Электрические машины тепловозов
Главный генератор
Для снижения, при переходных процессах, колебаний ротора в его полюсных наконечниках заложена демпферная обмотка.
В отличие от генератора ГС-504А, работающего с дизелем 4000 л. с., генератор ГС-501 А работает с дизелями мощностью 2600-3035 л. с.
Генератор переменного тока позволяет использовать в приводах различного оборудования тепловоза легкие, бесколлекторные и простые по устройству электродвигатели переменного тока.
Главный генератор ГП-312 представляет собой десятиполюсную некомпенсированную машину постоянного тока с независимым возбуждением и принудительной вентиляцией.
Во время запуска дизеля главный генератор выполняет роль стартера, при этом его пусковая обмотка питается от аккумуляторной батареи.
Для создания гиперболической характеристики, а также ограничения тока и напряжения в системе возбуждения главного генератора использованы современные регулирующие аппараты, в том числе амплистат, трансформаторы постоянного тока и напряжения, селективный узел, генератор. Система регулирования дизель-генератора обеспечивает полное использование свободной мощности дизеля при скоростях от 20 до 85 км/ч независимо от температуры обмоток и мощности включенных вспомогательных агрегатов.
Генератор ГП-312 имеет тропическое исполнение.
Для создания гиперболической характеристики, а также ограничения тока и напряжения система возбуждения главного генератора снабжена амплистатом, трансформаторами постоянного тока и напряжения, селективным узлом и т. д. Обмотка возбуждения главного генератора питается от возбудителя постоянного тока, однако предусмотрена возможность питания обмотки возбуждения от вспомогательного генератора через аварийную систему.
Охлаждение генератора ГП-319АТ- принудительное, от центробежного вентилятора.
Главные генераторы ГП-300Б, ГП-ЗООТ. По конструктивному исполнению генераторы ГП-300Б и ГП-ЗООТ аналогичны; для генератора ГП-ЗООТ применяются специальные антисептические материалы, лаки и покрытия, обеспечивающие его надежную работу в условиях тропического климата.
Каждый из этих генераторов восьмиполюсной, с обмоткой независимого возбуждения и пусковой обмоткой на главных полюсах.
Обмотка возбуждения питается от специального возбудителя постоянного тока (в объем поставки с дизель-генератором не входит).
Генератор имеет один подшипниковый щит со сферическим двухрядным роликовым
Коллектор, дополнительные полюса, катушки и сердечники главных полюсов взаимозаменяемы.
ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Конструкция электродвигателей ЭД-120 позволяет устанавливать их на тележке односторонне, что значительно увеличивает коэффициент использования сцепного веса.
Плавное регулирование частоты вращения якоря тягового электродвигателя обеспечивается изменением частоты вращения коленчатого вала дизеля, шунтированием сопротивлений возбудителя, изменением магнитного поля электродвигателей с помощью реле перехода.
Вращение от якоря тяговых электродвигателей на оси колесных пар передается через одноступенчатые осевые редукторы с цилиндрическими прямозубыми колесами.
Тяговый электродвигатель ЭД-118А
Тяговый электродвигатель ЭД-114Т
ДВУХМАШИН ВОЗБУДИТЕЛИ, ОТОПИТЕЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ, ПОДВОЗБУДИТЕЛИ, И ВСПОМОГА-ГЕНЕРАТОРЫ
Двухмашинные агрегаты А-710, А-706А, А-706Б, А-706БТ, МВТ25/9 + МВГ25II1,
Возбудители ВС-650В, ВС-650ВТ представляют собой однофазные синхронные генераторы переменного тока, повышенной частоты, с постоянным возбуждением.
Обмотка возбуждения главного генератора питается от возбудителя через управляемый выпрямитель.
Применение возбудителя переменного тока с управляемым выпрямителем повышает коэффициент усиления и быстродействие схемы возбуждения главного генератора, что обеспечивает большую точность и гибкость регулирования.
Возбудитель В-600АТ представляет собой машину постоянного тока, которая в схеме возбуждения главного генератора работает вместе с регулирующими аппаратами.
1 Двухмашинный агрегат А710
2 Двухмашинный агрегат типа А-706
Двухмашинный агрегат МВТ25/9 I МВГ25II1 ^
Подвозбудители ВС-652, ВС-652Т служат для питания обмотки возбуждения возбудителя главного генератора.
постоянного тока, служит для питания вспомо-гальных цепей, цепей управления и освещения.
