Тяговые электрические машины

/ Тепловоз 2ТЭ116 / Тяговые электрические машины

Тяговые электрические машины

Тяговый генератор ГС-501А переменного тока предназначен для эксплуатации на тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока и служит для преобразования механической энергии дизеля в электрическую. Вырабатываемый генератором трехфазный переменный ток частотой 35-100 Гц поступает в выпрямительную установку, а из нее - к тяговым электродвигателям постоянного тока.

Генератор (рис. 104) представляет собой синхронную электрическую машину защищенного исполнения с явно выраженными 12 полюсами на роторе, независимым возбуждением и принудительной вентиляцией. Направление вращения генератора, если смотреть со стороны контактных колец, по часовой стрелке.

Генератор состоит из неподвижной части - статора 9, в пазах которого располагаются две трехфазные обмотки, и вращающейся части - ротора 7 с полюсами, на которых установлены катушки возбуждения, питаемые постоянным током через кольца и щетки.

Статор имеет сварной корпус, изготовленный из стальных листов, которым с помощью вальцевания придается цилиндрическая форма. К корпусу статора параллельно его оси с двух сторон приварены опорные лапы для установки генератора на поддизельную раму. Перпендикулярно лапам для повышения их жесткости к корпусу статора приварены стальные ребра с отверстиями, предназначенные для подъема и транспортировки генератора. В верхней части корпуса имеются кронштейны, служащие опорами для установки на генераторе синхронного возбудителя и стартер-генератора.

Статор выполнен из штампованных листов высоколегированной электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В листах имеются отверстия, образующие аксиальные вентиляционные каналы. В выстланных пленкостеклотканью пазах статора уложена волновая двухслойная обмотка 10, катушки которой изолированы от корпуса полиамидной и активированной фторопластовой пленками.

Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения обмотка выполнена по схеме двух независимых звезд (с двумя параллельными ветвями в каждой), сдвинутых одна по отношению к другой на 30 электрических градусов (рис. 105). Секция обмотки прямоугольного сечения, соответствующего форме паза сердечника, состоит из девяти уложенных друг на друга широкой стороной медных проводников. Лобовые части обмотки крепятся к корпусу статора с помощью пластмассовых обмоткодержателей с запрессованными в них шпильками.

Обмотка статора имеет шесть фазных выводов (по три от каждой "звезды") и два вывода нулевых точек. Фазные выводы представляют собой гибкие шины, набранные из тонкой медной ленты и припаянные к жестким луженым наконечникам с отверстиями для подключения к выпрямительной установке.

Ротор имеет сварной корпус из литых деталей, на который с натягом нашихтован и далее на нем спрессован пакет цельноштам-пованных из тонколистового проката листов электротехнической стали. В этих листах выштампованы пазы формы "ласточкиного хвоста", в которых после изготовления корпуса ротора клиньями крепят 12 полюсов 12 (см. рис. 104) моноблочной конструкции. До шихтовки листов индуктора в корпус запрессовывают и механически обрабатывают вместе с ним вал ротора. Сердечник полюса ротора набран из листов стали толщиной 1,4 мм, спрессованных и стянутых четырьмя стальными заклепками. Катушки 11 полюсов ротора выполнены из медной ленты размерами 1,35x25 мм, гнутой "на ребро". Между витками меди проложена изоляция. Катушка в сборе с сердечником пропитана эпоксидным компаундом и имеет изоляцию типа "Монолит-2" класса Б. Чередование полярности полюсов ротора достигается поочередной установкой катушек с разными направлениями намотки витков и выполнением межкатушечных соединений только со стороны контактных колец.

С противоположной контактным кольцам стороны ротор имеет фланец, соединенный эластичной пластинчатой муфтой с фланцем коленчатого вала дизеля.

Генератор с одним подшипниковым щитом и свободным концом вала со стороны контактных колец допускает отбор от него мощности на собственные нужды тепловоза в случае отсутствия специального источника.

Подшипниковый щит 8 сварной конструкции прикреплен болтами к корпусу статора. В щите имеется выемная ступица обеспечивающая возможность замены роликового подшипника 2 без снятия щита с генератора и без снятия генератора с тепловоза. Подшипниковый щит является несущей частью генератора, так как на его ступицу через роликовый подшипник опирается ротор. Подшипник ротора самоустанавливающийся, двухрядный, со сферическими роликами.

