Умови та номінальні режими роботи тягових двигунів
Опис електропоїздів та електровозів, розклад поїздів, фотографії
§ 28. Умови та номінальні режими роботи тягових двигунів
Умови роботи тягових двигунів та вимоги до них. Тягові двигуни, що служать для перетворення електричної енергії на механічну, під час роботи піддаються впливу динамічних сил, що виникають при русі коліс по нерівностях колії, і вібраціям, які особливо великі в зимових умовах, коли верхня будова колії має підвищену жорсткість. Інерційні динамічні прискорення досягають 3£ при рамному і 15 при опорно-осьовому підвішуванні тягового двигуна. При опорно-осьовому підвішуванні та жорсткій передачі динамічні прискорення на поверхні якоря досягають 25§
Конструкція тягового двигуна, його підвішування та передача повинні забезпечувати найменший динамічний вплив рухомого складу на шлях та шляхи на двигун, що особливо важливо при високих швидкостях руху. Для цього у передачі бажано застосовувати еластичні елементи, а масу самого двигуна максимально знижувати. На пасажирських локомотивах та моторних вагонах, розрахованих на рух із високими швидкостями, застосовують рамне підвішування двигунів.
При торканні електровоза з місця струм тягових двигунів може досягати подвійного номінального, а при зниженні навантаження частота обертання - перевищувати більш ніж 2 рази номінальне значення. Особливо висока частота обертання виникає при боксуванні колісних пар.
Механічна міцність якоря повинна відповідати частоті обертання, що перевищує найбільшу на 25% при паралельному і на 35% при послідовному з'єднанні двигунів. У діапазоні навантажень 75-125% номінальної не-
допустимо розбіжність частот обертання окремих двигунів за повногозбудженні більш ніж на 3%, а у разі гранично ослабленого – більш ніж на 4%. Тому магнітні матеріали двигунів повинні мати стабільні характеристики, а вузли – високу точність складання.
Двигуни схильні до атмосферних впливів, в них потрапляє вологе повітря і пил. На затискачі двигунів виникають перенапруги, викликані атмосферними розрядами, а також різкими змінами струму.
На е.п.с. двигун розташований у просторі, обмеженому габаритами наближення рухомого складу до шляху, відстанню між колісними центрами, що залежить від ширини колії, між іншими частинами екіпажу. Тому двигун повинен мати найменші габаритні розміри, що узгоджуються із загальною конструкцією екіпажу, і бути доступним для обслуговування. Різкі зміни температури від -50 до +40 ° С і вологості повітря сприяють відсипанню ізоляції та конденсації вологи на колекторі, щіткотримачах та поверхні ізоляції. Іноді це супроводжується зледенінням, колектор покривається інеєм, що потім викликає сильне іскріння під час роботи двигуна. Пил, що піднімається зі шляху при русі, вугільний пил від щіток, що стираються, вологе повітря і сніг призводять до забруднення ізоляції і зниження її діелектричної міцності.
Тягові двигуни е.п.с. постійного струму повинні надійно працювати при підвищенні напруги на струмоприймачі на 21% понад номінальне значення, а за наявності електричного гальмування - на 27%, двигуни е.п.с. змінного струму - при підвищенні напруги в контактній мережі на 16% або зниження його на 24%. Необхідно, щоб двигуни стійко працювали при ослабленому
збудженні та нестаціонарних процесах у їх ланцюгах. Тому до їх ізоляції пред'являють високі вимоги щодо електричної та механічної міцності, теплостійкості тавологостійкості. Цим вимогам задовольняють ізоляційні матеріали класів нагрі-стійкості В, І та Н. Ізоляція обмоток щодо корпусу та між обмотками повинна витримувати в процесі випробувань при частоті 50 Гц, номінальній напрузі щодо корпусу понад 750 В напруга
ітп = 2,25 іт + 2000 В,
де 1) т - номінальна напруга на струмоприймачі е.п с. постійного струму, що дорівнює напрузі контактної мережі £/с, або найбільша напруга, яка може бути подана на групу двигунів е.п.с. змінного струму.
Безперервне зростання вантажонапруги на електрифікованих залізницях СРСР потребує підвищення потужності тягових двигунів. Найближчою перспективою будуть необхідні для вантажного руху тягові двигуни з годинною потужністю до 1000 кВт на вісь, а для швидкісних електровозів до 1200-1300 кВт. При цьому підвищення потужності тягових двигунів не повинно супроводжуватися збільшенням навантаження від колісної пари на рейки, яка при існуючих типах рейок для вантажних електровозів у СРСР обмежена значеннями 230-250 кН (23-25 тс).
