Меню

Тепловоз электрические машины переменного тока

Тепловоз электрические машины переменного тока

13.6. Электрические машины тепловоза

На тепловозах применяют электрические машины различных видов: тяговые (главные) генераторы, вспомогательные и стартеры-генераторы для питания вспомогательных агрегатов, тяговые электродвигатели, возбудители и подвозбудители, электродвигатели привода различных механизмов (насосов, вентиляторов и т.п.). Тяговые генераторы и тяговые электродвигатели относятся к основным электрическим машинам тепловозов с электропередачей, а остальные машины — к вспомогательным.

Тяговый генератор тепловоза

Он превращает механическую энергию дизеля в электрическую для питания тяговых электродвигателей. При запуске дизеля тяговый генератор выполняет роль стартера, т. е. раскручивает коленчатый вал до наименьшей частоты вращения, при которой обеспечивается самовоспламенение поданного в цилиндры дизеля топлива.

На тепловозах применяют генераторы самовентилирующиеся и с принудительной вентиляцией. В первом случае вентилятор крепят к валу или корпусу якоря генератора, а во втором привод вентилятора осуществляется от коленчатого вала дизеля или от электродвигателя. Генераторы сравнительно малой мощности (до 1300 кВт) имеют самовентиляцию, воздух для охлаждения всасывается из-под капота

или дизельного помещения. Тяговые генераторы большой мощности имеют принудительную вентиляцию. Охлаждающий воздух засасывается через люки в боковых стенках кузова тепловоза и проходит через специальные фильтры.

Устройство тяговых генераторов различных типов имеет свои особенности. Наиболее типичными являются генераторы ГП311Б постоянного тока и ГС501А переменного тока.

Тяговый генератор типа ГП-311Б постоянного тока установлен на тепловозах серии ТЭ10. Основные части генератора — станина и якорь. В станине размещены главные и добавочные полюсы. Якорь включает вал, корпус якоря, сердечник, обмотку, коллектор и детали крепления. Генератор имеет один подшипниковый щит со стороны коллектора, в котором смонтирован роликовый подшипник и установлены щеткодержатели. Современные тяговые генераторы тепловозов имеют якоря с укороченным валом.

Тяговый синхронный генератор типа ГС501А является двенадцатиполюсной машиной с активной мощностью 2190 кВт. Он имеет принудительную осевую вентиляцию с забором воздуха извне и очисткой его специальными фильтрами. Вход воздуха — со стороны привода, выброс — со стороны токосъемных колец через боковые патрубки щита.

Для перспективных магистральных тепловозов и газотурбово-зов, чтобы уменьшить общие габаритные размеры и массу, упростить привод и улучшить компоновку оборудования, тяговые и вспомогательные синхронные генераторы выполняют в виде единого электрогенераторного агрегата.

Тяговые электродвигатели тепловоза

Все тяговые электродвигатели по конструкции принципиально одинаковы. Различия их в основном заключаются в способе закрепления (подвески) на тележке, размещении и способе подачи смазки в моторно-осевые подшипники. Наиболее типичными из выпускаемых и осваиваемых на перспективу являются электродвигатели ЭД-118Б и ЭД-125Б. Они представляют собой четырехполюсные реверсивные электрические машины постоянного тока последовательного возбуждения с независимой принудительной вентиляцией, работают с номинальной мощностью в широком диапазоне частоты вращения якоря. По конструкции тепловозные электродвигатели аналогичны электровозным (см. рис. 12.16).

Некоторые принципиальные отличия свойственны шестиполюсным тяговым электродвигателям ЭД126 тепловозов 2ТЭ121: они имеют рамное подвешивание; вал их якоря полый.

Существенные отличия по конструкции и принципу работы имеет создаваемый для опытных тепловозов с электропередачей переменного тока тяговый асинхронный электродвигатель ЭД900. Он проще по конструкции.

