Основные типы двигателей: тяговый электродвигатель

Остов

В ТЭД постоянного и пульсирующего тока остов выполняет функции массивного стального магнитопровода (статора) и корпуса — основной несущей и защитной части машины.
Остовы четырехполюсных двигателей чаще выполняются гранеными. Это обеспечивает использование габаритного пространства до 91-94 %. Обработка такого остова сложна, а масса превышает массу цилиндрического остова. Технология изготовления цилиндрических остовов проще, а точность изготовления более высока. Однако использование габаритного пространства при цилиндрической форме остова не превышает 80-83 %. На остове крепят главные и добавочные полюса, подшипниковые щиты, моторно-осевые подшипники (при опорно-осевом подвешивании двигателя). Для двигателей большой мощности все чаще применяют остовы цилиндрической формы.

Для двигателей подвижного состава железных дорог существуют ограничения по размерам. Так длина двигателя по наружным поверхностям подшипниковых щитов при ширине колеи 1520 мм равна 1020—1085 мм в случае двусторонней передачи и 1135—1185 мм в случае односторонней.

Различают четырехполюсные двигатели с вертикально-горизонтальным и диагональным расположением главных полюсов. В первом случае обеспечивается наиболее полное использование пространства (до 91—94 %), но масса остова больше, во втором это пространство используется несколько хуже (до 83—87 %), но заметно меньше масса. Остовы цилиндрической формы при низком использовании габаритного пространства (до 79 %), но при равных условиях имеют минимальную массу. Цилиндрическая форма остова и диагональное расположение полюсов обеспечивают почти одинаковую высоту главных и добавочных полюсов.

У бесколлекторных ТЭД сердечник статора полностью шихтован — набран и спрессован из изолированных листов электротехнической стали. Его скрепляют специальными стяжками-шпонками, закладываемыми в наружные пазы в нагретом состоянии. Функции несущей конструкции выполняет литой или сварной корпус, в котором закреплен комплект статора.
Остовы ТЭД обычно изготавливают литыми из низкоуглеродистой стали 25Л. Только для двигателей подвижного состава электротранспорта с использованием реостатного торможения как рабочего применяют сталь с большим содержанием углерода, обладающего большей коэрцитивной силой. На двигателях НБ-507 (электровоз ВЛ84) применены сварные остовы. Материал остова должен обладать высокими магнитными свойствами, зависящими от качества стали и отжига, иметь хорошую внутреннюю структуру после литья: без раковин, трещин, окалины и других дефектов. Предъявляют также высокие требования к качеству формовки при отливке остова.

За пределами магнитного ярма конфигурация остова может сильно отличаться от конфигурации магнитного ярма из-за устройств подвешивания, вентиляции и др. По соображениям технологии толщина стенок отливки остова должна быть не менее 15-18 мм.

От типа привода зависят устройства на остовах для подвешивания двигателя к раме тележки. Предусматриваются также предохранительные кронштейны для предотвращения выхода двигателя за пределы габарита и падения на путь при разрушении подвески. Для подъема и переноски остова или собранного тягового двигателя в верхней части остова предусмотрены проушины.
В торцовых стенках остова имеются отверстия со стороны, противоположной коллектору,— для выхода охлаждающего воздуха, со стороны коллектора — для крепления ]. Охлаждающий воздух в остов подается через специальные отверстия чаще всего со стороны коллектора, а иногда с противоположной стороны.

Для осмотра щеток и коллектора в остове со стороны коллектора предусматривают два коллекторных люка, закрываемых крышками. Крышки люков у большинства тяговых двигателей выгнуты по дуге, что позволяет увеличить объем надколлекторного пространства. Крышки штампуют из стали Ст2 или отливают из легких сплавов. Крышки верхних коллекторных люков имеют уплотняющие войлочные прокладки, предотвращающие попадание в двигатель влаги, пыли и снега, и укреплены на остове специальными пружинными замками, а крышки нижних люков — специальными болтами с цилиндрическими пружинами.

