Asynkronisen moottorin työn ja suunnittelun ominaisuudet. Vetovoimakoneet. Opetusohjelma

Venttiilien vetomoottorit. Harjattomia AC-moottoreita yritettiin käyttää sähkövetossa jo 30-luvulla. Käytännön mahdollisuus niiden soveltamiseen ilmestyi kuitenkin vasta tehotyristorien ja -diodien sekä puolijohdeelementtien sarjatuotannon teollisen kehittämisen jälkeen, mikä mahdollistaa ohjausjärjestelmien ja syöttöjännitteen taajuuden säätelyn tehokkaan toteuttamisen.

Venttiilin vetomoottori on rakenteeltaan synkroninen kone, jossa ankkurikäämitys sijaitsee staattorissa ja kenttäkäämi roottorissa. Venttiilin staattori

moottori (kuva 105) koostuu valetusta sydämestä 7 ja E1300 sähköteräksestä laminoidusta ytimestä. Runko toimii moottorin kotelona, ​​eikä se eroa ulkoisesti sykkivän virran vetomoottorien rungoista, ja ydin on magneettinen piiri.

Ydin 9 puristetaan runkoon massiivisten rengasmaisten sivuseinien 13 väliin. Ulkohalkaisijalla se vedetään yhteen nauhoilla 8, jotka on hitsattu runkoon ja sivuseiniin. Ydin estetään kääntymästä avaimella ja kuudella rungon ja vuorausten reikiin työnnetyllä tapilla. Vuotojen ja häviöiden vähentämiseksi ei-magneettiset eristelevyt 12 asennetaan sivuseinien ja pakkauksen väliin.

Ytimen ulkopinnalla 12 pisteessä on moottorin ohjausanturit, jotka perustuvat magneettivuon sijaintiin. Jokaisessa anturissa on yksi esiasetettu ja kaksi yksikierroskäämitystä langasta PDM, jonka halkaisija on 1,16 mm. Niiden yhteinen kaapeli menee liitäntärasiaan, jossa se on kytketty sähköveturin ohjauslaitteeseen pistokeliittimen kautta.

Sydämen urissa sen pituudella on yhdelle urajaolle viiste, jossa on kaksikerroksinen aaltokäämi. Sen käämien runkoeristys on tehty kuusi kerrosta lasi-kiille-hiiriteippiä L2S25KS 0,09 X 20 mm, jotka on levitetty puoliksi limittäin. Urissa käämitys kiinnitetään lasikuitukiiloilla. Staattorikäämin lähtö liitäntäkoteloon tehdään kaksoisväylällä.

Venttiilimoottorien roottorit ovat erilaisia. VL80v-216-sähköveturi varustettiin kuusinapaisilla venttiilimoottoreilla ulkonevanapaisella roottorilla.

Tämä roottorin rakenne on teknisesti yksinkertaisempi, mutta termisesti ja mekaanisesti roottorin materiaalit ja napakäämien eristys osoittautuivat ylikuormitetuiksi. Tämä johtuu siitä, että mds. venttiilimoottorin heräte, kun otetaan huomioon ankkurin vaste ja kytkentäkulmat, ylittää ppm. tyhjäkäynti noin 1,8 kertaa autossa ollessaan tasavirta -

vain 1,2 kertaa.Lisäksi napavälikkeiden takia lämmönpoisto virityskäämeistä heikkeni.

Koska pyörimisnopeus ilmeisesti kasvaa laakerikokoonpanon ja vaihteiston parantuessa, myös lämmön intensiteetti kasvaa sen seurauksena, että halutaan sovittaa enemmän tehoa annettuihin mittoihin. Siksi ainoa mahdollinen malli oli roottorirakenne, jossa oli implisiittisesti ilmaistut navat.

Toisin kuin tavanomaisissa synkronisissa koneissa, harjattomassa moottorissa on oltava luotettava vaimennuskäämitys, jonka sauvat ovat riittävän poikkileikkaukseltaan moottorin supertransienttireaktanssin pienentämiseksi. Pellin käämin tangot 15 ovat kuparia, ne on sijoitettu tasaisin välein roottorin koko kehän ympärille. Laskelmat osoittavat, että tällainen vaimenninkäämin rakenne mahdollistaa suhteellisen alhaisen ankkurikäämin superatransienttisen induktiivisen resistanssin saavuttamisen kytkentäprosessista johtuvilla tangoissa sallituilla häviöillä.

Implisiittisesti ilmaistujen roottorin napojen osalta vaimennustankojärjestelmä voidaan sijoittaa joko urien yläosaan magnetointikäämitystä pitävän metallikiilan muodossa tai hampaiden aukkoon. Ensimmäinen menetelmä on teknisesti hankala, koska sauvojen (kiilien) päitä on vaikea hitsata liitosrenkaisiin. Toinen vaimennushäkki on parempi, koska tangot voidaan hitsata suoraan kupariseen reunalevyyn, joka on erityisesti meistetty tätä tarkoitusta varten. Tämän rakenteen etuna on myös se, että vaimennuskehiko voidaan tehdä roottoriin ennen kenttäkäämin asettamista. Tällainen roottorin rakenne on sähköveturin VL80v-661 kahdeksannapaisilla venttiilimoottoreilla NB-601.

Asynkroniset vetomoottorit. Moottorin suurin vääntömomentti

Mmax "C1Ai \ / (2xg),

jossa Cm on moottorin vakiotekijä; ja on verkkojännite, x on induktiivinen reaktanssi.

Riisi. 105. Sähköveturin vetomoottorin NB-601 pituussuuntaiset (a) ja poikittaiset (b) osat

/ - akseli, 2 - rullalaakeri, 3 - ankkuriholkki, 4 - laakerin suoja; 5 - renkaat; 6 - harjan pidike; 7 - luuranko; 8-säleet, 9- rungon ydin; 10- staattorin käämitys, // - roottorin sydän; 12 ei-magneettista välilevyä (levyä), staattorin sydämen 13 sivuseinämä, 14-akselinen laatikko, 15-

vaimentimen kelaustangot

Induktiomoottori on herkkä alijännitteelle. Esimerkiksi kun jännitettä alennetaan 10 %, vääntömomentti pienenee 19 %. Toisin kuin asynkroninen moottori teollisen suunnittelun veto-asynkronisessa moottorissa on useita ominaisuuksia, jotka johtuvat sen käyttöolosuhteista veturissa (virransyöttö taajuusmuuttajasta ja vaiheista, merkittävän tehon sovittaminen annettuihin mittoihin erittäin puristettuna veturin käynnissä olevan koon vuoksi vaihde). Kaikissa aksiaalisella tuuletuksella varustettujen sähkövetureiden vetokeräysmoottoreissa 30% ilmasta kulkee ilmaraon läpi suorittaen intensiivisen lämmönpoiston ankkurien ja pylväiden pinnoilta.

Asynkronisessa vetomoottorissa magnetointivirran pienentämiseksi ja cos f:n lisäämiseksi staattorin ja roottorin välinen ilmarako on pyritty olemaan suunnittelu- ja tuotantoolosuhteiden kannalta mahdollisimman pieni. Tässä suhteessa asynkronisissa moottoreissa, joissa on aksiaalinen riippumaton tuuletus, ei ole mahdollista jäähdyttää ilmarakoon päin olevia roottorin ja staattorin pintoja. Jotta staattorin ja roottorin välillä kulkee enemmän jäähdytysilmaa, veto-oikosulkumoottori käyttää raon yli olevia kanavia (kuva 106, o),

jonka läpi noin 30 % kaikesta jäähdytysilmasta kulkee

Urakanavan korkeus on (1,0 - 1,5) 6 ps, missä b ps on staattorin uran leveys. Harjattomassa moottorissa staattorin yli-urakanavat eivät ole hyväksyttäviä, koska ne lisäävät staattorin vuodon induktiivista reaktanssia noin 40%, mikä johtaa vääntömomentin laskuun. Asynkronisessa moottorissa staattorikäämin induktiivisen vuotovastuksen kasvu ei ole niin haitallista, koska kytkentä suoritetaan pakottamalla.

Moninapaisessa koneessa aktiivisia materiaaleja käytetään tehokkaammin, asynkroninen moottori toimii pienemmillä häviöillä, sen hyötysuhde on suurempi.

f max JA Nimellinen / Nimellinen taajuus

olet staattorikäämin virta. Taajuus fmax =

P "max / (60 + f 2), missä f2 = / CK -

roottorin tai liukuvirran taajuus, joka on yleensä 1-2 % / max, riittävällä tarkkuudella / max = pn raax / 59.

Nimellistaajuus fH0M = pnmaJ (59k „), missä kv on nopeuksien suhde, yleensä 2. Teoriassa optimaalinen taajuus on fom = 100-g 150 Hz ja muuntimen taajuussäätöalue on 1-2 200-300 Hz:iin. Laakereiden käyttöön liittyy kuitenkin rajoituksia

Riisi. 106 Urakanavien sijainti vetooikosulkumoottorissa (a) ja käyrät

/ - roottorin sydän, 2 - roottorin käämitys, 3 - kaapeli, 4 - urakanava, 5 - staattorikäämi,

6 - staattori, 7 - tekstioliittikiila

Taulukko 4

Ilmaisimet Vetomoottorin tuntitilan perusparametrit

Sähköveturisarja
Moottorin syöttöteho, kW
Verkkojännite, V
Vaihevirta / phi, A
Tehokerroin
Virtataajuus, Hz
Suurin nopeus.
Moottorin akselin vääntömomentti
Pyörän vanteen vetovoima, kN
Sähköveturin nopeus, km/h
Eristysluokka
Vaiheiden lukumäärä
Staattorin napojen lukumäärä
Ilmarako, mm
Moottorin paino ilman vaihdetta
Jäähdytysilman kulutus,
* "Staattorivirran taajuus jatkuvassa tilassa		tila. * 2 B	tila i ", = 890 rpm * 3 Teho

jatkuva käyttö Rm = 500 kW * 4 Moottorin kuparipaino 230 kg (623 kg NB-418K6:lle); moottorin ominaispaino on 4,28 kg / kW, kuparin ominaispaino on 0,255 kg / kW, teräksen ominaispaino on 1,62 kg / kW (0,74 mallille NB-418K6) Roottorin rakojen lukumäärä on її = 80, ja pituus on 455 mm; staattoriurien lukumäärä 1 \ = 108, pituus 465 mm. * 5 Ilman vaihdetta

kov, jonka akselin suurin pyörimisnopeus on 3000-4000 rpm, ja mahdottomuus suorittaa vetovoiman vaimentajaa suurella välityssuhteella. Sarjakäyttöisten vetomoottoreiden kotimaiset laakerit tarjoavat kierrosluvun = 2150 rpm ja hyväksyttävän kestävyyden. klo välityssuhde i = 4,4 ja keskimääräisen kuluneen renkaan halkaisija £> cf = 1200 mm, tämä vastaa sähköveturin suurinta kulkunopeutta PO km/h. Sarjakäyttöisissä sähkövetureissa, joissa on vetomoottorien aksiaalitukijousitus, shah = 5,353. Nopeudella V = 120 km/h ja £> av = 1200 mm saadaan n max = 2800 rpm, mutta teollisuus ei tuota laakereita sellaiseen pyörimisnopeus.