Возбудители и вспомогательные генераторы тепловоза

Возбудители предназначены для питания постоянным током обмотки независимого возбуждения тягового генератора непосредственно или через выпрямительную установку (синхронные), а вспомогательные генераторы — для питания различных нагрузок собственных нужд тепловоза (заряд аккумуляторной батареи, питание цепей управления и освещения, электродвигателей привода насосов, вентиляторов и др.). На тепловозах применяют возбудители постоянного тока с продольно-расщепленными (ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, ТЭМ2) или с поперечно-расщепленными полюсами (ТЭ3), синхронные высокочастотные возбудители трехфазного тока (ТЭ10 первых выпусков) и генераторы постоянного тока нормального исполнения, имеющие две обмотки возбуждения (ТЭ10, 2ТЭ10Л, ТЭП60, ТЭ40). На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока в качестве возбудителя используют синхронные генераторы однофазного тока повышенной частоты с независимым возбуждением. Вспомогательные генераторы являются машинами постоянного тока с параллельным возбуждением. Часто возбудитель и вспомогательный генератор объединяют в одну электрическую машину, имеющую общий вал якорей, — это двухмашинный агрегат. Он имеет разъемную станину, шесть главных и пять добавочных полюсов.

Якоря возбудителя и вспомогательного генератора различаются только длиной. В средней части вала якорей установлено вентиляторное колесо, прогоняющее воздух для охлаждения машины.

Синхронный подвозбудитель ВС 652. Он предназначен для питания через амплистат и выпрямитель обмотки независимого возбуждения, представляет собой четырехполюсную синхронную машину.

Стартер-генератор ПСГ. В режиме двигателя его используют для пуска дизеля на некоторых тепловозах при питании от аккумуляторной батареи, затем — в качестве вспомогательного генерато-

ра для питания различных потребителей собственных нужд тепловоза. Он представляет собой машину постоянного тока, аналогичную по устройству генератору.

Аккумуляторная батарея тепловоза

Питание тягового генератора при пуске дизеля и цепей управления и освещения при неработающем дизеле осуществляется от аккумуляторной батареи емкостью 450 А-ч. На тепловозах применяют кислотные (свинцовые) и щелочные (железоникелевые) аккумуляторные батареи, которые состоят из последовательно соединенных элементов. Щелочные аккумуляторные батареи саморазряжаются медленнее, чем свинцовые, и имеют большой срок службы. Однако они обладают меньшими коэффициентами отдачи и энергии, большим весом и стоимостью.

Источник

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

  • 1 Режимы работы и технические характеристики
  • 2 Характеристики тяговых генераторов
  • 3 Классификация по способу установке на раме тележки
  • 4 Характеристика тяговых электродвигателей
  • 5 Особенности конструкции и технологии изготовления
    • 5.1 Обмотка якоря
  • 6 Применение
  • 7 См. также

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.

Читайте также:  Сила тока напряжение безопасность

Электромагнитный момент на валу ТЭД

(см — постоянная, определяемая конструкцией двигателя, Фд, Iд — соответственно магнитный поток и ток двигателя).

Вследствие того, что электрической передачей тепловоза обеспечивается выполнение условия Uг*Iг=соnst, электрическая мощность на зажимах ТЭД при параллельной схеме их соединения Pд.эл=Uг*Iг/b=сопst (Ь — число ведущих осей тепловоза). Отсюда следует, что во всем диапазоне изменения скорости V произведение Мд*nд=cost (nд — частота вращения якоря ТЭД), а сила тяги тепловоза определяется как

AF553.jpg

(Dк — диаметр колеса; μ и ηтр — соответственно передаточное отношение и кпд тягового редуктора). Для расширения возможного диапазона изменения V системой управления ТЭД предусмотрены две ступени ослабления возбуждения (см. Электрическая передача тепловоза).

ТЭД являются реверсивными, т. е. изменяют направление вращения ротора (якоря), а также обратимыми — переходят в генераторный режим работы при электрическом торможении. Тепловозные ТЭД постоянного тока имеют мощность от 206 кВт до 586 кВт и массу на единицу мощности 6-11 кг/кВт; у перспективных асинхронных тяговых электродвигателей этот показатель прогнозируется на уровне 6 кг/кВт (рис. 5.54, таблица 2).

A5554.jpg

03.jpg

Классификация по способу установке на раме тележки

По способу установки на раме тележки различают ТЭД с опорно-осевым и опорно- рамным подвешиванием (см. Тепловоз). На существующих тепловозах преимущественно используется опорно-осевое подвешивание, при котором ТЭД опирается на ось колесной пары через моторно-осевой подшипник, а на раму тележки — через специальные кронштейны. При опорно-рамном подвешивании ТЭД полностью подрессорен и опирается только на раму тележки (тепловозы 2ТЭ121, ТЭП75, ТЭП80). Ось ТЭД и ось колесной пары связаны через одностороннюю зубчатую передачу. Базовый ресурс ТЭД до капитального ремонта — 1,2 млн. км пробега (8 лет).