Конструкция подшипникового узла обеспечивает сброс отработавшей смазки (консистентная смазка ЖРО ТУ 32ЦТ520-83) в специальную камеру. Узел смонтирован на валу ротора со стороны контактных колец. Крышки подшипникового узла стягиваются болтами, проходящими через осевые отверстия в теле ступицы.

Во внутренней полости подшипникового щита на изогнутых ребрах с помощью четырех изоляторов закреплены две подвески, на каждой из которых установлены три радиальных латунных щеткодержателя 6. Конструкция щеткодержателя обеспечивает постоянное усилие нажатия пружины на щетку независимо от износа последней. Это усилие, равное 16-20 Н (1,6-2 кгс), передается на щетку через резиновый амортизатор. Всего генератор имеет шесть щеток марки ЭГ-4 размерами 25x32x64 мм. Ток к щеткам подводится по плетеным медным проводникам, наконечники которых через подвески соединены с выводами обмотки возбуждения. Контактные кольца 5, изготовленные из специальной антикоррозионной стали, напрессовывают на корпус ротора и изолируют от него. Камера контактных колец закрыта легкосъемными сварно-штампо-ванными крышками, установленными на конусной части подшипникового щита. Торцовая сторона подшипникового щита (верхнее основание усеченного конуса) закрыта плоскими штампованными щитами из листовой стали.

Рис. 104. Продольный и поперечный разрезы тягового синхронного генератора ГС-501А:

1 - дистанционные кольца подшипникового узла; 2 - сферический роликовый подшипник; 3 - ступица подшипника; 4 - крышка подшипника; 5 - контактные кольца; 6 - щеткодержатель со щеткой; 7 - ротор; 8 - подшипниковый щит; 9 - статор; 10 - обмотка статора; 11 -- катушка.полюса ротора; 12 - полюс ротора

Охлаждающий воздух подается в генератор через сборный стальной патрубок со стороны, противоположной контактным кольнам (со стороны дизеля). В нижней части подшипникового щита под контактными кольцами укреплен стальной патрубок для выброса из генератора нагретого воздуха.

Рис. 105. Схема соединений генератора ГС-501А

Предусмотрена защита всех крепежных элементов генератора от самоотвинчивания и коррозии.

Тяговый электродвигатель ЭД-118Б предназначен для провода колесной пары тепловоза через одноступенчатый прямозубый редуктор с передаточным числом 4,61. Двигатель с одной стороны опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, а с другой - на раму тележки тепловоза. При таком типе подвешивания на электродвигатель действуют значительные динамические усилия от неровностей пути, а также от редуктора в случае износа зубьев шестерен. Поэтому узлы двигателя ЭД-118Б рассчитаны на механические воздействия от ударов с ускорением до 25g. Тяговый двигатель имеет последовательное возбуждение, обеспечивающее автоматическое увеличение его вращающего момента при постоянном напряжении и снижении частоты вращения. В сочетании с регулированием напряжения тягового генератора это делает тяговые характеристики двигателя близкими к оптимальным.

Частота вращения двигателя регулируется изменением напряжения тягового генератора в диапазоне от 300 до 700 В, а также шунтированием обмотки возбуждения резисторами. Направление вращения изменяется переключением полярности обмотки возбуждения.

При сбросе нагрузки (боксовании колесных пар тепловоза) тяговый двигатель склонен набирать недопустимую частоту вращения (идти "вразнос"). Для предотвращения этого предусмотрена специальная защита.

Двигатель имеет независимую вентиляцию. Количество воздуха, поступающего для охлаждения, пропорционально позиции контроллера машиниста и при низкой частоте вращения дизеля может оказаться недостаточным. Поэтому ведение тяжеловесного состава на малых позициях, контроллера может привести к выходу из строя обмоток двигателя.

Основными сборочными единицами тягового двигателя являются магнитная система и якорь 14 (рис. 106).

Магнитная система состоит из литого восьмигранной формы остова 10, установленных на нем четырех главных и четырех добавочных полюсов, четырех щеткодержателей 5 и двух подшипниковых щитов 4 и 22.

Остов, отлитый из стали 25А, служит магнитопроводом для потоков главных и добавочных полюсов. Его толщина в районе крепления полюсов (более 50 мм) определяется допустимой величиной магнитной индукции. В области коллекторной камеры толщина (20 мм) определяется по условию механической прочности.

В остове предусмотрены со стороны коллектора люк для подачи охлаждающего воздуха, а также три люка для осмотра и обслуживания щеток. На наружной поверхности остова расположены два прилива - носика, которыми двигатель опирается на подвесное устройство тележки. К носикам крепятся опорные пластины из цементированной стали, которые заменяются по мере износа.