Как устроен и работает тепловоз (часть 1)
Опубликовано 09.05.2020 · Обновлено 06.11.2021
По железным дорогам нашей страны ведут поезда тепловозы и электровозы. Мы в повседневной жизни видим их постоянно, особенно когда путешествуем по железной дороге. Эта статья о тепловозах, для всех кому интересна эта тема. Здесь я не буду углубляться в тонкости определенных узлов, агрегатов и премудростей устройства. Кого интересует конкретное устройство тепловозов, читайте мои статьи на данном сайте.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9107-300×208.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9107.jpg» width=»1000″ height=»694″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9107.jpg» alt=»Тепловоз 2ТЭ10М | Тепловоз 2ТЭ10М | Движение24″class=»wp-image-9840″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9107-300×208.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9107-768×533.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9107.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Тепловоз 2ТЭ10М | Движение24″/> Тепловоз 2ТЭ10М
Что такое тепловоз?
Тепловоз — это локомотив с установленным на нем двигателем внутреннего сгорания (дизелем), он мобилен и не требует для работы посторонних устройств и сооружений, например контактной сети, как электровоз. Силовой установкой на всех тепловозах являются именно дизели, мощность которых зависит от назначения локомотива.
Машинное отделение тепловоза — дизель
По роду службы их подразделяют на грузовые, пассажирские и маневровые. Но для движения одного дизеля естественно мало, для передачи его мощности к колесным парам используются следующие принципиальные схемы – электрическая и гидравлическая. В электрической передаче используется генератор электрического тока, вращаемый дизелем, а вырабатываемый ток питает тяговые электродвигатели, в гидравлической передаче рабочим телом, которое передает вращение к колесным парам, является жидкость (масло). В гидромуфтах и гидротрансформаторах создаваемый насосным колесом, вращаемым дизелем, напор масла воздействует на турбинное колесо, через которое передается вращающий момент посредством карданных валов на редукторы, в которых установлены колесные пары тепловоза, но все это конечно очень упрощенно, в общих чертах. Мы немного коснемся работы гидропередачи позже, а подробное описание техническим языком можно прочитать в моей статье здесь.
Устройство тепловоза
Все тепловозы имеют раму, на которой установлен дизель, независимо от типа передачи, на раме устанавливается кузов тепловоза и все необходимые агрегаты. Кузов тепловоза опирается через шкворни на рамы тележек, которые могут совершать повороты в любую сторону, согласно профиля пути. Тележки еще имеют скользящие опоры с обоих сторон, которые также опираются на раму тепловоза.
Тележка тепловоза, буксы
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_6759-1-300×217.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_6759-1.jpg» width=»1000″ height=»724″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_6759-1.jpg» alt=»ТЕЛЕЖКА ТЕПЛОВОЗА | ТЕЛЕЖКА ТЕПЛОВОЗА | Движение24″class=»wp-image-9910″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_6759-1-300×217.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_6759-1-768×556.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_6759-1.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»ТЕЛЕЖКА ТЕПЛОВОЗА | Движение24″/> Тележка тепловоза, буксы
В рамах тележек установлены или тяговые электродвигатели при электрической передаче или тяговые редукторы при гидравлической передаче, торцы осей колесных пар располагаются в буксовых узлах, корпуса которых в свою очередь располагаются либо в жестких направляющих, так называемых «челюстях» (тележки челюстного типа), либо специальными поводками соединяются с рамой (бесчелюстной тип).
Таким образом через рамы тележек тяговые усилия передаются на раму тепловоза в которой установлены автосцепные устройства, соединенные с автосцепками вагонов и все, поехали. В принципе такое-же устройство имеют и тележки электровозов.
Электрическая передача
Такой тип передачи нашел наиболее широкое распространение. Дизель тепловоза, при такой передаче, с помощью пластинчатой муфты присоединяется к валу электрогенератора — эта система называется дизель-генераторной установкой (ДГУ). Электрические передачи могут работать как на постоянном, так и на переменном токе, и даже на переменно-постоянном токе.
При постоянном токе как тяговый генератор, так и тяговые электродвигатели работают соответственно на постоянном токе. Такая передача наиболее проста, хорошо регулируются параметры тяговых электродвигателей, однако как двигатели, так и генератор постоянного тока в составе имеют щеточно-коллекторный аппарат, содержащий трущиеся друг об друга элементы, что значительно снижает их надежность, увеличивает трудоемкость при изготовлении и обслуживании, у таких электрический машин большие габариты и вес. Но тем не менее большинство тепловозов работают на электрической передаче.
Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105-300×204.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105.jpg» width=»1000″ height=»680″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105.jpg» alt=»Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД | Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД | Движение24″class=»wp-image-9841″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105-300×204.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105-768×522.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9105.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД | Движение24″/> Щёточно-коллекторный аппарат ТЭД
Передача переменно-постоянного тока
На тепловозах с данным типом передачи тяговый генератор вырабатывает переменный ток, а тяговые электродвигатели работают уже на постоянном токе. Понятное дело, что переменный ток не подойдет для питания ТЭД постоянного тока, и между двигателем и генератором должен быть некоторый преобразователь — в нашем случае это выпрямительная установка (ВУ). Габариты генератора меньше, а вес ниже, а также в нем отсутствуют трущиеся части, такие как щелочно-коллекторный аппарат. Соответственно один узел является более надежным и менее трудоемким в производстве и обслуживании. Однако ввод третьего узла — ВУ немного уменьшает положительные качества такой системы, да и КПД у тепловозов с такой передачей меньше, чем у постоянников.
Тяговый электродвигатель (ТЭД) от тепловоза
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9100-300×208.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9100.jpg» width=»1000″ height=»692″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9100.jpg» alt=»Тяговый электродвигатель ТЭД от тепловоза | Тяговый электродвигатель ТЭД от тепловоза | Движение24″class=»wp-image-9847″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9100-300×208.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9100-768×531.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9100.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Тяговый электродвигатель ТЭД от тепловоза | Движение24″/> Тяговый электродвигатель (ТЭД) от тепловоза
Передача переменного тока
В настоящее время приобретает все большее развитие. В этой передаче как тяговый генератор так и тяговые электродвигатели работают на переменном токе. Соответственно щелочно-коллекторный аппарат отсутствует вообще, такие электроустановки очень надежны. Почему же ранее не использовалась такая выгодная схема? — Все дело в том, что частота вращения и крутящий момент ТЭД переменного тока регулируются изменением частоты тока и напряжения, что является достаточно сложной задачей. Решается эта задача с помощью преобразователя частоты, который включается между двигателями и генератором. На железные дороги нашей страны уже выходят тепловозы именно с такой передачей, она особенно эффективна на локомотивах большой мощности.
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9108-300×200.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9108.jpg» width=»1000″ height=»667″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9108.jpg» alt=»Тепловозный дизель | Тепловозный дизель | Движение24″class=»wp-image-9838″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9108-300×200.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9108-768×512.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9108.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Тепловозный дизель | Движение24″/> Тепловозный дизель
Принцип работы генератора
Идем дальше. Вот наш условный дизель начинает вращать главный генератор (ГГ), пусть он будет постоянного тока, чтобы выработанный им ток пошел на питание тяговых двигателей. Прогуляемся немного в славный мир электротехники, откуда нам уже давно известно, что при перемещении какого-нибудь проводника в магнитном поле в этом проводнике возникает электрический ток. Это и есть генератор. Если по этому проводнику мы возьмем и пропустим ток, то уже получится электродвигатель. Потому-что вокруг любого проводника с током образуется магнитное поле. Здесь мы немного остановимся. Принципы понятны. Магнитное поле в генераторе создает ток протекающий в обмотке возбуждения, которая расположена по кругу корпуса генератора (статор), это понятно, ведь постоянный магнит не установишь на всех двигателях и генераторах, так и ресурсов не напасешься и постоянных магнитов такой мощности просто не существует, поэтому и подают ток на обмотки возбуждения, превращая их в мощные магниты.