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).

A555.jpg

A5551.jpg

Основные показатели надежности тяговых электрических машин — вероятность безотказной работы,наработка на отказ, ресурс.

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.

Коллекторы машин постоянного тока имеют арочную конструкцию. Коллекторные пластины изготавливают из меди, легированной кадмием или серебром, что способствует повышению их твердости. Коллектор балансируется, а для повышения монолитности — формуется (ряд последовательных нагревов, прессовок и разгонов до частоты вращения, превышающей на 25% максимальную). Постоянное нажатие щеток на коллектор обеспечивается использованием в щеткодержателях рулонных пружин.

Сердечники якорей машин постоянного тока, статоров машин переменного тока и их главных полюсов шихтуют — набирают из листов электротехнической стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью, и стягивают шпильками (при диаметрах шихтованных магнитопроводов более 1000 мм их набирают из отдельных сегментов). Сердечники добавочных полюсов ТГ постоянного тока изготавливают из толстолистовой стали, а ТЭД — из проката. Для повышения электрической и механической прочности, а также увеличения коррозионной устойчивости и теплопроводности изоляции полюсные катушки и сердечники якорей ТЭД в собранном состоянии покрываются эмалью и запекаются.

Остовы машин постоянного тока выполняют функции магнитопровода, поэтому их изготавливают из магнитного материала — углеродистой стали. В тяговых машинах переменного тока магнитопровод не может служить одновременно остовом машины из-за недостаточной жесткости его конструкции, поэтому его собирают и закрепляют на остове.

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.

Моторно-осевые подшипники и подшипники роторов машин выполняются по специальным техническим условиям для ж.-д. подвижного состава, предусматривающим использование консистентной смазки с рабочей температурой от -60 до +120 °С.

Число полюсов ТГ постоянного тока определяется мощностью: десятиполюсная машина — при мощности более 1000 кВт и восьмиполюсная — при мощности менее 1000 кВт. На главных полюсах расположена пусковая обмотка; компенсационная обмотка отсутствует. Один конец оси ТГ предназначен для соединения с коленчатым валом дизеля через полужесткую муфту, а второй (конусный) — для привода вспомогательных машин.

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.

Тепловозные ТГ переменного тока представляют собой явнополюсные машины, работающие на выпрямительную установку; они имеют 12 полюсов, собранных на индукторе ротора. Полюсные катушки вместе с сердечниками полюсов заливаются эпоксидным компаундом, образуя монолитную конструкцию с изоляционным покрытием класса нагревостойкости F. Все катушки соединяются последовательно. На полюсах располагается также демпферная обмотка, выполненная из медных или стальных стержней. Две трехфазные статорные обмотки, сдвинутые на угол 30 эл. град., соединяются по схеме «звезда». Применение в синхронном генераторе двух статорных обмоток позволяет подавить высшие гармонические составляющие фазного тока и уменьшить пульсации выпрямленного напряжения (наибольшая величина пульсаций выпрямленного напряжения связана с 12-й гармоникой). Это приводит к уменьшению добавочных потерь в самом ТГ и повышает коммутационную надежность ТЭД. Обмотка статора — двухслойная волновая с изоляцией класса нагревостойкости H.

С ростом секционной мощности тепловозов для уменьшения весовых и габаритных характеристик электрооборудования были внедрены тяговые агрегаты, в корпусе которых на одном валу собраны две синхронные электрические машины — ТГ мощностью 2800-4060 кВт и генератор собственных нужд с самовозбуждением мощностью 630-810 кВт. Генератор собственных нужд обеспечивает питание обмотки возбуждения ТГ, привода вспомогательных механизмов и машин, систем автоматики тепловоза. На тепловозе ТЭП75 генератор собственных нужд выполняет функции генератора энергоснабжения поезда. На роторе тягового агрегата расположены две самостоятельные системы полюсов: синхронного ТГ и генератора собственных нужд. Контактные кольца обеих машин расположены между подшипниковым щитом и генератором собственных нужд.