Як відомо, потужність колекторного тягового двигуна постійного струму обмежена потенційними умовами на колекторі, діаметром та лінійним навантаженням якоря. Максимальний діаметр якоря обмежується найбільшою частотою обертання, підвищення лінійного навантаження - теплостійкістю ізоляційних матеріалів. Тому колекторні тягові двигуни потужністю понад 900 кВт на вісь не забезпечують досить високу експлуатаційну надійність. Двигуни зі щітками та колекторами схильні також до зносу та аварійних явищ у вигляді кругових вогнів і перекидів електричної дуги, експлуатаційні витрати на такі двигуни високі Статистика показує, що на ремонт колекторних тягових машин витрачаєтьсядо 8 тис. руб. на
1 млн км пробігу. З них приблизно 50% припадає на ремонт колекторів та щіткового апарату.
Номінальні режими роботи тягових двигунів Тягові двигуни електровозів і електропоїздів постійного струму характеризують двома номінальними напругами: на їх затискачах (Уд і на струмоприймачі локомотива UT. Стандартом встановлені наступні номінальні напруги на струмоприймачах е.п. Для е.п.с.вітчизняних доріг постійного струму прийнято номінальну напругу на струмоприймачах ном - 3000 В, на затискачах тягових двигунів з/д ном = 1500 і 750 В. Побудувати тягові двигуни з (Уд ном = = 3000 В принципово можливо, але це економічно не виправдано, тому що при зниженні напруги на затискачах двигуна до оптимального значення зменшуються його маса, витрата ізоляційних та конструктивних матеріалів
Номінальна напруга на затискачах двигунів, що застосовуються на е.п.с. змінного струму, встановлюють для машин кожного типу на підставі техніко-економічних розрахунків з урахуванням їхньої потужності, надійності, технологічних особливостей виготовлення. Зазвичай для тягових двигунів потужністю 800-1000 кВт встановлюють (Уд іом = 7504-1100 В.).
Тягові двигуни в умовах експлуатації працюють зі змінним навантаженням. Для порівняльної оцінки їх роботи встановлено два номінальних режими: тривалий та вартовий.
Тривалою називають найбільшу потужність, що розвивається на валу двигуна, з якої при нормально діючій вентиляції, закритих колекторних оглядових люках і номінальній напрузі на затискачах двигун може працювати тривало, при цьому перевищення температури його частин над температурою навколишнього повітря не більше встановленого нормами. У цьому режимі перевищеннятемператури частин двигуна досягає встановленого значення практично через 3-6 год, після чого все тепло, що виділяється, віддається охолоджувальному повітрю
Вартовий називають найбільшу потужність, що розвивається на валу двигуна, при
якої робота його в умовах нормально діючої вентиляції, закритих колекторних оглядових люків і нормальній напрузі на затискачах, починаючи від холодного стану протягом 1 год, не супроводжується перевищенням температури його вузлів, більшим за встановлений нормами. Допустиме перевищення температури частин машини над температурою навколишнього повітря до 40 °С, наприклад, з ізоляцією класу Н як у тривалому, так і у годинному режимі відповідає для обмотки якоря 160, збудження обмотки 180, колектора 105 °С. Для ізоляції класу F воно дорівнює відповідно 140, 155 та 95 °С. Двигун вважається холодним, якщо температура його частин відрізняється від температури навколишнього повітря не більше, ніж на ± 3 °С.
Співвідношення тривалої та годинної потужностей визначає ефективність вентиляції тягового двигуна. Годинний режим характеризує теплоємність двигунів і використовується для їх порівняльної оцінки та проведення контрольних випробувань.
Для більшості сучасних тягових двигунів питома витрата повітря (ставлення повної витрати повітря до втрат потужності в двигуні) дорівнює 2,1-2,7 м3/хв на 1 кВт.
Підвищення теплопровідності ізоляційних матеріалів, вдосконалення конструкції та технології виготовлення обмоток, раціональне конструктивне виконання повітропроводів та розподіл повітряних потоків у двигуні дозволяють зменшити розміри двигуна, що зменшує різницю між значеннями годинного та тривалого струму.
На вітчизняних електровозах доріг постійного струму мають тягові двигуни.потужність 400-750 кВт на одну колісну пару. У тягових двигунів електровозів змінного струму потужність одну колісну пару становить 700—835 кВт; планується її збільшення до 900-1100 кВт. Збільшити потужність на вісь на електровозах змінного струму можливо, тому що їх тягові двигуни з'єднані, як правило, паралельно, а це дозволяє реалізувати більш високий коефіцієнт зчеплення.
лення та знижує небезпеку розносного боксування. Для пасажирських електровозів застосовують тягові двигуни потужністю 400-850 кВт.
Моторні вагони електропоїздів мають тягові двигуни потужністю 165-240 кВт.