Muuntajan häviöt riippuvat myös asynkronisen vetomoottorin napojen lukumäärästä. Niiden nopeussuhteen pienentämiseksi ki olisi otettava 2,5:ksi

Pohjimmiltaan suuritehoisen asynkronisen käytön luominen riippuu suurelta osin menestyksestä monilla elektroniikan, koneenrakennuksen, teknologian kehityksen jne.

Vuodesta 1982 lähtien VELNII on siirtynyt uuteen vaiheeseen asynkronisilla moottoreilla varustettujen sähkövetureiden luomisessa. Rautatieministeriön vaatimusten mukaan nämä ovat 12-akselisia sähkövetureita (VL86 * -sarja). Heille kehitettiin ja rakennettiin NB-607-moottorit (kuva 107, a ja b); niiden käyttö on yhdistetty VL80R- ja VL80S-sähköveturien käyttövoimaan. Staattori 2 ja roottorin sydän 3 on laminoitu. Staattoripaketti painetaan valurunkoon /. Staattorikäämi 4 on silmukkainen, kolmivaiheinen, kuusinapainen, kiinnitetty uraosaan magneettikiiloilla. Roottorin käämitys on kuparia, tangot on yhdistetty kuparirenkailla ja kiinnitetty uraosaan magneettikiiloilla ja tuulilasin lasinauhoilla. Nopeusanturi on asennettu roottorin akseliin.

Joidenkin harjattomien vetomoottoreiden tekniset perustiedot. Pöytä Kuva 4 esittää VL80 V- ja VL86 f -sähkövetureiden vetomoottoreiden NB-601 ja NB-607 pääparametrit sekä BAZ10577/6:n E120-sähköveturin (Saksa) Air Force Companyn OD64604-moottoreiden vertailua. AEG-sähköveturin 182001 moottorit.

Moottorin tekniset perustiedot.

Tuntitilan teho on 170 kW, tuntitilan pyörimistaajuus 1290 rpm, nimellinen syöttöjännite 530 V, nimellistaajuus 43 Hz ja paino 805 kg.

3-vaiheinen moottori, itsetuulettava oravahäkkiroottorilla. Vetomoottorit asennetaan autoihin 81-740 / 741, tuella vain telirungossa, mikä vähentää moottoriin kohdistuvia iskukuormituksia kulkiessaan alustan epätasaisuuksien ja nivelten läpi.

Moottorit voivat toimia sähkömoottoreina tai generaattoreina. Ensimmäisessä tapauksessa kontaktiverkosta (3. kisko) kulutettu sähköenergia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi, samalla kun kehitetään vääntömomenttia moottorin akselille.

Toisessa tapauksessa moottori muuttaa pyöräparien pyörimisestä akselille tuodun mekaanisen energian sähköenergiaksi, joka voidaan palauttaa kosketusverkkoon (regeneratiivinen jarrutus) tai sammuttaa jarrureostaatilla (vastus), jolloin reostaatti sähköjarrut.

Asynkroniselle sähkökoneelle on tunnusomaista se, että sen toiminnan aikana virittyy pyörivä magneettikenttä, joka pyörii asynkronisesti roottorin nopeuteen nähden.

Vetomoottorilaite .

Vetomoottori koostuu: staattorista, roottorista, kahdesta päätykilvestä, tuulettimesta.

Staattori(kiinteä osa) - suunniteltu käämien asettamiseen siihen. Se on muodoltaan ontto sylinteri, joka on koottu 0,5 mm paksuisista sähköteräslevyistä, jotka on eristetty toisistaan ​​lakkakerroksella, mikä varmistaa pyörrevirtojen häviöiden vähenemisen.

Pyörivän magneettikentän muodostavat vaihekäämit sijaitsevat staattorin sydämen sisäpuolella olevissa koloissa. Staattorin käämitys on kytketty 3-vaiheiseen vaihtovirtalähteeseen - invertteriin.

1,2 reikää päätylevyn kiinnitystä varten

3.käämin ylitys

4. reikä päätykilven keskittämiseen; 5.käämitys

Roottori(pyörivä osa) - oikosulku.

Se on myös koottu tietyn konfiguraation omaavista meistetyistä sähköteräslevyistä, minkä seurauksena roottorin sydämen sisäpuolelle muodostuu uria. Roottorin uriin asetetaan käämi, joka on valmistettu sylinterimäisen (oravan) häkin muodossa kupari- tai alumiinitangoista. Tangot asennetaan ilman eristystä. Tankojen päät on oikosuljettu samasta materiaalista valmistetuilla renkailla. Roottorin käämitystä ei ole kytketty verkkoon ja staattorin käämiin. Roottori on asennettu vetomoottorin akselille. Puhallin on asennettu roottorin akselin käyttöpäähän. T/d-akseli on valmistettu runsasseosteisesta teräksestä. Siinä on useita eri pituisia ja halkaisijaisia ​​kauloja, jotka sopivat niihin laakerikilvet, roottori ja tuuletin.

1- tuuletin; 2 ja 5 - akseli; 3 - oravan häkki; staattorin kotelo.

Laakerikilvet

Päätykilvet on asennettu staattorin molemmille puolille. Suojalaakerit on tuettu vetomoottorin akselille.

Asynkroninen vetomoottorin rakenne

Staattorin uriin asetetaan käämi, joka yksinkertaisimmassa tapauksessa koostuu kolmesta kelasta - vaiheista, jotka on siirretty avaruudessa 120 el. astetta. Induktiomoottorin roottori on sylinteri, joka on valmistettu meistetyistä sähköteräslevyistä. Roottorin pinnalla on pitkittäiskäämitysrakoja. Roottorin ydinlevyjä ei ole erityisesti eristetty, koska useimmissa tapauksissa kattilan eristys riittää. Käämityksen tyypistä riippuen tavanomaisten moottoreiden roottorit jaetaan oikosulku- ja vaiheroottoreihin.

Oravahäkin roottorin käämitys on valmistettu kuparitangoista, jotka on vasaroitu uriin. Molemmilta puolilta nämä tangot on suljettu renkailla. Tangot liitetään renkaisiin juottamalla tai hitsaamalla. Useimmiten oikosulkukäämitys suoritetaan sulalla, alumiinilla ja ruiskuvalulla. Tässä tapauksessa tuulettimen siivet on valettu yhteen tankojen ja renkaiden kanssa.

Oravahäkin roottori

KONEEN PYÖRIVÄN MAGNEETTIKENTÄN MUODOSTAMINEN.

Kolmivaihemoottorin staattorissa on 3 käämiä (vaihetta), jotka on siirretty avaruudessa toisiinsa nähden 120 el. astetta. Vaihekäämityksiin syötettävät virrat ovat ajallisesti 1/3 jakson päässä toisistaan.

Virrat kolmivaihekäämityksessä

Pyörivän magneettikentän muodostuminen.

Asynkronisia moottoreita käytetään laajalti teollisuudessa. Nämä moottorit koostuvat kahdesta pääosasta: kiinteä - staattori ja pyörivä - roottori. Asynkronisessa moottorissa vaihtuva kolmivaihevirta on kytketty staattorikäämitykseen, joka koostuu kolmesta itsenäisestä osasta. Kuten kolmivaihevirran muutosten kaaviosta voidaan nähdä, jännite saavuttaa enimmäisarvo ei samanaikaisesti kaikissa kolmessa vaiheessa, vaan vuorotellen, säännöllisin väliajoin, nyt yhdessä, nyt toisessa, nyt kolmannessa vaiheessa. Näin ollen, jos sisällytät tällaisen virran kolmeen käämiin, jotka sijaitsevat kuvan osoittamalla tavalla kuva:

Magneettivuon maksimiarvo luodaan ensimmäisessä, sitten toisessa ja sitten kolmannessa käämissä, mikä vastaa näihin käämiin kytkettyjen vaiheiden enimmäisvirta-arvoja. Magneettikenttää, joka liikkuu suljetussa ympyrässä tällä tavalla, kutsutaan pyöriväksi magneettikentäksi.

Kuvattu pyörivän magneettikentän luominen on esitetty kuvassa. Jos kytket vaiheen moottorikäämin ensimmäiseen käämiin, vaihe 2 toiseen käämiin ja vaihe 3 käämin kolmanteen kelaan, silloin hetkellä t 1 suurin vuo on ensimmäisessä kelassa, koska tällä hetkellä ensimmäiseen käämiin kytketyn vaiheen 1 virralla on maksimiarvo. Sitten vaiheen 1 virranvoimakkuus vähitellen heikkenee ja nollan läpi kulkeessaan muuttaa suuntaa, tällä hetkellä vaiheen 2 virranvoimakkuuden arvo kasvaa ja vaiheessa t 2 vaiheessa 2 virranvoimakkuus saavuttaa maksimiarvonsa, joten ensimmäinen kela ei luo maksimivirtausta ja toinen. Tämä puolestaan ​​tarkoittaa, että magneettikenttä on kiertynyt 120°. Ajankohtaan t 3 mennessä maksimivirta on vaiheessa 3, ja maksimivuon luo kolmas kela - magneettikenttä on kääntynyt vielä 120º.

Siihen mennessä t 4 syntyy sama kenttäkuvio kuin hetkellä t 1, eli virta saavuttaa jälleen maksiminsa vaiheessa 1 ja maksimimagneettivuon muodostaa ensimmäinen kela. Tämä tarkoittaa, että ajan t 1 aikana - t 2 magneettikenttä on kiertynyt 360° (täysi kierros).

Induktiomoottorin roottorin käämitys on oikosulussa itseensä tai vastukseen. Kiinteällä roottorilla ja virran läsnäololla staattorikäämityksessä pyörivän magneettikentän voimalinjat leikkaavat roottorin käämin paikallaan olevat kierrokset, minkä seurauksena roottorin käämitykseen ilmestyy EMF ja virta. Tämä virta, joka on vuorovaikutuksessa staattorikentän kanssa, muodostaa vääntömomentin, joka pyrkii kääntämään roottoria kentän pyörimissuuntaan. Moottorin roottori alkaa pyöriä. Roottorin nopeuden kasvaessa ristikkäisten voimalinjojen ja EMF:n määrä vähenee ja sen seurauksena oikosulkumoottorin roottorivirta. Roottori ei kuitenkaan koskaan saavuta kenttänopeutta, vaan pyörii aina. Tätä roottorin viivettä staattorin nollasta kutsutaan luistoksi. Mitä suurempi kuormitus moottorin akseliin kohdistuu, sitä suurempi on luisto. Jämäys ilmaistaan ​​prosentteina tai suhteellisissa yksiköissä.

Tyypillisesti induktiomoottoreiden luisto on 2-4 % täydellä kuormituksella.

Induktiomoottorin roottorin nopeus määritetään kaavalla:

missä n on roottorin nopeus, rpm;

f - virtalähteen taajuus;

p on napaparien lukumäärä;

s- liukuva.

ASYNKRONIN MOOTTORIN TOIMINTAPERIAATE.