Читайте также:  Мат модель электродвигателя постоянного тока

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

В 1997 г. разработан ряд универсальных ТЭД типа ЭДУ133 с диапазоном мощности 106-418 кВт, предназначенных для использования как на магистральных, так и на маневровых тепловозах. Характерная особенность этих двигателей — единые габаритные размеры при различных значениях номинальной мощности и параметрах продолжительного режима. Двигатель имеет сварной остов. Класс нагревостойкости изоляции обмоток полюсов — F, а обмотки якоря — H.

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.

Источник



Сила тяги и тяговые характеристики локомотивов — Опыт создания тепловозов с электрической передачей переменного тока

Содержание материала

  • Сила тяги и тяговые характеристики локомотивов
  • Сцепление ведущих колес локомотива с рельсами
  • Физическая природа сцепления ведущих колес локомотива с рельсами
  • Коэффициент сцепления и методы его оценки
  • Тяговая характеристика автономного локомотива
  • Тяговые свойства тепловозного дизеля
  • Характеристики электрических передач тепловозов
  • Построение тяговой характеристики тепловоза по характеристикам электродвигателей
  • Опытные тяговые характеристики тепловозов с электрической передачей
  • Опыт создания тепловозов с электрической передачей переменного тока
  • Тяговые характеристики тепловозов с гидравлической передачей
  • Опытные тяговые характеристики тепловозов с гидравлической передачей
  • Тяговые характеристики тепловозов с механической передачей
  • Характеристики тяговых электродвигателей постоянного тока
  • Регулирование скорости движения и тяговые характеристики эпс постоянного тока
  • Тяговые характеристики элекроподвижного состава постоянного тока
  • Характеристики электроподвижного состава переменно-постоянного тока
  • Тяговые свойства электровозов с бесколлекторными электродвигателями

Электрические передачи переменного тока состоят из тягового синхронного генератора переменного тока СГ, статического преобразователя частоты СПЧ и асинхронных короткозамкнутых тяговых электродвигателей АТД переменного тока. Такие передачи применены на опытных тепловозах ВМЭ1, ТЭ120, ТЭМ21. Асинхронные короткозамкнутые двигатели имеют заметные преимущества перед электрическими машинами постоянного тока (простота устройства, эксплуатационная надежность, высокая удельная мощность, жесткая естественная характеристика, уменьшение расхода меди, снижение затрат на обслуживание и ремонт и другие), что делает передачу переменного тока достаточно перспективной для применения на тепловозах. Очевидна эффективность применения таких передач на маневровых тепловозах. В этом случае можно строить четырехосные маневровые локомотивы с электрической передачей с приемлемыми нагрузками от оси на рельсы и обладающими высокими тяговыми качествами.
При этом упрощается система полной автоматизации управления работой такого локомотива.
Применение на отечественных тепловозах передач переменного тока сдерживалось отсутствием надежных и экономичных статических преобразователей частоты переменного тока, состоящих из выпрямительной установки и инвертора. Естественная жесткость характеристик АТД приводит к тому, что при изменении внешних нагрузок в широких пределах частота их вращения nАТд в рабочем диапазоне почти не изменяется. Изменение величины лАТд нерегулируемого электродвигателя зависит от скольжения ротора и составляет примерно 1 — 2 %.
Частота вращения ротора асинхронного тягового электродвигателя тепловоза, мин-1, определяется выражением

где р — число пар полюсов;f1 — частота питающего напряжения Ur, Гц; fр — частота скольжения ротора, Гц.
Скольжением ротора S асинхронного двигателя называют разность между частотой вращения магнитного поля статора пх и частотой вращения ротора nАTд, отнесенную к величине ηχ.
Частота скольжения и частота вращения ротора nАTд (или магнитного поля статора), связаны выражением

С учетом (2.26) выражение (2.25) примет вид

Разность f1 -fр =f2 также называют частотой скольжения ротора.
Величина скольжения ротора SАТд меняется от S = 1 при неподвижном роторе до S=0 при синхронном режиме его работы.

Из формулы (2.24) следует, что регулировать частоту вращения ротора асинхронного тягового электродвигателя переменного тока можно изменением числа пар полюсов р или частоты питающего напряжения f1.