Тяговый генератор тепловоза
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9106-300×204.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9106.jpg» width=»1000″ height=»680″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9106.jpg» alt=»Тяговый генератор тепловоза | Тяговый генератор тепловоза | Движение24″class=»wp-image-9842″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9106-300×204.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9106-768×522.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2020/05/dvizhenie24_ru_9106.jpg 1000w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Тяговый генератор тепловоза | Движение24″/> Тяговый генератор тепловоза
ЭДС и противоЭДС
Теперь главное – в электродвигателях ток протекает и по обмотке в якоре, поэтому магнитные поля обмоток возбуждения и якоря друг с другом взаимодействуют, что и приводит к вращению якоря. В генераторах по якорю, который вращается от коленчатого вала дизеля, ток не пропускается, но в его обмотках под воздействием магнитных полей возбуждения возникает электрический ток, который и питает тяговые электродвигатели. И чем быстрее вращается якорь, тем большее напряжение мы получаем на выходе. Но есть одна серьезная и очень серьезная сила – электродвижущая сила (ЭДС), которая возникает при подключенной нагрузке (подключение цепей ТЭД) при вращении якоря, и физически направлена она против направления вращения якоря, в электротехнике она называется «противоЭДС». То есть эта сила можно сказать всячески сопротивляется вращению, она увеличивается с увеличением электрической нагрузки. Вот это и есть главное, что преодолевает всей своей мощью дизель, поэтому тепловозные дизели все не слабые, иначе не провернешь вал генератора под нагрузкой. Именно противоЭДС используется в тяговых электродвигателях тепловозов и электровозов, когда они переводятся в генераторный режим (по обмоткам якорей не протекает ток), это называется — реостатное (рекуперативное) торможение, когда скорость поезда снижается благодаря только электродвигателям, без применения автоматических тормозов и надо сказать, здорово тормозит и держит необходимую скорость, особенно на затяжных спусках, я всегда использовал этот вид торможения, когда можно было выбирать.
Управление дизелем
Все управление дизелем, аппаратами, машинами и агрегатами происходит с пульта управления из кабины машинистом. Управление осуществляется электрическим путем, с помощью применения электромагнитных контакторов и электрических реле в цепях управления, а в силовых цепях работают электропневматические контакторы. Контроллер машиниста имеет 15 (на некоторых тепловозах 8) позиций и представляет из себя электрический аппарат с контактами, замыкание и размыкание которых приводит к различным действиям в цепях управления, благодаря чему происходит коммутация (сборка-разборка) различных комбинаций электрических цепей, каждая из которых отвечает за определенный режим работы силовых агрегатов локомотива. Контроллер может поворачиваться рукояткой или штурвалом, в современных тепловозах небольшой рукояткой или джойстиком, все зависит от конструкции, все позиции контроллеры фиксированные. На тепловозах не существует педали газа, как на автомобилях, а обороты дизеля регулируются специальным устройством – регулятором числа оборотов (РЧО), также регулятор частоты вращения (РЧВ), но смысл один и тот же. Это устройство закрепляется на корпусе дизеля и соединяется с коленчатым валом дизеля. Управляется РЧО контроллером машиниста посредством специальных электромагнитов (МР), их всего пять, через металлическую пластину.
Машинное отделение тепловоза — дизель
Регулятор частоты вращения коленчатого вала
В данном регуляторе с помощью специальных гидравлических устройств (золотника, гидравлического сервомотора, специальной буксы) происходит перемещение реек топливных насосов высокого давления (ТНВД ) к плунжерным парам, само перемещение осуществляет сервомотор, в результате чего подача топлива либо увеличивается, либо уменьшается.
Постоянство оборотов поддерживается системой, использующей принцип центробежной силы – парой грузиков и пружиной, перемещающих золотник. Все современные тепловозы оборудованы регуляторами совмещающими несколько устройств, и автоматического регулирования нагрузки дизеля, и автоматической корректировки подачи топлива по давлению наддувочного воздуха и устройств по ограничению мощности дизель-генератора.
А зачем мощность дизель-генератора ограничивать?
Выше я писал про зловредную противоЭДС, возникающую в главном генераторе, которую силовая установка мужественно преодолевает, вот и главное: мощность дизеля всегда должна соответствовать нагрузке, создаваемой потребителем энергии, и в нашем случае нагрузкой для является главный генератор, а для него уже электродвигатели колесных пар (вот собственно и схема электрической передачи). Как раз регулировка мощности осуществляется уменьшением или увеличением подачи топлива в цилиндры в соответствии с изменением нагрузки генератора.
Тепловоз в разрезе
Почему бы не оставить подачу топлива постоянной?
Если это произойдет, то при изменении нагрузки на ТЭД (например поезд едет в гору или с горы) частота вращения вала дизеля тоже изменится, что может привести к неприятным последствиям. Когда в дизель стабильно подается один объем топлива, то и энергия его сгорания остается постоянной, а вместе с ней и производимая мощность, однако если нагрузка на генератор вдруг уменьшится (поезд поехал с горы), то есть уменьшится противоЭДС, но топливо-то все еще поступает в прежнем объеме.. И вот мы получаем «излишнюю» мощность, которая направляется в раскрутку коленчатого вала, который теперь не отягощен противоЭДС, и в конце концов дизель может «пойти вразнос» — крайне неприятная вещь (разбегайся кто куда). При увеличении нагрузки и постоянной подаче топлива мощности дизеля просто станет не достаточно, для продолжения стабильной работы, частота вращения вала будет уменьшаться, в конечном счете дизель будет не в силах преодолевать нагрузку главного генератора и заглохнет, на профессиональном языке – генератор «задавит» дизель. Чтобы не произошло всех этих неприятностей, необходимо изменять подачу топлива и устанавливать ее каждый раз в соответствии с изменившейся нагрузкой, и все это без изменения позиций контроллера.