Для исключения попадания влаги в двигатель (особенно в ТЭД с самовентиляцией) тщательно уплотняют крышки коллекторных люков, выводы проводов и т. п.. Головки полюсных болтов, где это предусмотрено, заливают кабельной массой.

Эксплуатационные свойства

Эксплуатационные свойства тяговых двигателей могут быть универсальными, то есть присущими всем видам ЭПС, и частными, то есть присущими ЭПС определенных видов. Некоторые эксплуатационные свойства могут быть взаимопротиворечивыми.

Пример частных свойств: высокая перегрузочная способность двигателей, необходимая для получения высоких пусковых ускорений пригородных электропоездов и поездов метрополитена; возможность продолжительной реализации наибольшей возможной силы тяги для грузовых электровозов; низкая регулируемость ТЭД пригородных поездов и поездов метрополитена в сравнении с ТЭД электровозов.

Инструкция гюэсплуатации

Общие требования
Защитные меры и средства
Меры безопасности при входе в высоковольтную камеру
Меры безопасности при поднятии токоприемника
Меры безопасности при самостоятельной работе секции
Работа при поднятом токоприемнике
Меры безопасности при подаче напряжения электровозу от сети депо
Меры безопасности при устранении неисправностей в пути следования

Общие указания
Подготовка системы вентиляции
Подготовка механической части
Подготовка тяговых двигателей
Подготовка вспомогательных машин
Подготовка электрооборудования и монтажа
Подготовка электрических аппаратов
Подготовка и проверка электрической схемы
Проверка электрической схемы при опущенном токоприемнике
Проверка электрической схемы под контактным проводом
Подготовка пневматического оборудования
Подготовка электровоза к работе в зимних условиях

Приемка электровоза в депо
Подготовка электрических цепей
Подготовка пневматических цепей
Проверка на путях депо
Пуск и движение электровоза
Управление в режиме торможения
Проезд нейтральной вставки
Остановка электровоза
Прекращение работы
Управление при самостоятельной работе секции
Управление электровозом при напряжении в контактной сети 12 кВ
Применение аварийных схем
Передвижение электровоза при питании от сети депо
Управление двумя электровозами
IV. Техническое обслуживание ТО-1 электровоза локомотивными бригадами
V. Возможные характерные неисправности при работе электровоза на линии и методы их устранения

Система вентиляции
Механическая часть
Пневматическое оборудование
Тяговые двигатели
Вспомогательные машины
Крышевое оборудование
Аккумуляторная батарея
Подготовка электровоза при выдаче его в эксплуатацию после хранения
Транспортирование

Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Промышленный асинхронный двигатель в разрезе

Асинхронный двигатель состоит из двух основных узлов: статора и ротора. На статоре размещают трехфазную обмотку, создающую вращающееся магнитное поле. Скорость вращения магнитного поля определяется частотой питающего двигатель тока и числом пар полюсов.

Обмотку ротора выполняют в виде так называемой «беличьей клетки». Она является короткозамкнутой и не имеет выводов. Беличья клетка состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора, набранного из листов электротехнической стали, без какой-либо изоляции. По торцам ротора устанавливают лопасти, образующие центробежный вентилятор. Ток в роторе наводится движущимся относительно него полем статора. Таким образом, для работы двигателя необходима разность скоростей вращения ротора и поля статора, что и отражено в его названии.

Характеристики тяговых двигателей

В таблице приведены технические характеристики коллекторных тяговых двигателей вагонов метрополитена:

Конструкция используемых в настоящее время коллекторных тяговых двигателей ДК-117 и ДК-120 регламентируется техническими условиями ТУ 3355-029-05758196-02.