Второй способ регулирования электродвигателя переменного тока, то есть регулированием питающего напряжения, оказался более простым и эффективным для целей локомотивной тяги и нашел практическое применение на опытных тепловозах.
Для устойчивой работы асинхронного короткозамкнутого двигателя в качестве привода транспортного средства необходимо осуществлять одновременное изменение ряда параметров питающего тока. Оптимальное соотношение этих параметров тока впервые было найдено академиком М.П. Костенко [16] и представлено в виде следующего равенства

(2.27)
где Uд1 и UДном — действительное и номинальное напряжение АТД, В; f1 и fном — действительная и номинальная частоты питающего напряжения, Гц; Mд1 и МДном — действительное и номинальное значение вращающего момента на роторе АТД, Н-м.
Как следует из выражения (2.27), оптимальный режим работы асинхронного тягового электродвигателя определяется соотношением трех его параметров: напряжения Uд 1, его частоты f1 и величины вращающего момента М. Такой режим работы АТД соответствует режиму постоянной мощности, что обеспечивает наилучшие значения к.п.д. передачи и тепловоза в целом.
Для регулирования частоты вращения ротора АТД на опытных отечественных тепловозах переменного тока используют статические преобразователи частоты, состоящие из выпрямительной установки и автономного инвертора тока.
Электрическая передача переменного тока маневрового тепловоза ТЭМ21, построенного на Брянском машиностроительном заводе, состоит (рис. 24) из синхронного тягового генератора переменного тока, двух статических преобразователей частоты и четырех асинхронных тяговых электродвигателей ДАТ-305. Синхронный тяговый генератор ГСТ1050-1000, имеющий три трехфазные обмотки (две тяговые и третья — для питания электроприводов вспомогательных машин), с помощью полужесткой муфты соединен с коленчатым валом дизеля 2-6Д49 мощностью 1100 кВт (1500 л.с.).
схема электрической передачи переменного тока тепловоза ТЭМ21
Рис. 24. Принципиальная схема электрической передачи переменного тока тепловоза ТЭМ21: СГ — синхронный тяговый генератор; УВУ — управляемая выпрямительная установка; АИТ — автономный инвертор тока; БЗТ — блок запирающих (тормозных) тиристоров; В-ТПЕ — управляемый вентиль цепи возбуждения СГ; RT — сопротивление тормозных резисторов; АТД — асинхронный тяговый электродвигатель

Каждый из статических преобразователей частоты СПЧ состоит из трехфазной управляемой выпрямительной установки УВУ и автономного инвертора тока АИТ и предназначен для регулирования частоты и амплитуды питающего напряжения UАТЦ асинхронных тяговых электродвигателей. Асинхронные тяговые электродвигатели АТД попарно подключены к статическим преобразователям. Реверсирование АТД осуществляется изменением последовательности чередования фаз питающего тока. Питание обмотки возбуждения синхронного генератора переменного тока производится от вспомогательной обмотки СГ через управляемый выпрямитель В-ТПЕ. Система возбуждения СГ функционирует по принципу прямого самовозбуждения с начальным подвозбуждением от источника постоянного тока.
В качестве приводов вспомогательных машин и механизмов тепловоза ТЭМ21 применены электродвигатели переменного тока. На тепловозе ТЭМ21 установлена система электрического реостатного торможения, которая является вспомогательным тормозом локомотива. Для управления значением тормозной силы локомотива при электрическом торможении используется блок тормозных (запирающих) тиристоров (БЗТ), с помощью которого обеспечивается заданное переключение групп тормозных резисторов RT при торможении и в режиме нагружения дизеля с помощью реостата.
Тепловоз ТЭМ21 оборудован бортовой микропроцессорной системой управления, контроля и диагностики, которая обеспечивает автоматическое управление работой локомотива в тяговом и тормозном режимах. Расчетная касательная сила тяги, реализуемая четырехосным тепловозом со сцепным весом 920 кН при расчетной скорости Vр = 9,15 км/ч, составляет FKp = 300 кН. Максимальная сила тяги в момент трогания с места при коэффициенте сцепления ψκ = 0,385 — FK max = 319,7 кН. Таким образом, опытный четырехосный тепловоз ТЭМ21 с электрической передачей переменного тока по тяговым свойствам заметно превосходит серийные шестиосные маневровые тепловозы ТЭМ2, ТЭМ6 с передачей постоянного тока.

