§ 31. Главные полюса

Назначение и число полюсов. Главные полюса служат для создания основного магнитного потока. У тяговых двигателей с напряжением на зажимах ІІ ном = = 1500 В число полюсов определяется не-

обходимостью соблюдать некоторое максимальное допустимое напряжение екср между двумя соседними коллекторными пластинами. При петлевой обмотке, линейной нагрузке А = 400 -т-600 А/см, коллекторном делении, приведенном к поверхности якоря, 0,55—0,7 см и среднем к.п.д. двигателя 0,93 число пар полюсов

2р = (0,5 Н- 0,78) Рпш/ити Меньшие значения принимают при больших, напряжениях (7Н0М, большие — при меньших. При одинаковых значениях У ном и ^"ном двигатель с меньшим числом полюсов имеет более простую конструкцию и менее трудоемок в изготовлении. Поэтому целесообразно принимать возможно меньшее число полюсов. Для мощных двигателей уменьшение числа полюсов ограничивается необходимостью удлинения коллектора из-за увеличения тока иа один палец щеткодержателя, реактивной э.д е., а также затруднениями, связанными с размещением компенсационной обмотки. Из формулы для определения числа полюсов видно, что для заданной мощности число полюсов будет меньше при более высоком напряжении на зажимах двигателя.

Каждый главный полюс тягового двигателя состоит из сердечника, обмотки и выводных кабелей.

Сердечники главных полюсов. Сердечники выполняют шихтованными перпендикулярно оси якоря; их набирают из неизолированных листов стали толщиной 1,5—2 мм. По краям сердечника ставят утолщенные боковины, углы которых, а иногда и сердечника полюса скругляют или срезают по плоскостям в виде фасок для облегчения изготовления катушки.

Средние листы сердечника у двигателей некоторых типов (ДПЭ-400 и др.) несимметричные; часть одной стороны конца полюсной дуги срезана. При сборке сердечника листы чередуют, устанавливая попеременно то стороной со срезанным, то с несрезанным концом. Такое уменьшение сечения сердечника вызывает ослабление магнитного потока, что повышает устойчивость машины к возникновению кругового огня. Выбор рациональной длины полюсной дуги и очертания полюсных наконечников позволяют

Рис. 80. Общий вид сердечников главных полюсов тяговых двигателей НБ-406 (а) и НБ-412К (б)

получить желаемое распределение индукции в воздушном зазоре, что является одним из основных мероприятий по устранению искрения и вспышек на коллекторе. Поэтому в двигателях полюсные наконечники имеют сложную форму.

Изготовление сердечника главного полюса из отдельных листов значительно уменьшает потери энергии в его поверхностном слое, обращенном к якорю, возникающие от колебания магнитного потока вследствие зубчатой формы сердечника якоря.

Собранные листы 2 сердечника (рис. 80) спрессовывают усилием около 100 кН и скрепляют четырьмя — шестью заклепками 5, для которых в листах выш-тампованы соответствующие отверстия. Общая площадь сечения заклепок для обеспечения монолитности полюса должна быть не менее 1/50 площади листа сердечника. По краям сердечника ставят утолщенные боковины /. Для крепления сердечника к остову в середине листов у большинства двигателей отечественного производства выштампованы отверстия, в которые пропускают один-два стальных стержня 4 и 6. Площадь сечения стержня должна быть такой, чтобы в стержни можно было ввернуть крепящие болты на глубину, не меньшую 1,25 их диаметра.

На главные полюса действуют следующие силы: касательные, вызванные вращающим моментом двигателя и приложенные к поверхностям полюсов, обращенным к якорю; собственный вес; магнитного притяжения сердечников к остову (с одной стороны) и якорю (с другой).

Болты 7, крепящие полюс к остову, рассчитывают так, чтобы после их затяжки образовались силы трения, не допускающие сдвига полюса с места посадки. Болты через отверстия 3 ввинчивают в сплошное тело стержня, давление от которого равномерно передается на отдельные листы сердечника. Это позволяет осуществить надежную затяжку полюса; кроме того, резьба в стержне значительно прочнее, чем в пластинчатом теле. Болты выполняют из высококачественной стали бычно с четырехкратным запасом по отношению к пределу текучести; они имеют недежное устройство, предотвращающее их самопроизвольное отвертывание.