Staattorin pyörivä magneettikenttä ylittää roottorikäämin johtimet ja indusoi niihin EMF:n. Koska roottorin käämi on suljettu, sen johtimissa syntyy virtoja. Kunkin johtimen virta, joka on vuorovaikutuksessa staattorikentän kanssa, luo sähkömagneettisen voiman - F em. Käämityksen kaikkien johtimien voimien yhdistelmä synnyttää sähkömagneettisen momentin M, joka ajaa roottoria pyörimään pyörimiskentän suuntaan.

Roottorin nopeus n 2 on aina pienempi kuin synkroninen taajuus n 1 ts. roottori jää aina staattorikentän jälkeen. Selvitetään tämä seuraavasti. Anna roottorin pyöriä taajuudella n 2, joka on yhtä suuri kuin staattorin pyörimiskentän taajuus n 1. Tässä tapauksessa kenttä ei kulje roottorin käämitysjohtimien yli. Näin ollen niissä ei aiheudu EMF:ää eikä virtoja, mikä tarkoittaa, että vääntömomentti on M = 0. Siten oikosulkumoottorin roottori ei periaatteessa voi pyöriä synkronisesti staattorikentän kanssa. Staattorin n 2 ja roottorin n 1 kentän taajuuksien eroa kutsutaan luistotaajuudeksi Δn:

Liukutaajuuden ja kenttätaajuuden suhdetta kutsutaan luistoksi:

Yleisessä tapauksessa oikosulkumoottorin luisto voi vaihdella nollasta yhteen. Kuitenkin nimellisjämä SH on tyypillisesti 0,01 - 0,1 %. Muuntamalla lauseketta *), saamme roottorin nopeuden lausekkeen:

Induktiomoottorin roottorin käämitystä ei ole kytketty sähköisesti staattorin käämiin. Tässä suhteessa moottori on kuin muuntaja, jossa staattorikäämi on ensiökäämi ja roottorin käämi toisiokäämi. Erona on, että muuntajan käämien EMF indusoituu magneettivuolla, joka ei muutu ajan myötä, ja moottorin käämien EMF indusoituu vakiovuolla, mutta pyörii avaruudessa. Vaikutus on molemmissa tapauksissa sama. Toisin kuin muuntajan kiinteä toisiokäämi, moottorin roottorin käämitys pyörii sen mukana. Roottorin käämin EMF puolestaan ​​riippuu roottorin nopeudesta. Tämä on helppo varmistaa analysoimalla oikosulkumoottorissa tapahtuvia prosesseja. Staattorin magneettikentän synkroninen pyörimistaajuus liikkuu roottoriin nähden luistotaajuudella Δn. Se myös indusoi roottorin käämitykseen EMF:n E 2, jonka taajuus f 2 liittyy luistoon S:

Ottaen huomioon, että fi = pn 1/60, f 2 = pn 1 S / 60.

Kun nimellisjätteen arvo on luokkaa 0,01-0,1, on mahdollista laskea EMF:n muutostaajuus roottorin käämissä, joka on 0,5-5 Hz (taajuudella t = 50 Hz).

Vetomoottori

Vetomoottori(TED) - sähkömoottori, joka on suunniteltu kuljettamaan ajoneuvoja (sähköveturit, sähköjunat, dieselveturit, raitiovaunut, johdinautot, sähköajoneuvot, sähkölaivat, raskaat sähköajoneuvot, tankit ja tela-ajoneuvot voimansiirrolla, nosto- ja kuljetusajoneuvoilla, itseliikkuvat nosturit jne.). Pyöriviä vetomoottoreita säätelee GOST 2582-81 (paitsi akkukäyttöisiä käsittelykoneita, sähkötraktoreita, sähkökärryjä ja lämpösähköisiä moottorikuljetusjärjestelmiä).

Suurin ero TED:n ja perinteisten suuritehoisten sähkömoottoreiden välillä piilee moottoreiden asennusolosuhteissa ja rajallisessa sijoittelutilassa. Tämä johti niiden suunnittelun erityisyyteen (rajoitetut halkaisijat ja pituudet, monipuoliset sängyt, erityiset kiinnityslaitteet jne.).

Kaupunki- ja rautatieliikenteen vetomoottoreita sekä autojen moottoripyöriä käytetään vaikeissa sääolosuhteissa, kosteassa ja pölyisessä ilmassa. Lisäksi, toisin kuin yleiskäyttöiset sähkömoottorit, vetosähkömoottorit toimivat useissa eri tiloissa (lyhytaikainen, jaksottainen-lyhyt ja usein käynnistyvät), ja roottorin nopeuden ja virrankuormituksen laaja muutos (käynnistettäessä se voi olla 2 kertaa suurempi kuin nimellisarvo). Vetomoottorien käytön aikana esiintyy usein mekaanisia, termisiä ja sähköisiä ylikuormituksia, tärähdyksiä ja iskuja. Siksi niiden suunnittelua kehitettäessä ne tarjoavat osien ja kokoonpanojen lisääntyneen sähköisen ja mekaanisen lujuuden, jännitteisten osien ja käämien lämmönkestävän ja kosteudenkestävän eristyksen sekä moottoreiden vakaan kytkennän. Lisäksi kaivossähkövetureiden TED:n tulee täyttää räjähdyssuojattuja sähkölaitteita koskevat vaatimukset.

Vetomoottoreilla on oltava ominaisuudet, jotka tarjoavat liikkuvan kaluston korkeat veto- ja energiaominaisuudet (erityisesti hyötysuhteen).

Puolijohdeteknologian kehitys on avannut mahdollisuuden siirtyä sähkömekaanisella kommutaatiolla varustetuista moottoreista harjattomiin koneisiin, joissa on kommutointi puolijohdemuuntimilla.

Vaikeiden käyttöolosuhteiden ja mittarajoitusten vuoksi vetomoottorit luokitellaan äärimmäisen käytön koneiksi.

Luokittelu

Vetomoottorit luokitellaan seuraavasti:

Suorituskykyominaisuudet

Vetomoottorien suorituskykyominaisuudet voivat olla yleismaailmallinen, eli se on luontaista kaikentyyppisille EPS:ille ja yksityinen eli tietyntyyppisille EPS:ille ominaista. Jotkut suorituskykyominaisuudet voivat olla keskenään ristiriitaisia.

Esimerkki erityisistä ominaisuuksista: moottoreiden suuri ylikuormituskapasiteetti, joka tarvitaan esikaupunkien sähköjunien ja metrojunien suurten käynnistyskiihtyvyyksien saavuttamiseen; mahdollisuus käyttää jatkuvasti suurinta mahdollista vetovoimaa sähköisissä tavarankuljetusvetureissa; Esikaupunkijunien ja metrojunien TED:n alhainen ohjattavuus verrattuna sähköveturien TED:ään.

TED-laite

Vetomoottori on itse asiassa sähkömoottori, joka siirtää vääntömomentin potkuriin ajoneuvoa(pyörä, tela tai potkuri).

Olennainen seikka vetosähkömoottorien käytössä on tarve varmistaa moottorin tasainen käynnistysjarrutus ajoneuvon nopeuden säätelemiseksi. Aluksi virtaa ohjattiin liittämällä lisävastuksia ja muuttamalla tehopiirien kytkentäpiiriä. Turhasta kuormituksesta eroon pääsemiseksi ja tehokkuuden lisäämiseksi käytettiin pulssivirtaa, jonka säätö ei vaatinut vastuksia. Myöhemmin niitä alettiin käyttää elektroniset piirit huoltaa mikroprosessorit. Näiden piirien ohjaamiseen (riippumatta niiden rakenteesta) käytetään ihmisen ohjaamia ohjaimia, jotka määrittävät vaaditun ajoneuvon nopeuden.

Käämien eristysresistanssin arvo on asetettu asiaankuuluvissa säädöksissä ja teknisissä asiakirjoissa tai työpiirustuksissa. Kaupunki sähköliikenteessä kosteuskestävyystestien jälkeen resistanssin tulee olla vähintään 0,5 megaohmia.

Ajosähkömoottorin tuottama tärinä on asetettava GOST 20815:n mukaisesti vastaavassa normatiivisessa ja teknisessä dokumentaatiossa.

Tekniset tiedot

Vetomoottori NB-418K: 1 - luuranko; 2 - lisätanko; 3 - ankkuriydin; 4 - ankkurilaatikko; 5, 11 - ankkurin etuosat; 6 - keräilijä; 7, 9 - laakerikilvet; 8 - akseli; 10 - laakeri; 12 - kompensointikäämi

Pääsääntöisesti määritetään seuraavat TED:n ominaisuudet:

• Sähkömekaaninen (tyypillinen)
  • riippuen ankkurivirrasta
    • pyörimisnopeus
    • vääntömomentti
• Sähköinen veto
  • riippuen ankkurivirrasta
    • PS:n vetävien pyörien kehänopeus
    • vetovoimat
    • Tehokkuus PS-vetopyörien reunassa
• Pito
• Terminen (ajo-sähkömoottorin yksittäisten osien lämpötilojen riippuvuus ajasta eri ampeerimäärillä);
• Aerodynaaminen (kuvaile moottorin ilmavirtaa).

Luuranko

Vakio- ja sykkivä TED:ssä luuranko suorittaa massiivisen teräsmagneettisen piirin (staattorin) ja rungon - koneen päälaakerin ja suojaavan osan - toiminnot.

Nelinapaisten moottoreiden rungoissa on usein magneettinen ikeen poikkileikkaus ja ne on tehty fasetoiduista. Tämä varmistaa kokonaistilan käytön jopa 91-94 %. Tällaisen luurangon käsittely on monimutkaista, ja massa ylittää lieriömäisen rungon massan. Sylinterimäisten runkojen valmistustekniikka on yksinkertaisempi ja valmistustarkkuus on suurempi. Kokonaistilan käyttö rungon lieriömäiselle muodolle ei kuitenkaan ylitä 80-83%. Pää- ja lisäpylväät, päätykilvet, moottorin aksiaalilaakerit (moottorin aksiaalisella tuella) on kiinnitetty runkoon. Suuritehoisissa moottoreissa käytetään yhä enemmän sylinterimäisiä runkoja.

Moottorin pituus päätykilpien ulkopintoja pitkin, kun raideleveys on 1520 mm, on kaksisuuntaisen voimansiirron tapauksessa 1020-1085 mm ja yksisuuntaisen voimansiirron tapauksessa 1135-1185 mm. .

Erotetaan nelinapaiset moottorit, joissa on pystysuora-vaaka- ja diagonaalinen pääpylväiden järjestely. Ensimmäisessä tapauksessa varmistetaan tilan täydellisin käyttö (jopa 91-94%), mutta luurangon massa on suurempi; toisessa tätä tilaa käytetään jonkin verran huonommin (jopa 83-87%), mutta massa on huomattavasti pienempi. Luurankot ovat muodoltaan lieriömäisiä ja niiden kokonaistilan käyttö on vähäistä (jopa 79 %), mutta yhtäläisissä olosuhteissa niillä on vähimmäispaino. Rungon sylinterimäinen muoto ja pylväiden diagonaalinen järjestely takaavat lähes saman korkeuden pää- ja lisäpylväille.