Читайте также:  Низкий зарядный ток причины

Источник

Электрические машины тепловозов

Главный генератор

Главный генератор ГС-504А — переменного тока, двенадцатиполюсный, синхронный с бесколлекторным якорем, что значительно снижает его вес и габариты, а также эксплуатационные расходы по содержанию и ремонту, и повышает надёжность в эксплуатации. Обмотка статора выполнена в виде двух трехфазных звёзд сдвинутых на 30 электрических градусов. Схема возбуждения генератора ГС-504А обеспечивает полное использование свободной мощности дизеля при скоростях до 90-95 % от конструкционной. Охлаждение генератора — принудительное.

Главный генератор ГС-501 А — переменного тока, двенадцатиполюсный, синхронный, с бе-сколлекторным якорем, что дает несомненные преимущества.

Обмотка статора выполнена в виде двух трехфазных звёзд сдвинутых на 30 электрических градусов. Схема возбуждения генератора ГС-501А обеспечивает полное использование свободной мощности дизеля при скоростях до 90-95% от конструкционной. Охлаждение генератора — принудительное.

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.

Генератор ГС-501 АТ — тропического исполнения.

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.

Главный генератор ГП-319АТ — постоянного тока, с независимым возбуждением, тропического исполнения.

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

подшипником и свободный конец вала со стороны коллектора. С противоположной ко-лектору стороны имеется фланец на якоре и посадочная заточка со шпильками на станине для присоединения к фланцу рамы дизеля.

Изоляция обмоток генератора — влаго- и теплостойкая.

Исполнение генератора — защищенное с самовентиляцией. Конструкция генератора предусматривает свободный доступ к коллектору для осмотра и смены щеток и к соединениям полюсных катушек по всей окружности.

Коллектор, дополнительные полюса, катушки и сердечники главных полюсов взаимозаменяемы.

ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Тяговый электродвигатель ЭД-120 — постоянного тока, с опорно-осевой подвеской на тележке. Плавное регулирование частоты вращения якоря тягового электродвигателя достигается эа счет изменения магнитного поля электродвигателя с помощью реле.

Конструкция электродвигателей ЭД-120 позволяет устанавливать их на тележке односторонне, что значительно увеличивает коэффициент использования сцепного веса.

Тяговый электродвигатель ЭД-118А — постоянного тока, с последовательным возбуждением и принудительной вентиляцией. Электродвигатель без компенсационной обмотки, имеет четыре главных и четыре добавочных полюса. Якорь имеет петлевую обмотку с уравнительными соединениями со стороны коллектора и опирается на роликоподшипники, вмонтированные в щиты электродвигателя. Подвеска электродвигателя — опорно-осевая. Для регулирования частоты вращения якорей электродвигателей применяются две ступени ослабления поля шунтированием обмотки возбуждения. На тепловозах с передачей постоянного тока плавное регулирование частоты вращения якорей электродвигателя ЭД-118А достигается путем изменения числа оборотов якоря главного генератора, шунтированием сопротивлений возбудителя, соединения двигателей и ослаблением магнитного поля. Моторноосевые подшипники изготовлены из свинцовистой бронзы. Вращение колесным парам передается через осевой редуктор. Для удобства ремонта ведущая шестерня вала якоря двигателя может выпрессовываться при помощи масло-съемника.

Тяговый электродвигатель ЭД-118АТ — тропического исполнения.

Тяговый электродвигатель ЭД-114Т — постоянного тока, с опорно-осевой подвеской и сериесными обмотками возбуждения, тропиче ского исполнения.

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-118А

Тяговый электродвигатель ЭД-114Т

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,

МВТ25/9Т + МВГ25II1Т представляют собой две электрические машины — возбудитель и вспомогательный генератор — смонтированные в одном корпусе. Возбудитель вырабатывает ток для возбуждения главного генератора. Вспомогательный генератор питает током цепи управления, освещения и осуществляет зарядку аккумуляторной батареи во время работы дизеля.

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 ^

Двухмашинный агрегат МВТ25/9 I МВГ25II1 ^

Подвозбудители ВС-652, ВС-652Т служат для питания обмотки возбуждения возбудителя главного генератора.

Подвозбудители ВС-652, ВС-652Т служат для питания обмотки возбуждения возбудителя главного генератора.

Генератор отопления поезда ГС-507 — синхронный, кроме источника тока для отопления поезда может служить также для питания асинхронных электродвигателей привода вентиляторов, холодильной камеры, тяговых электродвигателей, выпрямительной установки и ДР-

Вспомогательный генератор ГП-405АТ —

постоянного тока, служит для питания вспомо-гальных цепей, цепей управления и освещения.

Источник