Общее число болтов на полюс и их диаметр (по внутреннему диаметру резьбы) выбирают так, чтобы напряжение в осях не превосходило допускаемого значения. На тяговых двигателях отечественного производства устанавливают не менее трех болтов, на зарубежных двигателях — не менее двух.

У относительно маломощных двигателей главный полюс к остову тягового двигателя иногда крепят тремя шпильками, ввертывая их в тело сердечника (двигатели ДК-Ю4, ДК-Ю2 и др.).

Обмотка главных полюсов. Эта обмотка состоит из катушек, которые создают основную м.д.с. возбуждения, или из катушек возбуждения и катушек компенсационной обмотки. Компенсационная обмотка необходима, когда конструкционная скорость локомотива вдвое выше номинальной, а также в том случае, когда необходимо при наибольшей скорости

реализовать мощность 0,5РНОМ. Обычно эту обмотку устанавливают на двигателях большой мощности (более 700 кВт), работающих при глубоком ослаблении возбуждения. Считают также, что компенсационная обмотка нужна, если ^ном«ном>350 ООО кВт • об/мин (гдепном — частота вращения якоря при часовом режиме). Применение компенсациоииой обмотки снижает потенциальную напряженность тяговых двигателей, повышает устойчивость возбуждения добавочных полюсов. Из-за уменьшения воздушного зазора под главными полюсами и размагничивающего действия реакции якоря при компенсациоииой обмотке снижается расход меди в катушках полюсов иа 25—30% и повышается на 8—10% мощность машины. В двигателях пульсирующего тока применение компенсационной обмотки позволяет также уменьшить индуктивность сглаживающих реакторов и индуктивных шунтов.

Насыщение магнитной цепи главных полюсов обычно значительно. Поэтому число витков катушки полюса определяют по м.д.с. главного полюса FB№ при номинальном режиме; производят подсчет магнитного напряжения для всех остальных участков магнитной цепи и размагничивающей составляющей реакции якоря, т. е шв = l,02FBH/(PHOM/4) (здесь Рном — коэффициент возбуждения при номинальном режиме; 1,02 — коэффициент запаса на неточности при изготовлении).

Площадь сечения меди выбирают по сортаменту таким образом, чтобы катушки наиболее рационально размещались во внутренней полости двигателя, обеспечивая его компактность.

Катушки главных полюсов наматывают из шинной меди иа специальных намоточных станках, применяя соответствующую оправку-шаблон. При числе витков 30—40 катушку наматывают плашмя в два слоя; при числе витков 18—25 возможна намотка в один слой; при числе витков 8—15, особенно при круглом остове, катушку наматывают на ребро в один слой (иа двигателях НБ-414В, НБ-418К6 и др.),

Двухслойные катушки наматывают от середины, для чего полоски меди предварительно перегибают на узкое ребро в

месте, соответствующем будущему переходу из одного слоя в другой. Вследствие этого оба конца обмотки выходят наружу катушки, что удобно для устройства выводов. В многослойных катушках переходы выполняют накладками, приваренными или приклепанными к виткам. Однослойные и двухслойные катушки получаются наиболее жесткими, а следовательно, менее вероятно ослабление их посадки на сердечнике. К крайним виткам катушки приваривают припоем (например, ПМФ) специальные скобы, к которым болтами крепят выводные шины.

Изоляция катушек главных полюсов состоит из межвитковой и корпусной. У катушек по классу нагревостойкости В изоляцию витков выполняют асбестовой бумагой, а между слоями у двухслойных катушек (двигателей НБ-406, ДК-Ю6, УРТ-ПОА и др.) устанавливают изоляционные прокладки из миканита. Корпусную изоляцию класса В изготовляют из асбестовой или кипериой ленты, а класса Н — из стеклослюдинитовой.

Изоляцию катушек по классу нагревостойкости И выполняют по типу «Моно-лит-2». В этом случае для корпусной изоляции применяют стеклослюдинито-вую ленту ЛСКН толщиной 0,13 мм, для покровной — стеклоленту толщиной 0,13 мм — один слой в половину ширины ленты, для витковой — асбест толщиной 0,6 мм. При моноблочном исполнении катушки ее пропитывают совместно с вставленным в нее сердечником.