На остове предусмотрены также специальные приливы для крепления шапок моторно-осевых подшипников. Шапки устанавливают на остов и совместно с ним растачивают. Поэтому шапки моторно-осевых подшипников являются невзаимозаменяемыми деталями.

Внутри остова к специальным приливам крепятся сердечники главных полюсов с надетыми на них катушками возбуждения. Назначение главных полюсов - создание основного рабочего магнитного потока, который, взаимодействуя с проводниками обмотки якоря, создает вращающий момент двигателя. Сердечник главного полюса изготовлен из штампованных листов низкоуглеродистой стали марки 08КП толщиной 2 мм, которые скреплены между собой заклепками. Для крепления главных полюсов с помощью болтов к станине предназначен стальной стержень, в котором нарезаны резьбовые отверстия. Для улучшения условий ремонта стержень размещен в открытом прямоугольном пазу со стороны якоря и может быть легко заменен при нарушениях болтового соединения.

Конфигурация наконечника главного полюса определяется необходимостью обеспечить коммутацию, не приводящую к "круговому огню" на коллекторе. Для этой цели в тяговом двигателе выполнен эксцентричный воздушный зазор между полюсом и якорем.

Катушка полюса изготовлена из прямоугольного медного провода размерами 8><25 мм, намотанного плашмя в виде двух шайб. К первому и последнему виткам катушки приварены медные выводы, к которым болтами прикреплены гибкие соединительные шины. Конструкция и технология изготовления катушки обеспечивают плотное прилегание последнего витка, что обусловливает его надежную работу при вибрациях и ударах. Электрическая изоляция главного полюса выполнена из материалов класса F.

Сердечник с установленной катушкой предварительно помещают в вакуумную камеру, а затем пропитывают в эпоксидном компаунде под избыточным давлением и запекают в печи. В результате получается моноблок главного полюса - неразъемная конструкция, устойчивая к вибрациям, температурным воздействиям, обладающая высокой влагостойкостью. 203

Рис. 106. Продольный н поперечный разрезы тягового электродвигателя постоянного тока ЭД-118Б:

I - трубка подачи смазки; 2 - коллектор; 3, 21 - роликовые подшипники; 4, 22 - подшипниковые щиты; 5 - щеткодержатель; 6 - кронштейн; 7 - щетка; 8 - палец щеткодержателя; 9 - катушка добавочного полюса; 10 - остов; 11 - передняя нажимная шайба; 12 - сердечник добавочного полюса; 13 - сердечник главного полюса; 14 т- якорь; 75 - катушка главного полюса; 16 - якорная катушка; 77 - задняя нажимная шайба; 7* - дренажное отверстие; 19 - лабиринтное кольцо; 20 - вал якоря

Добавочные полюса предназначены для обеспечения нормальной коммутации в секциях якоря за счет индуктирования в последних соответствующей э. д. с. Создание необходимого магнитного поля в зоне коммутации достигается выбором числа витков обмотки, ширины наконечника.и сердечника добавочного полюса, а также установкой немагнитной алюминиевой прокладки.

Сердечники добавочных полюсов изготовлены из стального проката и крепятся к остову с помощью трех болтов, проходящих через весь сердечник. Для предотвращения проворота головки болтов выполнены четырехугольными по размерам паза в железе добавочного полюса. Гайки навинчиваются с наружной стороны остова. Со стороны якоря к сердечнику приклепаны дюралюминиевые уголки для крепления катушки, а со стороны остова на сердечнике размещена немагнитная четырехмиллиметровая прокладка.

Катушка добавочного полюса выполнена из медного кабеля размерами 6x30 мм,' намотанного в один слой на ребро. Четыре витка со стороны остова и три со стороны якоря изолируют, остальные 10 витков для лучшей теплоотдачи не изолируют. В середине катушки размещены две стальные изолированные пластины, к которым болтами присоединяются выводы катушек. Изоляция катушек класса Г. Добавочные полюсы с катушками пропитывают в эпоксидном компаунде, после чего запекают. В результате получается неразъемный моноблок, устойчивый к вибрационным нагрузкам и воздействию влаги. Межкатушечные соединения главных полюсов выполнены из многослойной медной фольги, а добавочных -- из медного кабеля. В средней части соединительные провода крепятся к остову хомутами.