Характеристики коллекторных электродвигателей, применяемых на наземном городском транспорте:

Линейный электродвигатель

Линейный электродвигатель является составной частью линейного электропривода и служит для непосредственного преобразования электрической энергии в энергию поступательного движения транспортного средства, т. е. без механической передачи. В линейный привод входит также аппаратура управления и регулирования скорости. Линейный электродвигатель (рис. 5.59) содержит питаемый электрическим током первичный элемент (индуктор), являющийся статором, и вторичный элемент в виде реактивной полосы, выполняющей роль ротора. Индуктор и реактивная полоса разделены воздушным зазором. Неподвижный элемент магнитной системы линейного электродвигателя разомкнут и имеет развернутую в плоскости обмотку произвольной длины, создающую бегущее магнитное поле, а подвижный элемент движется относительно неподвижного (см. рис.).

Линейный электродвигатель может быть асинхронным и синхронным. Реактивная полоса асинхронного линейного электродвигателя (наиболее распространенная схема), выполненная в виде бруска обычно прямоугольного сечения без обмоток, закрепляется вдоль путепровода, над которым перемещается электровоз, несущий подвижную часть (индуктор) двигателя. Магнитопровод индуктора выполнен с развернутыми многофазными обмотками, питаемыми от источника переменного тока. Вследствие взаимодействия магнитного поля индуктора с полем реактивной полосы возникают силы, которые заставляют перемещаться с ускорением индуктор линейного электродвигателя относительно неподвижной реактивной полосы до тех пор, пока скорости перемещения индуктора и бегущего магнитного поля реактивной полосы не уравняются. Преимуществом такой конструкции является размещение в путепроводе более простой в
изготовлении, чем индуктор, реактивной полосы. Возможна схема, в которой в путепроводе размещается индуктор, при этом не требуется передачи электроэнергии на движущийся объект, нет контактного рельса на трассе и токоприемников на подвижном составе. Однако в этом случае вдоль трассы необходимо разместить большое число индукторов. Такая схема целесообразна при большой частоте следования транспортных средств или при подвижном составе большой длины. Применяется и комбинированный вариант, например, с размещением индукторов в путепроводе на участках разгона, торможения, подъема и спуска; на остальной части трассы используется индуктор, установленный на подвижном составе. Линейный электродвигатель получает питание от преобразователя или непосредственно от промышленной сети переменного тока (линейный асинхронный привод).

Управление силой тяги и скоростью движения осуществляется системой автоматического управления и регулирования путем изменения частоты напряжения и силы тока в обмотках двигателя.

Линейный электропривод обеспечивает также торможение подвижного состава, например, противовключением. Достоинствами привода являются отсутствие вращающихся частей, механической передачи, простота в эксплуатации, большой ресурс работы. К недостаткам относятся более низкие по сравнению с обычным электроприводом энергетические показатели, связанные с разомкнутостью магнитной цепи и большими рабочими зазорами, сложность и высокая стоимость изготовления и др. Линейные электродвигатели могут применяться на поездах высокоскоростного наземного транспорта, относящихся к левитирующим транспортным системам. Общий кпд таких систем с линейным электродвигателем при оптимизации его показателей не уступает кпд обычного тягового электропривода вследствие исключения промежуточных звеньев передачи силы тяги и отсутствия проскальзывания при механическом контакте между ходовой частью и путепроводом.

Вторичные двигатели

Электродвигатели

В 1834 году русский учёный Борис Семёнович Якоби (так писалось его имя в русской транскрипции) создал первый пригодный для практического использования электродвигатель постоянного тока.

В 1888 году сербский студент и будущий великий изобретатель Никола Тесла высказал принцип построения двухфазных двигателей переменного тока, а год спустя русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский создал первый в мире 3-фазный асинхронный электродвигатель, ставший наиболее распространённой электрической машиной.

Пневмодвигатели и гидромашины

Пневмодвигатели и гидромашины, соответственно, работают от сетей (баллонов) высокого давления воздуха или жидкости преобразуя гидравлическую (пневматическую) энергию насосов. Их широко применяют в качестве исполнительных механизмов в различных устройствах и системах. Так, созданы пневмолокомотивы (особенно пригодны для работ во взрывоопасных условиях, например в шахтах, где тепловые двигатели не применимы из-за температурных условий, а электрические — из-за искр при коммутации), с помощью гидромашин осуществляется привод гусениц в некоторых типах тракторов и танков, перемещение рабочих органов бульдозеров и экскаваторов. Всё разнообразнее конструкции экологически чистых городских автомобилях на пневмоприводах, предлагаемых инженерами разных стран. Вторичные двигатели играют большую роль в технике, однако их мощность относительно невелика. Их также широко применяют и в миниатюрных и сверхминиатюрных устройствах.