Толщина корпусной изоляции определяется напряжением на коллекторе (иа э.п.с. постоянного тока — напряжением на токоприемнике) и электрической прочностью примененного изоляционного материала. Изоляция катушек главных полюсов, как и остальных обмоток, должна обладать высокими монолитностью, вла-го- и маслостойкостью, механической, а также электрической прочностью. Мощность тяговых двигателей без увеличения их размеров и массы можно повысить, улучшив условия теплоотдачи корпусной изоляции обмоток.

Теплопроводность монолитной изоляции на 25—30% выше. По нагревостойкости такая изоляция позволяет коэффициент теплоотдачи для поверхностей катушки, прилегающих к сердечнику и

остову, повысить с 0,2 до 1 по сравнению с микалентной. Коэффициент линейного расширения в среднем равен коэффициенту линейного расширения меди Пробивное напряжение монолитной изоляции почти в 2 раза выше, чем изделий со стекломикалентной изоляцией, и составляет в среднем 16,1 против 8,3 кВ.

Основными операциями при изготовлении катушек как с серийной стекломикалентной, так и с монолитной изоляцией являются: намотка медных шин на станке по шаблону, отжиг, приварка выводных шин или кабелей медно-фосфористым припоем ПМФ, опрессовка катушки, набор витковой изоляции и выпечка, укладка корпусной изоляции и выпечка. Последующие операции зависят от вида изоляционных материалов.

При корпусной монолитной изоляции после набора витковой изоляции из сухих асбестовых прокладок толщиной 0,5 мм и формовки катушки в специальном приспособлении производят намотку корпусной изоляции лентой из стеклослюдини-тового полотна в 8—12 слоев в зависимости от напряжения на зажимах двигателя. Затем корпусную изоляцию сушат 24 ч при температуре 180 °С, чтобы удалить летучие вещества, находящиеся в ленте. После этого на катушки с некоторым натягом накладывают ленту из фторопластовой пленки. Для фиксации размеров во время пропитки в окно обмотки закладывают силуминовый макет сердечника, а катушку укладывают в кассету. Затем в специальной установке осуществляют ее пропитку композицией, состоящей из эпоксидной смолы и отвердителя. Из автоклава кассету с пропитанной катушкой перемещают в индукционную печь для выпечки и отвердения пропи-

точной композиции при температуре 150 °С. После этого кассету охлаждают и разбирают. Снимают пленку, зачищают и лудят выводные шины, проверяют электрическую прочность корпусной изоляции, убеждаются в отсутствии межвит-ковых замыканий. Наличие на катушке ленты из фторопластовой пленки предотвращает вытекание пропиточной композиции в процессе отвердения и обеспечивает получение (после пропитки) калиброванного по толщине и гладкого (без наплывов) слоя янтарного цвета литой монолитной изоляции, что резко повышает ее влагостойкость.

Катушки главных полюсов со стекломикалентной изоляцией (рис. 81) закрепляют полюсными сердечниками, которые имеют Т-образную форму. В эксплуатации стекломикалентная изоляция усыхает, а следовательно, нарушается плотность крепления. Поэтому между катушкой 5 и приливом остова / ставят стальную пружинную рамку 8, упруго компенсирующую нарушение плотности крепления катушки.

Ограниченное пространство для размещения пружинных рамок не позволяет добиться достаточной эластичности такого крепления, поэтому между плоскостью катушек и выступами полюсных сердечников 4 дополнительно ставят еще разрезные пружинные фланцы 9 (из стали 60С2А толщиной 3 мм). Пружинные рамка и фланец также предохраняют корпусную изоляцию от разрушения при вибрациях, однако создают двойной воздушный зазор, затрудняющий теплоотдачу от меди катушки к сердечнику полюса через слой корпусной изоляции. Во время ремонта тяговых двигателей усадку изоляции катушек полюсов и возникшие