Harjattomissa TED:issä staattorin ydin on kokonaan laminoitu - koottu ja puristettu eristetyistä sähköteräslevyistä. Se on kiinnitetty erityisillä siteillä-tapit, jotka on asetettu ulompiin uriin kuumennetussa tilassa. Tukirakenteen toiminnot suorittaa valettu tai hitsattu runko, johon staattorisarja on kiinnitetty.

TED-rungot valmistetaan yleensä 25 litran vähähiilisestä teräksestä valettua. Korkeahiilipitoista terästä, jolla on suurempi pakkovoima, käytetään työmoottorina vain sähköajoneuvojen liikkuvan kaluston moottoreissa, joissa käytetään reostaattijarrutusta. Hitsattuja runkoja käytetään moottoreissa NB-507 (sähköveturi VL84). Sydänmateriaalilla tulee olla korkeat magneettiset ominaisuudet teräksen laadusta ja hehkutuksesta riippuen sekä hyvä sisäinen rakenne valun jälkeen: ei onteloita, halkeamia, hilsettä tai muita vikoja. Ne asettavat myös korkeat vaatimukset muotokappaleen laadulle runkoa valettaessa.

Keräilijä

Laakerikilvet

Lineaariset vetomoottorit

Yli 300-384 km / h nopeuksilla pyörien tartuntakerroin kiskoihin pienenee huomattavasti, ja siksi on vaikeaa toteuttaa tarvittava vetovoima pyörän ja kiskon kosketuksen kautta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytetään lineaarisia vetomoottoreita nopeaan maakuljetukseen.

Pyörimistaajuus

Moottorin elementtien lujuuden laskemiseksi testinopeus

• rinnan kytketyille moottoreille - n isp = 1,25 n max
• moottoreille, jotka on kytketty jatkuvasti sarjaan - n isp = 1,35 n max

Nopeussuhde

missä n max ja n nom ovat vastaavasti suurin ja nimellinen pyörimisnopeus;

V max ja v nom - liikkuvan kaluston suunnittelu ja käyttönopeus.

Sähkövetureiden nopeuksien suhde on dieselvetureilla -

Vetomoottorien ja vetovoiman jousitus

Nimellisvirtaa, jännitettä, nopeutta ja muita ominaisuuksia korjataan tarvittaessa määrityksen jälkeen.

TED ilmanvaihto

Ilmanvaihto

Sähköveturit käyttävät intensiivisesti itsenäinen ilmanvaihto... Ilman ruiskuttamiseen käytetään veturin runkoon asennettua erityistä puhallinmoottoria. Tämän tyyppisen ilmanvaihdon suurimmat sallitut lämpötilan nousut eivät saa ylittää taulukossa ilmoitettuja.

Eristyksen lämmönkestävyysluokka	Työtunnit	Sähkökoneiden osat	Lämpötilan mittausmenetelmä	Suurin sallittu lämpötilan nousu, ° C, ei enempää
A	Pitkäaikainen ja ajoittainen	Ankkuri- ja virityskäämit	Vastustusmenetelmä	85
		Keräilijä	Lämpömittari menetelmä	95
	Sentry, lyhytaikainen	Ankkuri- ja virityskäämit	Vastustusmenetelmä	100
		Keräilijä	Lämpömittari menetelmä	95
E	Pitkäaikainen, ajoittainen, tuntikohtainen, lyhytaikainen	Ankkurikäämit	Vastustusmenetelmä	105
		Herätyskäämit		115
		Keräilijä	Lämpömittari menetelmä	95
B		Ankkurikäämit	Vastustusmenetelmä	120
		Herätyskäämit		130
		Keräilijä	Lämpömittari menetelmä	95
F		Ankkurikäämit	Vastustusmenetelmä	140
		Herätyskäämit		155
		Keräilijä	Lämpömittari menetelmä	95
H		Ankkurikäämit	Vastustusmenetelmä	160
		Herätyskäämit		180
		Keräilijä	Lämpömittari menetelmä	105

Sähköjunissa järjestelmää käytetään rungon tilan puutteen vuoksi itsetuuletus TED. Jäähdytys suoritetaan tässä tapauksessa tuulettimella, joka on asennettu vetomoottorin ankkuriin.

Saman moottorin nimellistilojen virtojen tai tehojen välinen suhde riippuu sen jäähdytyksen voimakkuudesta ja on ns. ilmanvaihtokerroin

Lisäksi mitä lähempänä arvoa 1, sitä tehokkaampi ilmanvaihto.

Sähkökoneiden laakerien suurimman sallitun lämpötilan on oltava GOST 183:n mukainen.

Ilman puhdistus

Sähköisen liikkuvan kaluston ilmanvaihtojärjestelmissä on tärkeää varmistaa jäähdytysilman puhtaus. Moottorin tuuletusjärjestelmään tuleva ilma sisältää pölyä sekä hankauksen aiheuttamia metallihiukkasia jarrupalat... Talvella lunta saadaan talteen myös 20-25 g/m³. Näistä epäpuhtauksista on mahdotonta päästä kokonaan eroon. Voimakas kontaminaatio johtavilla hiukkasilla johtaa harjojen ja keräimen lisääntyneeseen kulumiseen (harjojen lisääntyneen paineen vuoksi). Eristyksen kunto ja sen jäähdytysolosuhteet huononevat.

Sähkövetureille hyväksyttävimmät ovat säleiköiset inertia-ilmanpuhdistimet, joissa on etuilmavirtaus arinan tasoon ja joissa työelementtien järjestely on vaakasuora (tehoton, asennettu VL22m, VL8, VL60k) tai pystysuoraan. Hydraulisella tiivisteellä varustetulla pystysuoralla labyrinttiritilällä on suurin tehokkuus pisaroiden kosteuden pidättämisessä. Säleilmanpuhdistimien yleinen haittapuoli on ilmanpuhdistuksen alhainen tehokkuus.

Viime aikoina ilmanpuhdistimet ovat yleistyneet, ja ne tarjoavat jäähdytysilman aerodynaamisen (pyörivän) puhdistuksen (asennettu malleihin VL80r, VL85).

Tehokkuus

Kerroin hyödyllistä toimintaa vetomoottoreille sykkivä virta määritetään erikseen tasavirralle ja sykkivälle.

missä on moottorin nimellisteho (akselilla),
- toimitettu moottorin teho,
- kokonaishäviöt moottorissa,
- jännite moottorin liittimissä,
- nimellisvirta.

missä on pulsaatiohäviö.

DC TED:lle vain DC-tehokkuus riittää.

Tyypillisiä ominaisuuksia

Seuraavat ovat tyypillisiä ominaisuuksia:

• keskimääräiset ominaisuudet, jotka valmistajan on tarjottava testattuaan asennussarjan 10 ensimmäistä konetta,
• tyypilliset ominaisuudet sähkökoneille, joista yksi tai useampi sarja on valmistettu aiemmin.

Kaupunkiliikenteen vetomoottorien tyypillisten tehokkuusominaisuuksien ja tyypillisten ominaisuuksien saamiseksi on testattava ensimmäisen erän 4 ensimmäistä autoa.

Rakenteellinen ja toiminnallinen ylikuormitus

Virran ja tehon raja-arvot määritetään rakenteellinen ylikuormitustekijä

missä I max ja P max - maksimivirta ja jännite, vastaavasti;

I nom ja P nom ovat nimellisvirtaa ja -jännitettä.

Käyttöolosuhteita varten ota käyttö ylikuormituskerroin

missä I eb ja P eb ovat vastaavasti suurimmat nimellisvirrat ja tehot käyttöolosuhteissa.

K per ja K pe arvojen erotus valitaan siten, että rajoittavilla odotettavissa olevilla häiriöillä virran ja tehon arvot eivät ylitä arvoa I max ja P max.

Sovellukset

Sähköveturi EP1

Veturin TED, josta on poistettu moottorin akselin laakereiden kannet

• Veturit (sähköveturit, voimansiirrolla varustetut dieselveturit);
• Sähköjunat ja suurnopeusjunaliikenne (VSNT);
• Panssaroidut ajoneuvot ja muut tela-ajoneuvot;
• Sähkökäyttöiset sähköajoneuvot ja raskaat hyötyajoneuvot (mukaan lukien nosto- ja kuljetusajoneuvot ja ajoneuvonosturit);
• Sähkökäyttöiset moottorialukset (diesel-sähköalukset), ydinkäyttöiset alukset, sukellusveneet;
• Kaupungin sähköliikenne: raitiovaunut, johdinautot;

Moottorilaivoissa, dieselvetureissa, raskaissa kuorma-autoissa ja tela-ajoneuvoissa käytettäessä dieselmoottori pyörittää TED:tä syöttävää generaattoria, joka käyttää potkureita tai pyöriä suoraan tai mekaanisen voimansiirron avulla.

Raskaissa kuorma-autoissa TED voidaan rakentaa itse pyörään. Tätä suunnittelua kutsutaan pyörän moottori... Moottoripyöriä yritettiin käyttää myös busseissa, raitiovaunuissa ja jopa henkilöautoissa.

Tehtaat

Tuotantolaitokset

• Venäjä
  • Sarapul Electric Generating Plant - vetosähkömoottorien ja hydraulipumpun sähkömoottoreiden valmistus sähkötrukkeihin ja sähkökärryihin Venäjän ja Bulgarian tuotantolaitoksen verkkosivuilla
  • Tehdas "Electrosila" Pietarissa - TED vetureille
  • Pihkovan sähkökoneenrakennustehdas - TED kaupunkien sähköliikenteeseen
  • Novocherkassk Electric Veturitehdas - TED vetureille
  • Sibelektroprivodin tehdas Novosibirskissa - TED raskaille kippiautoille, sähköjunille, traktoreille, merialuksille
  • Tehdas "Tatelektromash" Naberezhnye Chelny - TED varten raskaat kippiautot"BelAZ", sähköjunat, kaupunkiliikenne
  • JSC "Karpinsky Electric Machine Building Plant" Karpinskissa - DC-vetomoottorit kaivos- ja kävelykaivukoneisiin, DC-vetomoottori DPT 810 2ES6-sähköveturissa, DC TED -moottoria kehitetään dieselvetureille

• Ukraina
  • "Electrotyazmash" Kharkovissa - TED vetureille
  • "Smeljanskin sähkömekaaninen tehdas" (Smela, Cherkasyn alue) - TED vetureille

• Latvia
  • Riian sähkökoneenrakennustehdas - TED sähköjunille

• Intia
  • Diesel-Locon modernisointityöt - TED vetureille

• Puola
  • EMIT S.A - TED sähköjuniin ja kaupunkien sähköliikenteeseen

Korjaustehtaita

Joidenkin TED-laitteiden tekniset ominaisuudet

Tiedot esitetään yleistietoa ja TED-vertailua varten. Yksityiskohtaiset tekniset tiedot, mitat sekä suunnittelu- ja toimintaominaisuudet löytyvät suositellusta kirjallisuudesta ja muista lähteistä.