Машинное отделение тепловоза
Вот эту непростую задачу в пути следования и решают наши автоматические регуляторы частоты вращения вала дизеля, совместно с очень непростой системой автоматического управления электрической передачей тепловоза. Она регулирует посредством многих систем, аппаратов, агрегатов нагрузку главного генератора и в конце концов подачу топлива. Эту систему я описал отдельно, но в нее входят: магнитный усилитель с самовозбуждением – амплистат, имеющий кучу обмоток, синхронный подвозбудитель, трансформаторы постоянного тока (ТПТ) и постоянного напряжения (ТПН), тахогенератор, регулятор напряжения, селективный узел и т.д. В общем всего навалом, но не так страшно, если разобраться, вся работа системы основана на принципах электромагнитной индукции. В итоге на регуляторе размещен эектромагнитный датчик – индуктивный датчик (ИД), шток которого также соединен с рейками топливного насоса и он также изменяет подачу топлива в зависимости от сложившихся условий.
Тяговые электрические машины тепловозов
К электрическим машинам в тяговом исполнении относятся элементы электрической передачи тепловоза: тяговые генераторы (ТГ), преобразующие механическую работу теплового двигателя (дизеля) в электрическую энергию, и тяговые электродвигатели (ТЭД), предназначенные для приведения во вращение колесных пар тепловоза и обеспечивающие изменение скорости движения тепловоза от V = 0 до значения конструкционной скорости Vmах.
Содержание
Режимы работы и технические характеристики
Режимы работы и технические характеристики. Расчетным режимом работы тепловозных тяговых электрических машин является продолжительный режим, который определяется наибольшим током нагрузки, допустимым по нагреву изоляции обмоток в течение неограниченного времени работы при номинальном охлаждении. Продолжительный режим работы тяговых электрических машин соответствует режиму движения тепловоза на расчетном подъеме с номинальной мощностью и характеризуется расчетной скоростью Vр и расчетной силой тяги Fкр.
Тяговые электрические машины имеют большую мощность на единицу объема; их высокие удельные показатели достигаются в основном благодаря интенсивному воздушному охлаждению и меньшему ресурсу по сравнению с электрическими машинами общепромышленного назначения. Машины имеют принудительное воздушное охлаждение нагнетательного типа; для очистки воздуха в воздуховодах систем охлаждения устанавливаются сетчатые и инерционные фильтры. Специфические условия работы тяговых электрических машин требуют высокой эксплуатационной надежности при наименьших габаритах и весе; высокой перегрузочной способности по силе тока, напряжению (коэффициенты регулирования по току и напряжению составляют соответственно 1,3-2,0 и 1,4-1,6) и скорости; обеспечения длительной работы на любой промежуточной ступени регулирования; возможности регулирования частоты вращения ротора ТЭД в диапазоне, соответствующем 0 Характеристики тяговых генераторов
Характеристики ТГ делятся на регуляторные (зависимости тока возбуждения ТГ от силы тока нагрузки), статические системы регулирования напряжения (зависимости напряжения на зажимах генератора от силы тока нагрузки при работе автоматической системы регулирования возбуждения), статические при аварийном возбуждении (зависимости напряжения на зажимах генератора от силы тока нагрузки при постоянном возбуждении), тепловые (зависимости температуры и тепловых постоянных времени обмоток от силы тока нагрузки) и аэродинамические (зависимость расхода воздуха через двигатель от избыточного давления на входе).
Условию использования полной мощности дизеля во всем диапазоне изменения V в наибольшей степени соответствуют характеристики ненасыщенных ТЭД постоянного тока с последовательным возбуждением, которые применяются в передачах мощности всех серийных тепловозов. Для опытных тепловозов были разработаны передачи мощности с ТЭД постоянного тока независимого возбуждения и тяговыми асинхронными двигателями, позволяющими улучшить сцепные характеристики тепловозов за счет индивидуального управления моментом или частотой вращения ротора.