На схеме внутренних соединений электродвигателя ЭД-118Б (рис. 107) стрелками показано направление протекания тока, при котором полюсы будут обеспечивать указанное направление вращения. Сплошные линии - соединения со стороны коллектора, штриховые - с противоположной стороны. В таблице рис. 107 показано, как должны соединяться выведенные наружу кабели для получения необходимого направления вращения. Пересоединения, выполняемые на тепловозе реверсом при повороте реверсивной рукоятки контроллера машиниста, позволяют изменить направление движения тепловоза.

Рис. 107. Схема внутренних соединений тягового электродвигателя ЭД-118Б

Якорь двигателя состоит из сердечника, вала, нажимных шайб, коллектора и обмотки.

Сердечник якоря выполнен из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, лакированных с обеих сторон. Листы нашихтова-ны на вал и удерживаются в сжатом состоянии с помощью нажимных шайб, посаженных на вал с натягом. Шесть крайних листов для жесткости сварены по наружной поверхности зубцов. В пазы сердечника уложены секции якорной обмотки. Обмотка выполнена простой петлевой, неступенчатой; от радиальных перемещений при вращении проводники удерживаются в пазах стеклотекстолитовыми клиньями, а в лобовых частях - стеклобандажами. В сердечнике имеются 32 аксиальных вентиляционных канала. На обмоткодержа-теле со стороны коллектора расположены 54 уравнительных соединения, выполненных из провода размерами 1,7x6,3 мм и предназначенных для устранения магнитной и электрической несимметрии электродвигателя.

Вал якоря, изготовленный из высококачественной легированной стали, опирается на два роликовых подшипника, наружные кольца которых вмонтированы в щиты двигателя. Свободный конец вала сделан коническим для горячей посадки на него ведущей шестерни тягового редуктора.

Коллектор состоит из клиновидных медных пластин, миканито-вых прокладок, нажимного конуса, двух миканитовых манжет и стяжных болтов. Коллекторные пластины удерживаются на втулке с помощью нажимного конуса, передающего усилие затяжки коллекторных болтов на "ласточкин хвост" пластин. Для уменьшения массы медных пластин в них выштампованы круглые отверстия.

Важным условием обеспечения работоспособности двигателя является сохранение цилиндричности его коллектора. Не допускаются плавное биение коллектора более 0,06 мм, а также выступание отдельных пластин ("местное биение") более чем на 0,005 мм. Для соблюдения этих требований собранные в цилиндр и изолированные друг от друга миканитовыми пластинами толщиной 1,2 мм коллекторные пластины сжимают в технологическом приспособлении, прессуют и запекают в печи. Затем комплект пластин растачивают на станке и собирают с изолирующими манжетами, нажимным конусом и втулкой. После подпрессовки с помощью коллекторных болтов и периодического нагрева в печи коллектор подвергают динамической формовке при вращении с высокой частотой. После каждой формовки на коллекторе подтягивают болты. Для проверки коллектора на герметичность в полость втулки подают сжатый воздух. Важным этапом сборки является проверка электрической изоляции коллекторных пластин между собой и относительно корпуса. Коллекторные пластины с секциями якорной обмотки соединяют точечной сваркой.

На выступающий конец коллекторной манжеты наложен стек-лобандаж. При выполнении профилактических ремонтов в депо необходимо периодически промывать его бензином во избежание поверхностного пробоя на корпус. Такие операции, как продороживание коллектора, снятие фасок у коллекторных пластин, устранение выступающего коллекторного миканита, необходимость в которых возникает при эксплуатации, обеспечивают надежную коммутацию двигателя и препятствуют возникновению "кругового огня".

Рис. 108. Продольный и поперечный разрезы возбудителя ВС-650В

В тяговом электродвигателе применены щетки марки ЭГ-61А с резиновыми накладками. В процессе эксплуатации необходимо следить, чтобы щетки не заклинивались в щеткодержателях и имели равномерную зеркальную поверхность по всей площади контакта.

Подшипниковые щиты служат опорами для роликовых подшипников якоря. С наружной стороны подшипники закрыты крышками с лабиринтными уплотнениями, препятствующими вытеканию и загрязнению смазки. Смазочная камера подшипника соединена каналом с атмосферой для предотвращения подсоса смазки внутрь двигателя.

Двигатель имеет моторно-осевые подшипники с циркуляционной системой смазки, которая включает в себя шестеренный насос, приводимый во вращение от оси колесной пары, и камеру со смазкой.