Тяговый электродвигатель — тип

Тяговый электродвигатель типа НБ-406Б, применяемый на этих электровозах, имеет стальной литой остов 2, который является одновременно магнитопроводом и корпусом. Внутри остова 2 закреплены по четыре сердечника главных 11 и дополнительных 13 полюсов с катушками 12 и 14, четыре щеткодержателя, подшипниковые щиты 3 и 8 с роликовыми подшипниками, в которых вращается якорь двигателя. На одной из наружных стенок остова расположены приливы 10 для крепления букс мотор но-осевых подшипников скользящего типа, а с противоположной стороны — приливы 16, которыми двигатель через пружинное устройство опирается на поперечную балку тележки. Коллектор якоря набран из медных пластин специального профиля, изолированных микани-товыми прокладками. Для обмоток якоря и катушек полюсов используется шинная медь.
 

Тяговый электродвигатель типа РТ-2 с последовательным возбуждением мощностью 6 кВт ( при работе в течение 30 мин при 1500 об / мин) закреплен на шасси. Передача от двигателя к редуктору ведущего, переднего моста осуществлена карданным валом.
 

Тяговый электродвигатель типа РТ-13АД мощностью 3 кВТ при ПВ — 40 %, редуктор и ведущее колесо образуют механизм передвижения, объединенный в блок.
 

Тяговый электродвигатель типа РТ-2 с последовательным возбуждением мощностью 6 кет ( при работе в течение 30 мин при 1 500 об / мин) закреплен на шасси. Передача от двигателя к редуктору ведущего, переднего моста осуществлена карданным валом.
 

Тяговый электродвигатель типа РТ-13АД мощностью 3 кет при ПВ-40 %, редуктор и ведущее колесо образуют механизм передвижения, объединенный в блок.
 

Отключатели тяговых электродвигателей типа ГВ-24А и ГВ-23А предназначены для отключения тележки при выходе из строя какого-либо тягового электродвигателя.
 

Механизм передвижения состоит из тягового электродвигателя типа РТ-13Б с последовательным возбуждением мощностью 3 кет при продолжительности включения 40 % и 1 200 об / мин, главной передачи с двумя парами зубчатых колес ( первой — конической со спиральными зубьями, второй — цилиндрической с косыми зубьями), переднего моста с дифференциалом и двумя ведущими колесами.
 

Погрузчики ЭП-0601, ЭП-080Ги ЭПК-0805 имеют одинаковые аккумуляторные батареи, тяговые электродвигатели типа ЗДТ-31 мощностью 1 3 кВт, электродвигатели гидронасосов типа ЗДН-31 мощностью 2 кВт, вилочные захваты сечением 100×30 мм. На погрузчиках ЭП-1003, ЭП-1201 и ЭПК-1205 установлены тяговые электродвигатели типа ЗДТ-32 мощностью 1 5 кВт, электродвигатели гидронасосов типа ЗДН-32 мощностью 2, 2 кВт, вилочные захваты сечением 125×36 мм.
 

На платформе крана имеются две дизель-генераторные установки постоянного тока для питания крановых и тяговых электродвигателей. Каждый тяговый электродвигатель типа ДК-305А приводит во вращение колесную пару тележки при помощи кар — — данного соединения и двухступенчатого редуктора.
 

Тепловоз оборудован электрическим тормозом, описание которого приведено ниже. На тепловозе установлены тяговые электродвигатели типа ЭД-127 мощностью 685 кВт с номинальным током 900 А и частотой вращения 900 об / мин.
 

