенсивном охлаждении значительно снижается нагрев обмотки, что позволяет повысить мощность, которую может отдать машина.
Основные части электрических машин и их назначение
Конструктивное выполнение машины. Основными частями машины постоянного тока являются: остов (станина), полюсы, якорь, щеточный аппарат и некоторые вспомогательные детали, служащие для конструктивного оформления машины.
Рисунок 15- Устройство машин постоянного тока
1-Коллектор, 2- щетки; 3- сердечник якоря; 4 – главный полюс; 5- катушка обмотки возбуждения;6-остов; 7-подшипниковый щит;8- вентилятор;9- обмотка якоря
Остов.В современных электрических машинах остов отливают из стали. Он составляет часть магнитной системы машины и служит для укрепления полюсов с катушками и выводных зажимов, а также для поддержания боковых щитов, несущих подшипники якоря.
В остове имеются приспособления для монтажа машин на тележке, люки для осмотра коллектора и щеток, отверстия для подвода и выхода наружу охлаждающего воздуха и пр. Внутри остова предусмотрены обработанные приливы для установки полюсов, обеспечивающие строго симметричное расположение их на машине. В торцовых стенках остова имеются горловины для установки и крепления подшипниковых щитов.
Полюсы. В современных стационарных и тяговых машинах постоянного тока устанавливают главные и добавочные полюсы.
Главные полюсы, на которых расположены катушки обмотки возбуждения, служат для создания в машине магнитного потока возбуждения.
Сердечники главных полюсов для уменьшения вихревых токов изготовляют шихтованными — из отдельных стальных листов толщиной 0,5—1,5 мм. По краям полюсов устанавливают более толстые торцовые боковины, которые посредством заклепок удерживают полюсные листы в спрессованном состоянии.
Электрические машины могут иметь два, четыре, шесть и в общем случае 2р главных полюсов. Главные полюсы укрепляют на остове болтами.
Остов, полюсы и якорь составляют магнитную систему машины, через которую замыкается магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения. Воздушный зазор между якорем и полюсами является также одним из участков магнитной цепи.
Добавочные полюсы обеспечивают уменьшение искрения, возникающего при работе машины. По своим размерам они меньше главных. Число добавочных полюсов обычно равно числу главных. В машинах постоянного тока сердечники добавочных полюсов изготовляют из стали. Они имеют монолитную конструкцию, так как значение индукции под добавочными полюсами выбирается обычно небольшим и при вращении якоря индуцирования вихревых токов в их наконечниках практически не происходит. Однако в тяговых двигателях электровозов переменного тока, работающих при пульсирующем напряжении, сердечники добавочных полюсов выполняют шихтованными — из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Этим обеспечивается существенное уменьшение вихревых токов, возникающих при прхождении по обмотке добавочных полюсов пульсирующего тока.
Катушки полюсов изготовляют из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения или из шинной меди.
Якорь. Машина постоянного тока имеет якорь, состоящий из сердечника, обмотки, коллектора и вала. Сердечник якоря собран из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов, возникающих при пересечении якорем магнитного поля, листы изолируют один от другого. В теле якоря делают вентиляционные каналы для прохода охлаждающего воздуха
Якорные листы имеют зубчатую форму, поэтому при сборке их в пакеты образуются пазы (впадины), в которые укладывают обмотку якоря. Пазы бывают открытые и полузакрытые. Тяговые электрические машины имеют открытые пазы. Для улучшения коммутации и снижения магнитного шума в некоторых машинах применяют якоря со скошенными пазами, т. е. пазы по длине сердечника смещаются на одно зубцовое деление.
Обмотку якоря выполняют из медной изолированной проволоки, в машинах большой мощности — из медных стержней. Обычно обмотка якоря состоит из отдельных якорных катушек, которые обматывают изоляционными лентами из миканита, асбеста, стеклоткани или хлопчатобумажной ткани и укладывают в пазы якоря. В каждом пазу укладывают обычно две стороны различных якорных катушек, одна поверх другой. Каждая якорная катушка включает в себя несколько секций, концы которых припаивают к соответствующим коллекторным пластинам.
Различают следующие виды изоляции катушек: витковая — изоляция каждого из проводников; корпусная — изоляция всей катушки относительно сердечника якоря и покровная — наружная изоляция, защищающая корпусную изоляцию от механических повреждений. В тяговых электрических машинах для изоляции обмотки якоря применяют монолитную изоляцию из материалов высокой нагревостойкости (стеклослюдинистовое полотно), залитых эпоксидным компаундом горячего отвердения.