TED
moottorin tyyppi	teho, kWt	Nimellisjännite (maksimi), V	Pyörimisnopeus nimellinen (maksimi), rpm	Tehokkuus, %	Paino (kg	Moottorin pituus, mm	Moottorin halkaisija (leveys / korkeus), mm	Ripustusmenetelmä	Liikkuva kalusto
Vetomoottorit dieselvetureille
ED-104	307	-	-	-	2850	-	-	Tuki-aksiaalinen	TE10, 2TE10
ED-120A	411	512 (750)	657 (2320)	91,1	3000	-	-	Tukikehys	-
ED-121	411	515 (750)	645 (2320)	91,1	2950	1268	825/825	Tukikehys	TEM12, TEP80
ED-120	230	381 (700)	3050	87,5	1700	-	-	Tukikehys	-
ED-108	305	476 (635)	610 (1870)	-	3550	-	-	Tukikehys	TEP60, 2TEP60
ED-108A	305	475 (635)	610 (1870)	91,7	3350	1268	-/1525	Tukikehys	-
ED-125	410	536 (750)	650 (2350)	91,1	3250	-	-	Tuki-aksiaalinen	-
ED-118	305	463 (700)	585 (2500)	91,6	3100	1268	827/825	Tuki-aksiaalinen	TE114
EDT-200B	206	275 (410)	550 (2200)	-	3300	-	-	Tuki-aksiaalinen	TE3, TE7
ED-107T	86	195 (260)	236 (2240)	-	3100	-	-	Tuki-aksiaalinen	TEM4
ED-121A	412	780	(2320)	-	2950	-	-	-	-
ED-135T	137	530	(2700)	-	1700	-	-	-	Kapearaiteiset dieselveturit
ED-150	437	780	(2320)	-	2700	-	-	-	TEP150
Sähkövetureiden vetomoottorit (päärata ja avolouhos) mukaan
TL2K1	670	1500	790	93,4	5000	-	-	Tuki-aksiaalinen	VL10 U, VL11 tasavirta
NB-418K6	790	950	890 (2040)	94,5	4350	-	1045	Tuki-aksiaalinen	VL80 R, VL80T, VL80K, VL80S AC
NB-514	835	980	905 (2040)	94,1	4282	-	1045	Tuki-aksiaalinen	VL85 AC
DT9N	465	1500	670	92,6	4600	-	-	Tuki-aksiaalinen	Vetoyksiköt PE2M, OPE1 B tasa- ja vaihtovirralle
NB-511	460	1500	670	93	4600	-	-	Tuki-aksiaalinen	Vetoyksiköt PE2M, OPE1B tasa- ja vaihtovirralle
NB-507	930	1000	670 (1570)	94,7	4700	-	-	Tukikehys	VL81 ja VL85 vaihtovirta
NB-412P	575	1100	570	-	4950	-	1105	Tuki-aksiaalinen	Vetoyksikkö OPE1
NB-520	800	1000	1030(1050)	-	-	-	-	Tukikehys	EP1 vaihtovirta
NTV-1000	1000	1130	1850	94,8	2300	1130	710/780	Tukikehys	EP200
NB-420A	700	-	890/925	-	4500	-	-	Tukikehys	VL82
NB-407B	755	1500	745/750	-	4500	-	-	Tuki-aksiaalinen	VL82m
Vetomoottorit kaupunkiliikenteeseen
DK117M / A	112/110	375/750	1480 (3600)	-	760/740	912	607/603	-	Metro-auto "I" / 81-714, 81-717
URT-110A	200	-	1315 (2080)	-	2150	-	-	-	Metro-auto "Yauza" (käytetään myös sähköjunissa ER2)
DK210A3 / B3	110	550	1500 (3900)	-	680	997	528	-	Johdinautot ZiU-682 V / ZiU-U682V
DK211A / B	150	550	1750/1860 (3900)	-	900	1000	590	-	Johdinautot ZiU-684 / ZiU-682V1
DK211AM / A1M	170/185	550/600	1520/1650 (3900)	91,1	900	1000	590	-	Johdinautot ZiU-684
DK211BM / B1M	170/185	550/600	1700/1740 (3900)	91	880	1000	590	-	Johdinautot

Yleistä tietoa

Ajomoottori DPM-150 autoille A

Vetomoottorien suunnittelun kehittäminen liittyy läheisesti niiden ohjausjärjestelmien suunnittelun parantamiseen. Historiallisesti kaikentyyppisten sähkökuljetusten liikkuva kalusto on rakennettu kommutaattorin vetomoottoreilla. Tämä johtuu ennen kaikkea energiansiirron yksinkertaisuudesta ja sen toimintatilojen ohjauksesta. Tällaisilla moottoreilla on mekaaniset ominaisuudet, jotka ovat käteviä käytettäväksi kuljetuksessa. Keräimen moottoreilla on kuitenkin myös useita haittoja, jotka liittyvät pääasiassa keräimen läsnäoloon. Liikkuvilla koskettimilla (harjoilla) varustettu keräin vaatii säännöllistä huoltoa. Luotettavan kytkennän varmistamiseksi ja kipinöinnin vähentämiseksi sähkömoottorin suunnittelu on monimutkaista. Lisäksi se rajoittaa suurin nopeus pyöriminen, mikä johtaa moottorin koon kasvuun.

Suurinopeuksisen puolijohdetekniikan kehitys mahdollisti 1960-80-luvuilla sen, että kollektorin vetomoottoreiden reostaattiohjausjärjestelmästä luovuttiin ensin, korvattiin se luotettavammalla ja taloudellisemmalla impulssikäytöllä ja siirryttiin sitten autojen tuotantoon. asynkroninen vetovoima. Kotimaan metroissa ensimmäinen sarjavalmistettu impulssiohjattu vaunutyyppi oli 81-718 / 719 vuonna 1991, ja ensimmäinen sarjavalmistettu asynkronisilla moottoreilla varustettu vaunutyyppi oli Yauza 81-720.1 / 721.1 vuonna 1998.

Induktiomoottorien tärkeimmät haitat ovat säätelyn monimutkaisuus ja sähköisen jarrutuksen toteuttamisen monimutkaisuus käytettäessä moottoreita, joissa on oravahäkkiroottori. Siksi tällä hetkellä kehitetään vetokäyttöjen malleja käyttämällä synkronimoottoreita, joissa on roottori kestomagneeteilla, ja venttiili-induktorimoottoreita.

Keräilijän vetomoottorit

Ajomoottori DPT-114 (analogi DK-117:stä)

Venäjällä on yksi yhtenäinen kollektori-DC-vetomoottorisarja, joka sisältää myös metron sähköjunien moottorit. Niillä kaikilla on yhteinen asetteluperiaate ja monia yhtenäisiä yksiköitä ja osia. Yhtenäisten vetomoottoreiden valmistuksessa voit käyttää samantyyppisiä työstökoneita, mikä vähentää niiden kustannuksia. DC-ajomoottoreita käytetään laajalti metroautoissa. Tällaisilla moottoreilla on hyvät vetoominaisuudet, ne ovat rakenteeltaan suhteellisen yksinkertaisia ​​ja luotettavia. Rakenteeltaan sähköisen liikkuvan kaluston vetomoottorit eroavat merkittävästi kiinteistä tasavirtamoottoreista, mikä selittyy niiden sijainnin ja käyttöolosuhteiden erityispiirteillä. Auton korin alle ripustetun vetomoottorin mittoja rajoittavat alavaunun mitat. Sen halkaisija määräytyy pyörän halkaisijan mukaan, koska moottorin alimmasta pisteestä kiskon pään tasoon on säilytettävä tietty etäisyys. Vetomoottorin pituus on rajoitettu kokonaismitat kärryt. Autot on varustettu neljällä vetomoottorilla: yksi jokaiselle pyöräkerralle. Niiden numerointi kulkee akseleita pitkin ohjaamosta laskettuna. Vetomoottori toimii vaikeissa olosuhteissa, koska se kerää likaa radalta, pölyä jarrupaloista, sadetta ja lunta avoimilla radan osuuksilla. Siksi kaikki sen rungossa sijaitsevat osat on suojattava. Vetomoottorin käytön aikana syntyvän lämmön poistamiseksi paremmin ankkuriakseliin on asennettu tuuletin, joka imee ilmaa keräimen sivulta ja ajaa sen moottorin läpi. Kiinteiden sähkökoneiden passissa ilmoitetaan yleensä niiden nimellisteho jatkuvaan käyttöön, eli teho, joka koneen on toimitettava rajoittamattoman ajan, ja sen kokoonpanojen ja osien lämpötila ei saa ylittää normien sallimia arvoja. eristävät materiaalit. Vetomoottorien toimintatapa muuttuu dramaattisesti radan profiilin ja junan painon mukaan. Tämä ei salli vetomoottorin suorituskykyä luonnehtia vain jatkuvan toiminnan nimellistehon arvolla. Siksi vetomoottoreiden ominaisuudet on annettu tunti- ja maksimimoodille.

Asynkroniset vetomoottorit

Asynkroninen vetomoottori DATE-170

Vetomoottorit DATE-170 sisältyvät KATP-1-vetokäyttösarjaan, joka on asennettu vaunuihin 81-720.1 / 721.1 ja 81-740 / 741. Niiden pääparametrit:

• Nimellisteho - 170 kW
• Minimijännite - 530 V
• Staattorivirran nimellistaajuus - 43 Hz
• Nimellisnopeus - 1290 rpm
• Suurin nopeus - 3600 rpm
• Paino - 805 kg

Lisäksi Kazanin, Kiovan ja Prahan metroissa on käytössä kotimaisia ​​autoja, joissa on Skodan valmistama asynkroninen käyttö.

Vetomoottorin suunnittelu

DC-ajomoottorilaite

Kaikissa metroautoissa tasavirtavetomoottoreilla on periaatteessa sama rakenne. Moottori koostuu rungosta, neljästä pää- ja neljästä lisänapasta, ankkurista, päätykilpeistä, harjalaitteesta ja tuulettimesta.

Moottorin luuranko

Se on valmistettu sähkömagneettisesta teräksestä ja siinä on sylinterin muotoinen ja toimii magneettipiirinä. Vaunun rungon poikkipalkkiin jäykkää kiinnitystä varten rungossa on kolme korvakettä ja kaksi turvarivaa. Rungossa on reiät pää- ja apupylväiden, tuuletus- ja keräilyluukkujen kiinnitystä varten. Moottorin rungosta tulee kuusi kaapelia. Rungon päätyosat on suljettu päätylevyillä. Runkoon on kiinnitetty tyyppikilpi, jossa ilmoitetaan valmistaja, sarjanumero, paino, virta, nopeus, teho ja jännite.