Рис 81 Устройство крепления главного полюса к остову тягового двигателя НБ-4І8К6: / — остов, 2 — болт, 3 — стальной стержень; 4 — сердечник; 5 — катушка полюса; 6 — компенсационная обмотка, 7 — заклепка; 8 — стальная пружинная рамка; 9 — пружинный фланец

Рис 82 Устройство крепления моноблока главного полюса к остову (а) и компенсационная

обмотка (б) тягового двигателя НБ-418К6 / — паз для катушки компенсационной обмотки, 2— сердечник полюса, 3 — обмотка возбуждения; 4 — силуминовая прокладка; 5 — остов, 6—катушка компенсационной обмотки, 7 — вывод этой обмотки

в результате этого неплотности компенсируют, устанавливая дополнительные прессшпановые прокладки между катушкой и остовом. Стекломикалентная изоляция на битумных связующих и микалент-ной бумаге имеет недостаточную влагостойкость и не обеспечивает необходимую надежность тяговых двигателей при возросшей интенсивности эксплуатации э.п.с. Монолитная изоляция повышает срок службы тяговых двигателей, позволяет снизить нагрев меди (двигатели НБ-418К6, ТЛ-2К1, РТ-51м и др.) и изготовлять изолированную катушку вместе с сердечником без разрезного фланца и пружинной рамки (т. е. без двойного воздушного зазора). Для улучшения теплоотдачи в пространство между катушкой и остовом ставят силумино-вую прокладку 4 (рис. 82). При моноблочных полюсах упрощается монтаж катушек в остове, повышается надежность работы тяговых двигателей.

Катушки компенсационной обмотки располагают в пазах / сердечников главных полюсов. Компенсационную обмотку применяют для подавления поперечной реакции якоря. Кроме того, применение ее позволяет уменьшить массу меди обмоток остова. Последнее объясняется существенным уменьшением числа витков обмоток как главных, так и добавочных полюсов. У главных полюсов оно уменьшается вследствие того, что можно делать относительно небольшим воздушный зазор под ними, а у добавочных — потому, что существенно уменьшается доля их м.д.с , необходимая для

компенсации м.д.с. якоря. Однако компенсационная обмотка несколько усложняет двигатель, увеличивается число возможных очагов аварий, в некоторой мере снижается ремонтопригодность двигателя. Наиболее часто у компенсационных обмоток повреждаются лобовые соединения и переходы между катушками. Компенсационную обмотку применяют, лишь убедившись (для чего проводят ряд сравнительных расчетов) в ее безусловной необходимости. Обычно применение ее считают оправданным, когда соотношение частот вращения птах/пнок > 2, требуется при максимальной скорости движения реализовать мощность более 0,5РНОМ, среднее межламельное напряжение еср > 17+18 В, среднее напряжение на 1 см длины окружности коллектора еср > 35+40 В/см, толщина изоляции Аиз = 1,2 мм. Масса двигателя на единицу мощности должна быть возможно меньшей. Применение компенсационной обмотки всегда оправдано для двигателей мощностью Рнок > 700 кВт, предназначенных работать при малых степенях возбуждения.

Напомним, что во избежание возникновения вибраций машины вследствие колебания магнитного потока в воздушном зазоре зуб-цовый шаг по полюсному наконечнику tz ко должен отличаться от зубцового шага по якорю 1{ не менее чем на 10%. Тогда общее число пазов на полюс

ZK0 = (0,9 ч- 0,lt)Zae/(2p) = 6 -Н12,

где — расчетное полюсное перекрытие; Z — число пазов сердечника якоря

Пазы компенсационной обмотки располагают так, чтобы их осевые линии были параллельны оси добавочных полюсов. Это упрощает и облегчает монтаж двигателя, позволяет катушки компенсационной обмотки изготовлять отдельно, а затем закладывать в пазы, не нарушая их формы. Число витков компенсационной обмотки на полюс

где /\0 « ав^р „ (здесь Рр „ — м.д с. якоря на полюс); /а — ток в цепи якоря.

Компенсационную обмотку выполняют в виде отдельных катушек из прямоугольной меди. Число катушек равно числу пазов. Изоляция компенсационной обмотки аналогична изоляции обмотки главных полюсов. Катушки крепят в пазах текстолитовыми клиньями. Компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря.

Предыдущая Оглавление Следующая