В пазах обмотку закрепляют изоляционными клиньями, а также проволочными бандажами или бандажами из стеклоленты (стекло-бандажами).
Коллектор выполнен из отдельных пластин толщиной до 5—8 мм, изготовленных из твердотянутой меди или кадмиевойи бронзы клинообразного сечения. Пластины изолируют одну от другой миканитовыми прокладками. К выступающей части коллекторной пластины припаивают провода от обмотки якоря. Для этого в ней имеется соответствующая прорезь. Узкие края пластины имеют форму ласточкина хвоста, после сборки коллектора эти края зажимаются между двумя нажимными шайбами. Чтобы миканитовые прокладки при износе коллектора не выступали над пластинами и не вызывали вибрации щеток, их профрезеровывают на 0,8—1,5 мм ниже поверхности коллектора (рис. 86, б). Эту операцию называют продороживанием коллектора.
В машинах с большим диаметром якоря для соединения проводников обмотки якоря с пластинами коллектора предусматривают промежуточные звенья — гибкие медные пластины, называемые петушками. Петушки нижними концами прикрепляют к коллекторным пластинам, а в верхние их части впаивают проводники обмотки якоря.
Щеточный аппарат. Щетки предназначены для соединения коллектора с внешней цепью. Они представляют собой прямоугольные призмы шириной 4—32 мм. Рабочую поверхность щеток пришлифовывают к коллектору, чтобы обеспечить надежный контакт. Каждая щетка имеет определенную марку. Щетки, применяемые для электрических машин, подразделяются на четыре основные группы: угольно-графитные, графитные, электро-графитированные и металлографитные.
Щетки устанавливают в специальные обоймы, называемые щеткодержателями.
Кроме описанных выше частей, в электрических машинах имеется ряд конструктивных деталей: подшипники, подшипниковые щиты (крышки), смазочные и маслозащитные устройства и т. п.
Подшипники. В тяговых двигателях, тепловозных генераторах и вспомогательных машинах обычно устанавливают шариковые и роликовые подшипники, очень надежные и требующие небольшого ухода. Подшипники помещают в специальных подшипниковых щитах, которые прикрепляют к обеим сторонам остова.
Блог-помощника машиниста
Основные части электрических машин постоянного тока
Основными частями являются; 1-остов (стартер), 2-главные и дополнительные полюса, 3-якорь, 4- щетки и щетки держатель, 5-подшибниковые щиты, 6- вспомогательные детали, служащие для конструктивного оформления машины.
- Остов — является основным конструктивным элементом электрической машины предназначенного для крепления полюсов выводов обмоток, а так же служит частью магнитной системы. Кроме того к остову крепится подшипниковые щиты. Остов обычно бывает цилиндрической формы или многогранника это нужно для того чтобы лучше использовать внутренние пространство машины. С наружи остов имеет проливы кронштейны или лапы для установки машины на ось колесной пары рамы тележки или фундамента. Остов обычно бывает стальной или литой с добавлением креплений.
- Полюса — на машинах постоянного тока устанавливаются главные и дополнительные полюса. Главные полюса — предназначены для создания основного магнитного потока машины и предоставляют собой электромагниты, которые состоят из стального сердечника и катушки намотанной из изолированного медного провода. Машины могут быть двух, четырех, шести полюсные и т.д. По числу полюсов считается число рабочих обмоток якоря Сверло по металлу mos ступенчатое ступенчатое сверло 32 мм по металлу. . Сердечник главных полюсов изготавливается из листов электротехнической стали толщиной 0,5-1,5 мм это сделано для уменьшения вихревых токов вызывающих нагрев машин и потери мощности. Части сердечника обращенный к якорю выполняется более широкой и называется полюсными наконечником. Эта часть служит для поддержания катушки, а так же для лучшего распределения магнитного потока по поверхности якоря. Катушка — обычно выполнена из изолированной шиной меди. Дополнительные полюса — предназначены для установления вредных последовательных реакций якоря и улучшения коммутации. Устройство дополнительных полюсов аналогично главными полюсами, но меньшим по размеру.
- Якорь — предназначен для преобразование электрической энергии в механическую и на оборот. Якорь предоставляет собой цилиндрический сердечник, он собран из листов электрической стали толщиной 0,5 мм. Листы, собираются в общий пакет, которые насаживаются на вал якоря по направляющей шпонки. Пакет сердечника удерживается в сжатым состояние нажимными шайбами, которые в свою очередь насаживаются на вал якоря с определенным натягом. В теле якоря высверливается вентиляционное отверстие для прохода воздуха. Якорный сердечник имеет зубчатую форму, которая образует пазы, куда укладывается якорная обмотка. Пазы бывают открытыми или полуоткрытыми. При вращения якоря его обмотки испытывают большие центробежные силы и для их крепления прижимают текстолитовые клинья и бандаж; проволочный или стекло бандажный. Обмотки якоря наматывают из изолированного провода прямоугольного сечения.