Тяговые электродвигатели предназначены для преобразования электрической энергии, получаемой от главного генератора, в механическую, которая посредством зубчатого редуктора передается колесным парам. На тепловозах ТЭ1 и ТЭ2 установлены тяговые электродвигатели типа ДК-304Б, на тепловозах ТЭМ1 и ТЭЗ ранних выпусков — ЭДТ-200А, поздних — ЭДТ-200Б, на тепловозах ТЭ10 и 2ТЭ10Л — ЭД-107 и на тепловозах ТЭП60 — ЭД-108, Их конструкция и принцип работы аналогичны тяговым электродвигателям электровоза.
 

Погрузчики ЭП-0601, ЭП-080Ги ЭПК-0805 имеют одинаковые аккумуляторные батареи, тяговые электродвигатели типа ЗДТ-31 мощностью 1 3 кВт, электродвигатели гидронасосов типа ЗДН-31 мощностью 2 кВт, вилочные захваты сечением 100×30 мм. На погрузчиках ЭП-1003, ЭП-1201 и ЭПК-1205 установлены тяговые электродвигатели типа ЗДТ-32 мощностью 1 5 кВт, электродвигатели гидронасосов типа ЗДН-32 мощностью 2, 2 кВт, вилочные захваты сечением 125×36 мм.
 

Моторы для электрокаров

Существует большое количество разных разработок электрических моторов, которые отличаются между собой по множеству параметров. Иногда эти отличия весьма разительны.

Есть разделение по принципу работы:

• По типу тока – переменный, постоянный или гибридный. Они, в свою очередь, могут разделяться на такие типы:
  • синхронный;
  • асинхронный;
  • шаговые и сервоприводы – как правило, используются в промышленных станках для точного позиционирования рабочего инструмента.
  • коллекторный и безколлекторный.
• Мотор-колесо.

Каждый из этих приводов имеет свои особенности, которые определяют область применения. Поэтому давайте рассмотрим их подробнее.

Отличия по типу тока

Как мы знаем, существует два типа тока: переменный и постоянный.

По сути, такие моторы работают по схожим принципам: все отличия заключаются в способе питания привода. А он, в свою очередь, определяет некоторые особенности:

Электродвигатель постоянного тока имеет возможность более плавного и точного регулирования оборотов

А еще более высокий КПД, что очень важно в автомобилях. Но такой тип привода имеет и более высокую стоимость

Конструктивная особенность в том, что обмотка находится на роторе (он же называется якорем), который является подвижной вращающейся частью.

Двигатель переменного тока устроен так: обмотка мотора расположена на статоре. Причем между статором и ротором есть воздушный зазор, величина которого определяет другие дополнительные особенности привода. По большей части эти устройства нашли  признание благодаря весьма простой конструкции.

Они разделяются на два типа:

• Однофазный привод не имеет начального пускового момента, поэтому по большей части используется в бытовых приборах. Направление вращения определяется внешними силами в момент запуска.
• Трехфазные разделяются на два подвида:
  • с короткозамкнутым ротором;
  • С фазным ротором.

Именно трехфазные электроприводы могут быть синхронными и асинхронными. Как раз асинхронный мотор с короткозамкнутым ротором получил наибольшее распространение.

Суть универсальных приводов заключается в том, что вся работа контролируется платой управления. Такие двигатели называются ЕС (англ. electronically communicated). Ротор такого привода имеет постоянные магниты, а статор оснащен набором неподвижных катушек. Подключение осуществляется при помощи электронных схем: они могут переключать фазы в неподвижных катушках, что помогает поддерживать вращение ротора.

В нужный момент плата управления подключает подачу постоянного тока в определенной полярности. Это увеличивает точность электромотора. Благодаря такой конструкции и внешнему управлению двигатель ЕС не имеет ограниченной синхронной скорости вращения.

Особенности мотора-колесо

Мотор-колесо уже давно известен, однако не получал применение в автомобилях в силу некоторых ограничений того времени. Относительно недавно была применена новая технология пусковой обмотки, благодаря чему получилось достичь высокого пускового момента.