Возбудитель ВС-650В (рис. 108), представляющий собой однофазный синхронный генератор защищенного исполнения и самовентилируемый, служит для питания (через управляемый выпрямитель) обмотки возбуждения тягового генератора. Возбудитель относится к вспомогательным тяговым электрическим машинам. Охлаждающий воздух прогоняется через машину литым вентилятором 16 'из алюминиевого сплава и выбрасывается через окна в станине со стороны контактных колец. Вентиляционные окна на входе и выходе охлаждающего воздуха закрываются съемными крышками с выштампованными в них отверстиями. Вентилятор 16 крепится болтами к стальной ступице, смонтированной на валу 18 со стороны его свободного конца.

Статор (магнитная система) возбудителя состоит из станины 8, изготовленной из листовой стали, и установленных в ней восьми полюсов моноблочной конструкции. К станине привариваются с обеих сторон лапы для крепления возбудителя, а также стальные ребра с проушинами для его подъема и транспортировки.

Сердечники полюсов 14 собраны из штампованных листов стали, спрессованных и стянутых заклепками. В башмаки полюсов встроена короткозамкнутая демпферная обмотка в виде медных стержней круглого и прямоугольного сечений. Катушки полюсов 15 являются элементами независимой обмотки возбуждения возбудителя и соединены последовательно (рис. 109). Концы обмотки выведены в коробку выводов. Изоляция полюсных катушек выполне-

на из материалов класса Р. Катушку и сердечник полюса в сборе пропитывают в эпоксидном компаунде.

Якорь 10 (см. рис. 108) возбудителя соединен муфтой с распределительным редуктором дизеля, от которого приводится во вращение. Сердечник якоря 12 состоит из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, нашихто-ванных на стальной вал. Спрессованный сердечник удерживается в осевом направлении ла-

„ _ тунной втулкой со стороны КОН-

Рис. 109. Схемавс^Динений возбудителя ТЗКТНЫХ КОЛеЦ И обмОТКОДержателем со стороны свободного конца вала. Все указанные детали крепятся на валу шпонками. В пазы 20 сердечника якоря уложена волновая обмотка, концы катушек которой пропаяны сереб-росодержащим припоем в медных гильзах, вставленных в прямоугольные пазы по окружности пластмассовой части втулки. Проводники располагаются в пазах горизонтально.

Обмотка 11 укреплена на сердечнике с помощью стсклобанда-жа 13. Якорь пропитывается в эпоксидном компаунде. На его вал напрессованы изолированные от него два контактных кольца 9 из специальной антикоррозионной стали, которые с помощью двух контактных шпилек соединены с выводами якорной обмотки. На рабочей поверхности контактных колец нарезают винтообразные канавки.

Якорь опирается на подшипниковые щиты 6 и 17 через два шариковых подшипника 3. Подшипники насаживают на вал якоря с натягом и с обеих сторон закрывают стальными крышками 1 и 5 с лабиринтными канавками. Подшипниковые щиты центрируют в станине "замками" и закрепляют болтами.

Смазку в подшипники добавляют через стальные трубки 21, ввинченные в отверстия подшипниковых щитов со стороны привода и контактных колец. При запрессовке смазка заполняет внутреннюю смазочную полость каждого из подшипниковых узлов, проходит между шариками подшипника, смазывает их и попадает в наружную смазочную полость. Используется консистентная смазка марки ЖРО ТУ 32ЦТ520-83. Щеткодержатели 19 крепятся на пластмассовой траверсе 7 и соединяются токосборными шинами с отводами, идущими в коробку выводов. Траверса 7 присоединена болтами к переднему подшипниковому щиту. Кольцо 2 является упорным, кольцо 4 - уплотнитсльным.

Конструкция щеткодержателя обеспечивает постоянное усилие нажатия на щетку по мере срабатывания последней. Щеткодержатель унифицирован со щеткодержателем генератора ГС-501А. На возбудителе применены щетки марки ЭГ-4 размерами 25x32x64 мм с резиновыми амортизаторами. Усилие, с которым пружина давит на щетку, равняется 16-20 H (1,6-2,0 кгс).

Tax о генераторы ТГС-12, также являющиеся вспомогательными тяговыми электрическими машинами, работают в качестве датчиков частоты вращения колесных пар тепловоза. Тахогенератор представляет собой синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и может вращаться в обоих направлениях. Выходное напряжение тахогенератора зависит от частоты вращения. Тахогенератор неремонтопригоден.

ђасположение электрического оборудованиЯ на тепловозе | Тепловоз 2ТЭ116 | Электродвигатели переменного тока собственных нужд