Электромагнитный момент на валу ТЭД
Классификация по способу установке на раме тележки
Характеристика тяговых электродвигателей
Характеристики ТЭД делятся на электромеханические (зависимости частоты вращения якоря, момента и кпд от силы тока нагрузки), тепловые и аэродинамические. Электромеханические характеристики тепловозных ТЭД снимаются при законе регулирования Uд*Iд=сопst [гиперболической зависимости Uд=f(Iд) и номинальной мощности] и коэффициентах ослабления возбуждения β = Iв/Iд (Iв,Iд — соответственно ток обмотки возбуждения и ток обмотки якоря электродвигателя), предусмотренных электрической передачей тепловоза. Электромеханические характеристики ТЭД при соответствующих значениях β определяют тяговую характеристику тепловоза (рис. 5.55).
Особенности конструкции и технологии изготовления
Особенности конструкции и технологии изготовления. Тяжелые условия работы тяговых электрических машин (высокие перегрузки, значительные колебания температур, большие механические воздействия от неровностей пути, загрязнения рабочих поверхностей и увлажнение изоляции) учитываются при их проектировании и изготовлении.
Обмотки тяговых электрических машин изготавливают из провода прямоугольного сечения с изоляцией классов нагревостойкости F или H, допускающих температуру в продолжительном режиме 180-200 °С. Пазы сердечников якорей и статоров выстилают стеклотканью, увеличивая электрическую прочность изоляции. Обмотки в пазах закрепляют клиньями. На дно паза и под клин устанавливают дополнительные стеклотекстолитовые прокладки. Лобовые части обмоток якорей машин постоянного тока покрывают бандажами, выполненными из высокопрочной и теплостойкой стеклобандажной ленты, пропитанной термореактивным лаком, а статорные обмотки синхронных генераторов закрепляют на статоре через изолированные кольца.
Для повышения вибропрочности выводов катушек главных и добавочных полюсов машин постоянного тока их изготавливают из уголкового медного профиля или усиливают стальными пластинами; в конструкции синхронных ТГ применяют многослойные гибкие выводы.
Обмотка якоря
Якорь имеет двухходовую петлевую обмотку с уравнительными соединениями, уложенными со стороны коллектора. Вся конструкция якоря выполнена на укороченном валу (безвальный генератор), что позволяет снизить весовые и габаритные характеристики ТГ. Для обмотки якоря применяется изоляция класса нагревостойкости F, а для обмотки главных полюсов класса H. ТГ постоянного тока имеют осевую систему охлаждения (при мощности до 2000 кВт) или радиально-осевую (при мощности более 2000 кВт) с вентиляционными каналами, расположенными в сердечнике якоря.
Все тепловозные ТЭД постоянного тока имеют 4 главных и 4 добавочных полюса. В пазах якоря укладывается петлевая обмотка с уравнительными соединениями. Для уменьшения потока рассеяния катушка обмотки якоря по высоте составляется из двух или трех элементарных проводников.
Применение
На тепловозах с электрической передачей переменного тока применяются асинхронные ТЭД, ротор которых выполнен с короткозамкнутой обмоткой в виде «беличьей клетки», полученной путем заливки пазов и торцов сердечника алюминиевым сплавом; пазы ротора — полузакрытые. Шихтованный статор с уложенной в пазы петлевой обмоткой закрепляют в остове на осевых ребрах жесткости, которые образуют воздушные каналы, используемые для охлаждения электродвигателя. Двигатель имеет круглый сварной остов.
Помимо тяговых электрических машин на тепловозах применяются вспомогательные машины. На тепловозах с передачей постоянного тока для питания обмотки возбуждения ТГ применяется возбудитель (генератор постоянного тока); вспомогательный генератор (машина постоянного тока) используется для питания цепей управления; цепи автоматики получают питание от синхронного подвозбудителя (однофазного синхронного генератора). Возбудители и вспомогательные генераторы постоянного тока выполняются в одном корпусе и образуют двухмашинный агрегат. На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока для питания обмотки возбуждения ТГ и цепей автоматики применяется однофазный синхронный генератор (синхронный возбудитель); стартер-генератор (машина постоянного тока) используется для пуска дизеля (двигательный режим работы) и питания цепей управления (генераторный режим работы). Кроме того, для привода вспомогательных механизмов (насосов, компрессоров, вентиляторов) применяются электродвигатели постоянного И переменного тока.