Современное мотор-колесо для электромобиля имеет несколько преимуществ:

• Устойчивость к перепадам температур.
• Простота и дешевизна в производстве (сборке).
• Низкий уровень шума при работе и малый вес.
• Надежность и долговечность.
• Простота в обслуживании.

По большей части это электродвигатели российского производства, так как изначально они были придуманы в РФ ученым Дуюновым, затем модернизированы.

Мотор-колесо состоит из тех же компонентов, что и обычный электродвигатель:

• ротор с магнитами;
• статор с катушками.

На статор подается электричество, которое при помощи катушек создает магнитное поле, воздействующее на магниты ротора, заставляя их вращаться. При этом все компоненты спрятаны внутри колеса.

Внутри ближе к центру оси располагается неподвижный статор с множеством катушек. Вокруг него подвижная часть – ротор с магнитами. Это традиционное расположение, но существуют варианты и с обратным порядком, когда вращающаяся часть находится внутри, а вокруг ротора располагается неподвижный статор. Такая конструкция имеет определенные преимущества, но реализовать ее технически сложнее.

Устранение неисправностей

Неисправности в механической части
Неисправности в электрических машинах
Общие сведения по обнаружению и устранению неисправностей в электрических цепях
Неисправности токоприемников и их цепей
Неисправности в электрических цепях вспомогательных машин
Неисправности электрических цепей быстродействующего выключателя БВП-5
Неисправности в электрических цепях управления с 1-й по 37-ю позицию главной рукоятки контроллера машиниста
Неисправности силовой цепи тяговых двигателей
Неисправности оборудования источников питания цепей управления электровоза
Неисправности в электрических цепях рекуперативного режима

Принцип работы

Принцип работы двигателя электромобиля основан на преобразовании электроэнергии в механическую энергию вращения. Главные участники преобразования энергии – статор и ротор.

Как работает традиционный электромотор?

Наглядная схема двигателя электромобиля в системе электропривода представлена ниже:

Важная особенность классического электрокара – отсутствие дифференциала, коробки передач, передаточных устройств с шестеренками. Энергия от электромотора поступает прямо на колеса.

Без коробки передач – и большинство «гибридов» с электродвигателем и ДВС. Исключение – «гибриды» с параллельной схемой передачи на колёса крутящего момента. К ней мы ещё вернёмся в этой статье в разделе, посвящённом гибридным автомобилям.

Принцип работы любого электродвигателя базируется на процессах взаимного притяжения и отталкивания полюсов магнитов на роторе и статоре. Движение осуществляется под действием самого магнитного поля и инерции.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях напрямую связаны с тем, насколько активно будет развиваться инфраструктура. Там, где она не обеспечена, использование электрокаров действительно ограничено. Ведь без подзарядки у многих авто – малая дальность пробега.

На данный момент доступность такого транспорта – на уровне инженерно-конструкторской работы, экспериментальных выпусков, но есть перспективы что их подхватят автогиганты, и не за горизонтом – серийное производство.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях очень тесно связаны и с политикой отдельных государств. Например, в Норвегии обладатели электромобилей освобождены от уплаты ежегодного налога на транспорт, пользования платными дорогами, паромными переправами и даже большинством парковок. С учётом того, что налоги и тарифы в Скандинавии одни из самых высоких, мотивация приобрести именно авто с электродвигателем, а не ДВС – очень высокая.

Обратите внимание, что на базе LCMS ELECTUDE есть специальный раздел “Электрический привод”, в нём подробно разбираются электродвигатели, виды электропривода, системы зарядки, особенности обслуживания транспорта с электромотором. Кроме комплексных теоретических знаний в обучающих модулях приводятся многочисленные практические примеры

Похожие записи:

Особенности перекоса фаз Акустические экранированные провода и их особенност Какие бывают виды розеток для электропроводки в квартире, и как их правильно выбрать: экспертное мнение Как сделать лампу накаливания 9 вольт мигающей. как сделать мигающий светодиод Одножильные и многожильные провода. область применения. преимущества и недостатки Стабилизатор напряжения для телевизора: как выбрать, для чего нужен?