Tärkeimmät pylväät

Poikkileikkaus DK-117-vetomoottorista

Ne on suunniteltu luomaan päämagneettivuo. Päänapa koostuu sydämestä ja kelasta. Kaikkien päänapojen käämit on kytketty sarjaan ja muodostavat kenttäkäämin. Ydin on valmistettu 1,5 mm paksuista sähköteräslevyistä pyörrevirtojen vähentämiseksi. Ennen kokoamista levyt maalataan eristävällä lakalla, puristetaan puristimella ja kiinnitetään niiteillä. Ankkuria päin oleva ytimen osa on leveämpi ja sitä kutsutaan napakappaleeksi. Tämä osa tukee kelaa ja myös jakaa paremmin magneettivuon ilmavälissä. E-autoihin asennetuissa DK-108A-ajomoottoreissa (verrattuna D-autojen DK-104:ään) ankkurin ja pääpylväiden välinen rako on kasvanut, mikä toisaalta mahdollisti ajon nopeuden lisäämisen. 26 %, ja toisaalta sähköjarrutuksen tehokkuus on laskenut (moottoreiden hidas heräte regeneratiivisessa tilassa riittämättömän magneettivuon vuoksi). Sähköisen jarrutuksen tehokkuuden lisäämiseksi päänapojen keloissa, kahden pääkäämin lisäksi, jotka luovat päämagneettivuon veto- ja jarrutustiloissa, on kolmas - magnetointi, joka luo ylimääräisen magneettivuon kun moottori toimii vain generaattoritilassa. Magnetointikäämi on kytketty rinnan kahden pääkäämin kanssa ja se saa virtaa suurjännitepiiristä katkaisijan, sulakkeen ja kontaktorin kautta. Päänapojen käämien eristys on organopiitä. Päätanko on kiinnitetty ytimeen kahdella pultilla, jotka on ruuvattu sydämen rungossa olevaan nelikulmaiseen tankoon.

Lisäpylväät

Ne on suunniteltu luomaan lisämagneettivuo, joka parantaa kommutaatiota ja vähentää ankkurin vastetta päänapojen välisellä alueella. Ne ovat kooltaan pienempiä kuin pääpylväät ja sijaitsevat niiden välissä. Apunapa koostuu sydämestä ja kelasta. Ydin on tehty monoliittiseksi, koska sen kärjessä ei synny pyörrevirtoja lisänavan alla olevan pienen induktion vuoksi. Ydin on kiinnitetty runkoon kahdella pultilla. Diamagneettinen messinkitiiviste on asennettu sydämen ja sydämen väliin magneettivuon vähentämiseksi. Lisänapojen käämit on kytketty sarjaan keskenään ja ankkurikäämin kanssa.

Ankkuri

Poikkileikkaus DK-108-vetomoottorista

Tasavirtakoneessa on ankkuri, joka koostuu sydämestä, käämityksestä, kollektorista ja akselista. Ankkurin ydin on sylinteri, joka on valmistettu 0,5 mm paksuisista meistetyistä sähköteräslevyistä. Armatuurin ylittäessä magneettikentän syntyvien pyörrevirtojen häviöiden vähentämiseksi levyt eristetään toisistaan ​​lakalla. Jokaisessa levyssä on kiilareikä kiinnitystä varten akseliin, tuuletusaukot ja raot ankkurikäämin säilytystä varten. Yläosassa urat ovat lohenpyrstön muotoisia. Levyt työnnetään akselille ja kiinnitetään avaimella. Kootut levyt puristetaan kahden painepesurin välissä. Ankkurikäämitys koostuu osista, jotka asetetaan ytimen uriin ja kyllästetään asfaltti- ja bakeliittilakoilla. Käämityksen putoamisen estämiseksi uraosaan vasarataan tekstioliittikiiloja ja käämin etu- ja takaosat vahvistetaan lankanauhoilla, jotka juotetaan tinalla käämityksen jälkeen. Tasavirtakoneen keräimen käyttötarkoitus eri toimintatiloissa ei ole sama. Joten generaattoritilassa kollektorin tehtävänä on muuntaa ankkurikäämitykseen indusoitunut muuttuva sähkömotorinen voima (emf) vakioksi emf:ksi. generaattorin harjoilla, moottorissa - muuttaa virran suuntaa ankkurikäämin johtimissa niin, että moottorin ankkuri pyörii mihin tahansa tiettyyn suuntaan. Keräin koostuu holkista, keräimen kuparilevyistä ja painekartiosta. Keräyslevyt on eristetty toisistaan ​​mikaniittilevyillä, holkista ja painekartiosta - eristävällä hihansuilla. Kerääjän työosa, joka on kosketuksissa harjoihin, hiotaan ja hiotaan. Jotta harjat eivät koskettaisi mikaniittilevyjä käytön aikana, keräimeen tehdään "ura". Tässä tapauksessa mikaniittilevyt tulevat noin 1 mm alempana kuin keräyslevyt. Sydämen sivulle, kollektorilevyissä, on ulokkeet uralla ankkurikäämin johtimien juottamista varten. Keräyslevyillä on kiilamainen poikkileikkaus ja kiinnityksen helpottamiseksi lohenpyrstömuotoinen. Kerääjä painetaan ankkuriakselille ja kiinnitetään avaimella. Ankkurin akselilla on erilaiset laskuhalkaisijat. Ankkurin ja keräimen lisäksi akseliin painetaan teräksinen tuuletinholkki. Laakerin sisäkehät ja laakeriholkit on kuumaasennettu akselille.

Laakerikilvet

Kilvet on varustettu kuula- tai rullalaakerilla - luotettava ja vähän huoltoa vaativa. Keräimen puolella on painelaakeri; sen ulkorengas koskettaa päätykilven holkkia. Vetokäytön sivulle on asennettu vapaa laakeri, jonka ansiosta ankkuriakseli voi pidentää kuumennettaessa. Käytä laakereita varten paksua rasva... Jotta rasvaa ei sinkoudu ulos voitelukammioista moottorin käytön aikana, siinä on hydraulinen (labyrintti) tiiviste. Viskoosi rasva, joka putoaa pieneen rakoon suojukseen työstettyjen urien-labich-renkaiden ja akselille asennetun holkin väliin, keskipakovoiman vaikutuksesta heitetään labyrintin seinille, missä rasva itse luo hydraulisen väliseinät. Päätykilvet on kiinnitetty rungon molemmille puolille.

Harjalaite

Moottorin jakosarjan yhdistämiseksi auton virtapiiriin käytetään EG-2A-merkin elektrografiittiharjoja, joilla on hyvät kytkentäominaisuudet, korkea mekaaninen lujuus ja jotka kestävät suuria ylikuormituksia. Harjat ovat suorakaiteen muotoisia prismoja, joiden mitat ovat 16 x 32 x 40 mm. Harjojen työpinta on hiottu kokoojaan luotettavan kosketuksen varmistamiseksi. Harjat asennetaan pidikkeisiin, joita kutsutaan harjapidikkeiksi, ja liitetään niihin taipuisilla kuparisilla shunteilla: kussakin harjanpitimessä on kaksi harjaa, harjanpitimien lukumäärä on neljä. Harjan painaminen tapahtuu jousella, joka koskettaa toista päätä sormen läpi harjaan ja toinen harjan pidikkeeseen. Harjan paine on säädettävä tiukasti määritellyissä rajoissa, koska liiallinen paine aiheuttaa harjan nopeaa kulumista ja keräimen kuumenemista, ja riittämätön paine ei takaa luotettavaa kosketusta harjan ja keräimen välille, minkä seurauksena syntyy kipinöitä. harjan alla. Puristus ei saa ylittää 25 N (2,5 kgf) ja alle 15 N (1,5 kgf). Harjan pidike kiinnitetään kannakkeeseen ja kiinnitetään kahdella pidikkeeseen painetulla tapilla suoraan päätykilveen. Harjan pitimen ja laakerilevyn kannake on eristetty posliinieristeillä. Keräimen ja harjanpitimien tarkastusta varten moottorin rungossa on luukut, joissa on kansi, jotka suojaavat riittävästi vettä ja likaa vastaan.

Tuuletin

Käytön aikana moottori on jäähdyttävä, koska sen käämien lämpötilan noustessa moottorin teho laskee. Puhallin koostuu teräsholkista ja silumiinisestä siipipyörästä, jotka on kiinnitetty kahdeksalla niitillä. Juoksupyörän siivet on järjestetty säteittäisesti puhaltamaan ilmaa yhteen suuntaan. Puhallin pyörii moottorin ankkurin mukana, mikä luo siihen tyhjiön. Ilmavirrat imetään moottoriin jakotukin puolella olevien aukkojen kautta. Osa ilmavirrasta huuhtelee ankkurin, pää- ja apupylvään, osa kulkee kollektorin ja ankkurin sisällä ilmanvaihtokanavien kautta. Ilmaa työnnetään ulospäin tuulettimen puolelta runkoluukun kautta.

Oravahäkkiinduktiomoottorilaite

Cutaway teollisuusinduktiomoottori

Asynkroninen moottori koostuu kahdesta pääyksiköstä: staattorista ja roottorista. Staattoriin asetetaan kolmivaiheinen käämi, joka luo pyörivän magneettikentän. Magneettikentän pyörimisnopeus määräytyy moottoria syöttävän virran taajuuden ja napaparien lukumäärän mukaan.

Roottorin käämitys on tehty niin sanotun "oravahäkin" muodossa. Se on oikosulussa eikä siinä ole johtoja. Oravahäkki koostuu kupari- tai alumiinitangoista, jotka on oikosuljettu päistään kahdella renkaalla. Tämän käämin sauvat työnnetään sähköteräslevyistä koottuna roottorin sydämen uriin ilman eristystä. Terät on asennettu roottorin päihin muodostaen keskipakotuulettimen. Roottorin virran indusoi siihen nähden liikkuva staattorikenttä. Siten moottorin toimintaa varten tarvitaan ero roottorin pyörimisnopeuksissa ja staattorin kentässä, mikä näkyy sen nimessä.

Vetomoottorin ominaisuudet

Taulukko näyttää tekniset tiedot metroautojen kommutaattorin vetomoottorit:

moottorin tyyppi	DPM-151	DK-102A ... G	SL-104n	USL-421	DK-104A	DK-104G, D	DK-108A	DK-108A1	DK-108G	DK-108D	DK-112A	DK-115G	DK-116A	DK-117A	DK-117DM	DK-120 AM
Vaunujen tyypit			IN 2	KLO 3	KOHDASSA 1				1959	1970			1973	1973	1975	1987	1991
Tuntiteho, kW	153	83	100	70	80	73	64	68	66	66	68	90	72	110	112-114	115
Nimellisjännite, V	750	375			750	375	375	375	375	375	375	375	375	375	375	375
Työkenttä heikkenee, %	65	44,5			40	40	35								28
Tuntivirta, A	225	248			220	220	195	210	202	205	210	270	218	330	330-340	345
Pyörimistaajuus tunneittain, rpm	950 / 968	1160			1300	1355	1530	1450	1510	1600	1600	1600	1360	1480	1480	1500
Jatkuva virta, A	173	205				185	175	182	178	178	185	230	185	295	290	295
Jatkuva nopeus, rpm	1075	1320				1455	1580	1600				1740	1220
Suurin virta, A	450	500				440	420	420					440
Paino (kg	2340	1490				700	615	630	630			625	625	765	760	770
Napaparien lukumäärä	2	2				2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
Keräyslevyjen lukumäärä	185	238				141	175	175	175	175	175		175	210	210
Kiihtyvyys	Kestää	Kestää				Kestää	Kestää submin kanssa.	Kestää submin kanssa.	Kestää	Kestää submin kanssa.			Kestää	Kestää	Kestää
GP-käämin kierrosten lukumäärä	38	16+16				33	30C + 530SH	30C	30	40	40		32	26	26
Ankkurin käämitysvastus, Ohm	0,066	0,041				0,068	0,086	0,078	0,092	0,092	0,092		0,066	0,034	0,0285
Herätyskäämin vastus, ohm	0,0615	0,0269				0,064	0,062+165	0,067+?	0,067	0,108	0,098		0,044	0,048	0,0312
Lisänapojen vastus, ohm	0,0338	0,0215				0,028	0,035	0,034	0,037	0,049	0,049		0,022	0,015	0,0103
Ilmarako pylvään keskustan/reunan alla, mm	5 / 9	2,2 / 5				1,5 / 5,7		3,25 / 9					2,9	2,5	4 / 9

Tällä hetkellä käytössä olevien kollektorin vetomoottorien DK-117 ja DK-120 rakennetta säätelevät tekniset tiedot TU 3355-029-05758196-02.