Коллектор — выполнен из отдельных пластин толщиной до 8 мм. Изготовлен из твердотянутой меди с присадкой из серебра. Форма коллекторных пластин предусматривает токосъем соеденения с якорной обмотки и ее крепления. Коллекторные пластины медные собой изолируется миннотитовыми прокладками, а полностью собранный коллектор от сердечника и вала с помощью микопитовых пластин и цилиндров. Для того чтобы микопитовые прокладки по мере промораживают на глубину 0,8-1,5мм. Коллектор, собранный из миловидных пластин относится к арочному типу. ( После окончательной сборки коллектора его рабочую поверхность обтачивают на токарным станке и тщательно шлифуют).
- Щетки и щетки держатели — предназначены дл присоединения коллектора к внешним цепи и представляют, собой прямоугольную призму шириной 4-35 мм различаются м/д. собой составом способом изготовления и физическими свойствами.
Щетки подразделяются на четыре основные группы:
| Марка щеток | Переходныепадениянапряжения | Номинальнаяплотность токаА см? | Область применения |
| Т? УГ — угольно графитные | 2 | 6-7 | Применяются в коллекторных машинах постоянного тока с напряжением 110-120 В. |
| Г — графитные | До 2 | 11-12 | Применяются только в машинах постоянного тока 110. В |
| ЭГ — электро графицированные | 2,2-2,7 | 10-12 | Обладают повышенным электрическим сопротивлением мех. Прочностью и выдерживают большие нагрузки. Применяются на электроподвижном составе. |
| МГ – медно графитные | 0,2-1.5 | 15-20 | Применяются в синхронных электродвигателях и генераторах |
Одним из основных условий надежный работы щеток коллекторного узла является контакт между щетками и коллектором, который в свою очередь зависит, от величины нажатия на щетку в зависимости от типа машин бывают 0,15-0,4 кг/см?. Щетки устанавливаются в специальную обойму называемую щетку держателем. Щеток держатели укрепляются на кронштейнах непосредственно к остову кронштейна или к подшипниковым щитам или поворотной траверсе и изолируются от них специальными изолирующими пальцами.
- Подшипниковые щиты — в тяговых машинах якоря обычно устанавливают в роликовые подшипники, которые в свою очередь устанавливается в подшипниковые щиты, которые устанавливаются, с двух сторон остова фиксируют зазор между сердечниками главных полюсов и якоря. Внутренняя поверхность остова выполняет с плавными переходами для того чтобы обеспечивать отрубные движения охлаждающего воздуха. Для смазки подшипников обычно применяют консистентную смазку ЖРО (железнодорожные роликовые особые), для предотвращения вытекания смазки применяют лабиринтовые масленые уплотнения. Действия этих уплотнений основано на силах поверхностного натяжной жидкости, попавший в небольшой зазор, а так же создание самой смазкой гидравлических перегородках вследствие отбрасывания ее к степени лабиринта под действия центробежных сил. Чтобы исключить на сносные действия якоря при вращения и выполнить давления во внутренней полости подшипника применяют дренажные отверстия.
- Вспомогательные машины — мощность, которую можно получить от электрических машин ограничивается предельной температурой, которой можно выдержать изоляция ее обмоток. По способу охлаждения электрической машины подразделяется; 1. самовентиляция, 2.независимой вентиляции.
Процесс нагревания и охлаждения электрических машин строят по опытным данным для каждого типа машин. Превышение температуры, при которой наступает, тепловые равновесии называется длительным или установившимся при выполнение температуры.
При данной температуре машина может работать при данной нагрузке сколько угодно (долгое время без дальнейшего повышение температуры). Длительная или номинальность – это такая мощность, неограниченно долго не перегреваясь на одной своей часть или детали свыше предельной допустимой температуры.
Примечание. Часовой мощностью — называется мощность, при которой машина может работать, в течение одного часа при этом температура возрастает до предельного допустимой температуры.
Классы изоляции . Способность электроизоляционных материалов выдергивать воздействие повышенной температуры, а так же резкие смены температуры называется «нагрево стойкостью».
Все электроизоляционные материалы в зависимости от нагрева стойкости подразделяется на семь классов;