Kaupunkien pintaliikenteessä käytettävien kollektorisähkömoottorien ominaisuudet.

Kestomagneettisynkronimoottoreita, joilla on etuja painon, mittojen ja energiankulutuksen suhteen, käytetään yhä enemmän vetokäytöissä, vaikka ne vaativatkin monimutkaiset järjestelmät hallinta ja edelleen riittämätön luotettavuus.

Muutaman viime vuoden aikana maailman johtavilta kaluston toimittajilta on tullut monia ehdotuksia kestomagneettisynkronisten vetomoottorien (PMSM) käyttöön liittyen. Nämä moottorit ovat pienempiä ja kevyempiä kuin kolmivaiheiset asynkroniset moottorit, jotka ovat hallinneet markkinoita tähän asti.

PSDM:ää käytettiin erityisesti Alstom AGV V150 -sähköjunassa, joka teki maailmannopeusennätyksen 3.4.2007 (kuva 1). Niitä käytetään liikkuvassa kalustossa eri tarkoituksiin (taulukko) - Citadis Dualis -raitiovaunujunasta (kuva 2) Twindexx-kaksikerroksiseen kaukoliikenteen sähköjunaan (kuva 3) rautatiet Sveitsi (SBB).

Riisi. 1. Nopea sähköjuna AGV V150 ennätysajon aikana Riisi. 2. Raitiovaunu-juna Citadis Dualis (kuva: Alstom) Riisi. 3. Sähköjuna Twindexx (lähde: Bombardier)

Rautatieyritysten katsotaan olevan konservatiivisia uuden teknologian soveltamisessa. Samaan aikaan vetovoiman liikkuvan kaluston kehittäjät ja valmistajat ovat kiinnostuneita edistyneiden teknisten ratkaisujen varhaisesta käyttöönotosta. Jos uusien kehityssuuntien käyttö myötävaikuttaa suorituskyvyn merkittävään parantamiseen, nämä kehitystyöt löytävät nopeasti sovelluksen, minkä vahvistavat kokemus pulssimuuntimien käyttöönotosta sarjaherätettävien DC-vetomoottorien, itsenäisen viritysvetomoottorien, synkronisten moottoreiden ja kolmen tehonlähteenä. -vaiheiset asynkroniset moottorit, joissa on oravahäkkiroottori. Tekniset edistysaskeleet ovat parantaneet vetovoiman tehokkuutta ja hallintaa, mikä parantaa vetotehoa ja vähentää energiankulutusta.

PMSM ja elektroniset ohjauslaitteet ovat eniten moderni teknologia vetovoiman alueella. Asemissa käytetään jo miljoonia PMSM:itä niiden suhteellisen pienen painon ja hyvän ohjattavuuden vuoksi hybridi autot... Suuremmat moottorit tarjoavat samat mahdollisuudet parantaa rautatieajoneuvojen vetokäytön tehokkuutta. Tätä tekniikkaa otetaan käyttöön uudessa liikkuvassa kalustossa eri tarkoituksiin. Tämä paljasti kuitenkin useita merkittäviä ongelmia, jotka on ratkaistava.

Moottorillisissa ajoneuvoissa sisäinen palaminen nopeuden säätämiseen käytetään yleensä monimutkaista mekaanista laitetta - vaihdelaatikkoa, jotta moottori voi toimia optimaalisella nopeusalueella. Rautateiden liikkuvan kaluston vetomoottoreiden tulee toimia tehokkaasti koko nopeusalueella varmistaen vääntömomentin siirtymisen pyörille yksivaihevaihteiston kautta tai suoraan. Tämä mekaanisesti yksinkertainen ratkaisu mahdollistaa luotettavat, vähän huoltoa vaativat käyttöjärjestelmät.

Näin ollen ensimmäinen vaatimus vetomoottoreiden suunnittelussa on niiden kyky tarjota vääntömomenttia tai vetovoimaa laajalla nopeusalueella (0 - 320 km / h).

On tietysti tärkeää, että ajomoottori toimii luotettavasti. Samanaikaisesti kuljettajan ja rautatieliikenteen harjoittajan kannalta on yhtä tärkeää ohjata vääntömomenttia tarkasti ja tasaisesti koko nopeusalueella vetovoiman ohjausjärjestelmän avulla. Oikea vääntömomentin hallinta varmistaa pyörän ja kiskon välisen pidon optimaalisen käytön, tasaisen kiihtyvyyden, tasaisen nopeuden ja sähköisen jarrutuksen.

Kun pyörät ovat vuorovaikutuksessa kiskojen kanssa, vetomoottorin vääntömomentti muunnetaan lineaariseksi veto- tai jarrutusvoimaksi. Kuvassa Kuviossa 4 on esitetty kaavio vetovoiman riippuvuudesta nopeudesta sekä junan liikkeen vastuskäyrä. Vetovoimakäyrä leikkaa vastuskäyrän ns. vakaan nopeuden eli suurimman teoreettisesti mahdollisen nopeuden kohdassa. Tämän pisteen lähellä vetovoiman muutoksen suuruus, jonka seurauksena junan kiihtyvyys syntyy (kuvassa 4 on merkitty punaisella nuolella), on pieni. Kuvassa Kuvassa 5 on esitetty vetovoiman ja vaaditun vetotehon ominaisuudet (teho on yhtä suuri kuin nopeuden ja vetovoiman tulo).

Vetomoottorit on yleensä suunniteltu tiettyä käyttötapaa varten. Moottorin on kehitettävä vaadittu vääntömomentti nollanopeudella ja säilytettävä se nimellisarvoon asti koko työntövoimakäyrän vyöhykkeellä 1. Tämän nopeuden yläpuolella ajomoottori kehittää maksimitehonsa. Vyöhykkeellä 2 työntövoima on kääntäen verrannollinen nopeuteen. Vyöhykkeellä 3 vetomoottorin ominaisuuksien rajoituksista johtuen työntövoima on kääntäen verrannollinen nopeuden neliöön.

Riisi. 4. Vetokyky ja liikevastus
Riisi. 5. Tehoominaisuudet

Pienellä nopeudella moottorin vääntömomentti voisi teoriassa olla suurempi kuin pyörän ja kiskon välisen vuorovaikutuksen välittämä vääntömomentti. Tämä kuitenkin ylikuormittaisi moottoria, ja siksi se tulisi välttää kuljettajan tai elektronisen ohjausjärjestelmän asianmukaisilla toimilla.

Aikaisemmin jännitteensäätöä käytettiin ohjaamaan DC-ajomoottoreita vaihtamalla niiden kytkentäpiiri sarjasta rinnakkaiseksi ja virtasäädöllä käynnistys- ja jarruvastuksia käyttämällä. Nykyaikaisessa liikkuvassa kalustossa molempien hallintaan keräimen moottorit tasavirtaa sekä synkronisia ja asynkronisia AC-moottoreita käytetään elektronisia järjestelmiä, jotka tarjoavat muutoksen jännitteessä tai sekä jännitteessä että taajuudessa. Nykyään käytetyt sähkökäyttöiset vetojärjestelmät mahdollistavat laadukkaan ohjauksen koko nopeusalueella suhteellisen yksinkertaisilla ohjausalgoritmeilla.

PMSM-ohjauksella on helppo saavuttaa vaaditut ominaisuudet vakiovääntövyöhykkeellä, mutta vakiotehoalueella ohjaamiseen tarvitaan monimutkaisempia algoritmeja.

AC- ja DC-moottorit, kuten PMSM, toimivat pohjimmiltaan samojen fysikaalisten lakien perusteella. Siksi niiden johtamisen periaatteet ovat jossain määrin samanlaisia. V sähköautot kaikenlaista vääntömomenttia syntyy kahden magneettikentän vuorovaikutuksessa. Jotta vääntömomentti ilmaantuisi näiden magneettikenttien intensiteetin vektorien välille, on oltava tietty kulma, joka on mieluiten yhtä suuri kuin 90 e. rakeita. Nämä kentät voidaan luoda moottorin käämien läpi kulkevilla virroilla tai kestomagneetit.

Tällä hetkellä vetokäytöissä käytetään pääasiassa kolmivaiheisia asynkronisia moottoreita. On kuitenkin erittäin tärkeää ymmärtää muuntyyppisten sähkökoneiden staattorin ja roottorin magneettikenttien luonne ja käyttäytyminen.

Perinteisessä tasavirtamoottorissa staattorikentän pohjois- ja etelänapa on aina suunnattu samaan suuntaan, kun taas ankkurikenttä (roottori) on siirtynyt 90 e. rakeita keräilijän käytön vuoksi. Sarjaherätteellä varustetussa moottorissa sama virta kulkee sekä staattorikäämin että roottorikäämin läpi, kun taas itsenäistä herätemoottoria käytettäessä on mahdollista ohjata itsenäisesti roottorin ja staattorin kenttiä.

Perinteisessä kolmivaiheisessa synkronisessa moottorissa roottorin magneettikenttä syntyy sen käämin läpi kulkevasta virrasta ja kentän suuntaus määräytyy roottorin käämin fyysisen sijainnin mukaan. Staattorikentän muodostaa sen käämin läpi kulkeva virta ja se pyörii nopeudella, joka määräytyy sen invertterin taajuuden mukaan, josta staattorikäämitys saa virtaa. Staattori- ja roottorikenttien välinen kulma kasvaa vääntömomentista riippuen, ja roottorin ja staattorin kentän nopeudet ovat samat. Kun kulma muuttuu negatiiviseksi, moottori siirtyy jarrutustilaan.

Kolmivaiheisessa oikosulkumoottorissa staattorin magneettikenttä indusoi roottorin käämitykseen virran (kuva 6), joka puolestaan ​​synnyttää magneettikentän. Jälkimmäinen, vuorovaikutuksessa staattorikentän kanssa, luo veto- tai jarrutusmomentin. Vetotilassa roottorin nopeus on pienempi kuin muuntimen asettama staattorikentän nopeus ja jarrutustilassa suurempi. Vääntömomenttia ei synny, jos nopeudet ovat samat. Roottorin nopeuden ja staattorikentän suhdetta kuvaa arvo, jota kutsutaan luistoksi.

PMSM:ssä roottorikentän muodostavat magneetit, jotka joko jakautuvat roottorin pinnalle tai sijoitetaan sen uriin (kuva 7). Jälkimmäisessä tapauksessa saadaan aikaan suurempi mekaaninen lujuus ja pienemmät pyörrevirtahäviöt roottorissa. Neodyymi-rauta-booriseos (Nd2Fe14B) on yleistynyt kestomagneettien materiaalina optimaalisten magneettisten ominaisuuksiensa ansiosta. Staattorin magneettikenttä luodaan kolmivaiheisella moninapakäämityksellä, joka on sijoitettu laminoidun sydämen uriin.

Riisi. 6. Oravahäkkiroottorilla varustetun asynkronisen moottorin toimintaperiaate
Riisi. 7. SDPM:n toimintaperiaate

Kaikissa sähkökoneissa pyörivä magneettikenttä tuottaa EMF:n, joka on vastakkainen syöttöjännitteeseen nähden - ns. back-EMF. Nollapyörimisnopeudella se on nolla, mutta se kasvaa lineaarisesti kasvunsa myötä. Jotta vääntömomentti pysyisi vakiona vyöhykkeellä 1 (katso kuvat 4 ja 5), ​​syöttöjännitettä on lisättävä.

Sähkökoneen vääntömomentti on magneettivuon ja virran tulos. Tehopuolijohdemuunnin säätelee syöttöjännitteen tasa- tai yksivaihejännitettä siten, että moottorin käämien virta-arvot ovat hyväksyttävissä rajoissa. Nykyaikaisin ratkaisu on insulated gate bipolary transistore (IGBT) perustuvien muuntimien käyttö pulssinleveysmodulaatiolla.

Vyöhykkeellä 1, jossa vetovoima on vakio, jännitteen (ja asynkronisen moottorin tapauksessa taajuuden) on noustava suhteessa moottorin kierrosnopeuteen, kun taas magneettivuon ja virran tulon arvo, ts. vääntömomentti pysyy vakiona. Jos nimellisnopeus ylittyy, käytettyä jännitettä ei voida lisätä tehonmuuttajan ja moottorin eristyksen parametrien rajoitusten vuoksi. Kuitenkin mekaanisten ominaisuuksien kannalta pyörimisnopeus voi olla suurempi.

Siirtyminen vyöhykkeelle 2 tapahtuu heikentämällä kenttää, kun taas taka-EMF pienenee tai (PMSM:n tapauksessa) sen vaikutusta torjutaan. Tasavirtamoottoreissa tämä saavutetaan vähentämällä kenttäkäämin läpi kulkevan virran määrää, koska sen rinnalle on sisällytetty kenttäheikennysvastus perinteisessä synkronisessa moottorissa, vähentämällä roottorin käämin virtaa. Induktiomoottorissa kentän heikkeneminen tapahtuu automaattisesti staattorikäämin virran taajuuden kasvaessa, kun syöttöjännite pysyy ennallaan. PMSM:ssä on vaikeampaa suorittaa kentänheikennystä, koska roottorikentän muodostavat kestomagneetit.

Vyöhykkeellä 3 vuo ja virta pienenevät nopeammin kuin vakiotehovyöhykkeellä, jotta vältytään moottorin sähköisten ja mekaanisten rajojen ylittämiseltä. Esimerkiksi DC-moottorissa, jossa on riippumaton heräte, myös ankkurivirta pienenee nopeudesta riippuen.

Pääsyy PMSM:n käytön laajentamiseen vetokäytöissä on niiden merkittävät edut kolmivaiheisiin asynkronisiin moottoreihin verrattuna. Noin 80 % toiminta-alueelta PMSM:n hyötysuhde on 1-2 % suurempi ja ominaisteho 30-35 % suurempi, minkä seurauksena kun yhtä suuri teho SDPM:n mitat ja paino ovat noin 25 % pienemmät.

Asynkronisessa moottorissa roottori lämpenee liukuvoiman vuoksi. PMSM:ssä sitä ei käytännössä ole, minkä vuoksi roottoria ei tarvitse jäähdyttää. PMSM:n staattori on yleensä täysin suljettu ja siinä on nestejäähdytys, mikä parantaa moottorin luotettavuutta. Lisäksi PMSM:ää käytettäessä on mahdollista suorittaa sähköinen jarrutus pienillä nopeusarvoilla, mikä mahdollistaa itseohjautuvan jarrutuksen periaatteessa, kun staattorin käämit ovat oikosulussa. Näitä etuja ei kuitenkaan voida saavuttaa ilman kompromisseja. PMSM:n leviämistä sähkövetotarkoituksiin on tunnistettu seitsemän päätekijää, vaikka menetelmiä näiden ongelmien ratkaisemiseksi on jo kehitetty.

Neljän kvadrantin muuntimen ja moottorin koko- ja kustannusrajoitukset eivät salli niiden käyttöä koko nopeusalueella vain pitämällä syöttöjännite niin paljon korkeampana kuin back-EMF, jotta virta on riittävä vaaditun vääntömomentin saavuttamiseen. . Ongelma voidaan ratkaista kentän heikennyksellä, joka luo jatkuvan vääntömomentin ja vakiotehovyöhykkeitä. Koska kestomagneettien tuottaman kentän säätö on vaikeaa, kentän heikkeneminen saadaan aikaan ruiskuttamalla virtaa staattorin käämiin. Siten luodaan kenttä voimakkuusvektorilla, joka on suunnattu roottorin kestomagneettien luomaa kentänvoimakkuusvektoria vasten. Tällöin staattorikäämin kuparissa esiintyy häviöitä, mikä jossain määrin vähentää kestomagneettiroottoria käytettäessä pienistä häviöistä saatua positiivista vaikutusta.

Kentän heikkenemisen aiheuttavien virtojen ohjaamiseksi on tarpeen määrittää roottorin asento 1-2 elin tarkkuudella. rakeita. Nelinapainen moottori vaatii mekaanisen resoluution vähintään 1,5 el. rakeita. Jos antureita käytetään, ne vaativat erittäin suurta tarkkuutta ja luotettavuutta, jotta ohjausjärjestelmä toimisi kunnolla. Ohjaus on mahdollista ilman antureita, mutta tämä voi heikentää säädön tarkkuutta.

Magneettivuo riippuu lämpötilasta, kun taas kentänvoimakkuus laskee noin 1 % roottorin lämpötilan noustessa 10 K. PMSM:lle, joka toimii lämpötila-alueella 200 K (-40 - +160 °C) , tämä on välttämätöntä. Niin elektroninen järjestelmä johdon on valvottava Työskentelylämpötila ja ottaa se huomioon ohjaussignaalia muodostettaessa.

Jokainen PMSM vaatii erillisen tehopuolijohdeohjaimen, joka takaa ohjauspulssin syöttämisen virtapiirin kytkemiseksi päälle tarkalleen haluttuun aikaan. Nykyaikaisessa vetovoimassa käytetään kuitenkin yhä enemmän kunkin moottorin yksilöllisiä ohjausjärjestelmiä. Siten tämä ongelma on ratkaistu.

Suurilla virroilla ja korkeissa lämpötiloissa voi tapahtua peruuttamatonta demagnetoitumista, vaikka roottorin lämpötila ei saavuttaisi Curie-pistettä välillä 310-370 °C. Vaarallisempi on kuitenkin oikosulku staattorikäämityksessä, joka voi tuhota moottorin, koska kestomagneettien aiheuttama pyörivä kenttä aiheuttaa edelleen merkittäviä virtoja staattorissa. Tässä demagnetointi voi olla hyödyllistä, koska se vähentää näitä virtoja.

Toinen ongelma on, että kuormittamattoman käytön aikana (junan rullattaessa) kestomagneettimoottorin pyörivä roottori jatkaa virtojen indusoimista staattorin sydämessä. Syntyvät pyörrevirrat yhdessä hystereesiilmiön kanssa aiheuttavat hävikkiä teräksessä, mikä heikentää moottorin hyötysuhdetta.

PMSM:ssä käytetyillä harvinaisilla maametalleilla on hyvät magneettiset ominaisuudet, mutta ne ovat melko herkkiä mekaaniselle ja lämpörasitukselle. SDPM:n roottorin rakenne on monimutkaisempi kuin asynkronisten moottoreiden. PMSM-ohjauspiiri on myös monimutkaisempi useiden takaisinkytkentäsilmukoiden ja signaalimuunnostarpeen vuoksi.

On monia käyttöalueita, joilla PMSM:n edut ovat epäilemättä suurempia kuin niiden haitat, mikä tekee niistä houkuttelevia vetovoimansuunnittelijoille. Pienemmät mitat ja painot ovat erityisen tärkeitä, kun tilaa on rajoitetusti - esimerkiksi kun on tarpeen sijoittaa moottori pyöräkerran akselille ilman vaihdelaatikkoa.

Korkeampi hyötysuhde ja pienemmät roottorihäviöt tarjoavat PMSM:lle merkittäviä parannuksia koskevia etuja suorituskykyominaisuudet liikkuvaa kalustoa ja vähentää energiankulutusta (kuva 8). Tämä näkyy erityisesti Alstom V150 -sähköjunan esimerkissä. Asynkroniset moottorit asennetaan vaunujen runkojen alle sijaitseviin teleihin, kun taas PMSM voidaan sijoittaa teleihin nivelten alle, mikä vähentää vetovoiman monimutkaisuutta ja painoa.

Riisi. 8. PMSM:n sähkömekaaniset ominaisuudet ja tehokkuus

PMSM voi tulevaisuudessa saada paljon laajemman sovelluksen vetokäytössä (taulukko), aivan kuten 1980-luvun puolivälissä yleistyivät kolmivaiheiset asynkroniset vetomoottorit, jotka korvasivat tasavirtamoottorit.

Esimerkkejä vetovoiman PMSM:n soveltamisesta

Operaattori, maa	Liikkuva kalusto	Valmistaja
NTV (Italia)	25 nopeaa AGV-junaa	Alstom
SBB (Sveitsi)	59 kaksikerroksista sähköjunaa Twindexx	Bombardier
SNCF (Ranska)	31 raitiovaunu-juna Citadis Dualis	Alstom
SNCF (Ranska)	Regiolis-sähköjunat (puitesopimus)	Alstom
SNCF (Ranska)	Omneo sähköjunat (puitesopimus)	Bombardier
Praha, Tšekin tasavalta)	Matala lattia raitiovaunut tyyppi 15T	Skoda
Tokion metro (Japani)	Sähköjunat 16000 sarja	Kawasaki
JR East (Japani)	E331-sarjan lähijunat Tokioon	Toshiba
Prototyypit
Münchenin metro (Saksa)	Sähköjuna tyyppi C19 Syntegra-teliillä	Siemens
Kiina	Polttokennoveturin prototyyppi	CNR Yongji
Ruotsi	Sähköjuna Grona Taget	Bombardier
Turkki	Matalalattiainen raitiovaunu Citadis X04	Alstom
Japani	Vaihtuvan raideleveyden juna	RTRI

Maailman rautatiet - 2011