§ 16. 0сновные технические данные и характеристики тяговых двигателей
В отличие от большинства электрических машин общепромышленного назначения тяговые двигатели работают в самых разнообразных эксплуатационных условиях и режимах. Так, двигатель подвержен значительным динамическим усилиям, воздействующим на него со стороны пути. Наибольшее динамическое воздействие испытывает двигатель, если он опирается непосредственно на ось движущейся колесной пары (опорно-осевое подвешивание) .
При опорно-рамном подвешивании, которое применено на электровозе ЧС2Т, динамические усилия, воспринимаемые двигателем, существенно ниже. Тем не менее даже в этом случае уровень динамических ускорений тяговых двигателей, жестко закрепленных на раме тележки, достигает l,25g (д — ускорение земной силы тяжести).
Условия работы тяговых двигателей усложняются также вследствие изменения в широком диапазоне температуры, влажности воздуха, отсутствия возможности полностью исключить попадание в машину снега, влаги, пыли.
Резкие колебания напряжения на зажимах тягового двигателя, широкие пределы изменения нагрузки и частоты вращения якоря, особенно при нарушении условий сцепления колес с рельсами, ограниченные габариты размещения при ширине колеи 1520 мм и диаметре колес 1250 мм наряду с указанными выше особенностями работы электровоза необходимо учитывать при проектировании, изготовлении и эксплуатации тяговых электрических машин.
Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют тяговые двигатели постоянного тока последовательного возбуждения, допускающие большие перегрузки и устойчиво работающие при резких колебаниях напряжения в контактной сети. Кроме того, при двигателях с последовательным возбуждением обеспечивается незначительное расхождение нагрузок в параллельных цепях. Поэтому подавляющее большинство современных тяговых двигателей постоянного тока, в том числе и на электровозе ЧС2Т, имеет последовательное возбуждение.
Основные технические данные тягового двигателя АЕ4846с1Т, установленного на электровозе ЧС2Т, следующие (для сравнения
приведены также данные тягового двигателя АЬ4846еТ эл воза ЧС2):
AL4846i.1T АЬ471беТ
Часовой режим
Мощность, кВт . . •.....•...... 770 700
Ток якоря, А................ 545 495
Частота вращения якоря, об/мин....... 665 680
К.п.д.,% ................. 94,3 94,3
Продолжительный режим:
Мощность, кВт ............. 68« 618
Ток якоря, А................ 480 435
Частота вращения якоря, об/ыпн ...... 705 720
К.п.Д.,% ................. 94,8 94,8
Максимальная частота вращения якоря, об/мин . 1230 1230
Номинальное напряжение на коллекторе, В . . 1500 1500
Количество охлаждающего воздуха, м3/с . . . 2,0 2,0
Масса двигателя, кг............. 5250 5250
Сопротивление обмоток при 20°С. Ом:
якоря .................. 0,032 0,0362
дополнительных полюсов.......... 0,0127 0,0139
главных полюсов............. 0,0232 0,0269
Класс изоляции:
обмоток якоря .............. В В
катушек главных и дополнительных полюсов . Р р
При напряжении на коллекторе 1500 В изоляция между то-коведущими частями двигателя и корпусом рассчитана на напряжение контактной сети, т. с. на 3000 В. При испытаниях изоляция обмоток тягового двигателя должна выдержать напряжение 9400 В в течение 1 мни.
Как следует из приведенных данных, мощность тягового двигателя электровоза ЧС2Т на 10% превышает мощность тягового двигателя, установленного на электровозе ЧС2. Необходимость повышения мощности вызвана требованиями эксплуатации, прежде всего увеличением числа вагонов скоростных экспрессов с максимальной скоростью движения 160 км/ч. Как известно, число Вагонов поезда «Аврора» на линии Москва—Ленинград при электровозе ЧС2 не может быть больше десяти по условиям нагревания тяговых двигателей. Использование электровозов ЧС2Т позволяет, как показали испытания, увеличить число вагонов до 12.
Повышение мощности двигателя достигнуто практически без изменения конструкции машины путем некоторого увеличения сечения меди обмоток якоря и катушек полюсов. Однако при этом размеры паза не изменены, уменьшена толщина изоляции, благодаря чему улучшен отвод тепла от обмоток к сердечнику.
Отличительной особенностью тягового двигателя АЬ4846с1Т является применение шихтованных вставок между сердечниками полюсов и корпусом остова; выполнение сердечника дополнительного полюса из листовой стали и установка диамагнитных прокладок под сердечник дополнительного полюса. Все это спо-
собствует повышению коммутационной устойчивости тяговых двигателей при неустановившихся режимах. Учитывая, что для надежной работы тяговых машин коммутация при переходных режимах имеет решающее значение, а также то, что шихтованные вставки впервые применены на тяговых двигателях постоянного тока, рассмотрим подробнее работу двигателей в этих режимах.
Основной магнитный поток Ф, создаваемый обмотками главных полюсов, при установившемся режиме зависит от магнитодвижущей силы, которая при последовательном возбуждении прямо пропорциональна току якоря. В переходных режимах, вызываемых резкими колебаниями напряжения в сети, нарушением и восстановлением контакта токоприемника с проводом, прекращением боксования, переключениями в схеме и т. д., происходит изменение тока и соответственно потока. Как известно, изменяющийся магнитный поток, пронизывающий магпнтопровод, индуктирует в нем электродвижущую силу (э. д. с), которая вызывает вихревые токи. Последние стремятся воспрепятствовать изменениям, которые их вызывают. Следовательно, собственное поле вихревых токов старается ослабить изменение основного магнитного поля, что при переходном режиме проявляется в размагничивающем действии вихревых токов. В тяговом двигателе это вызывает запаздывание изменения магнитного потока относительно изменения тока, что сопровождается броском тока, в ряде случаев значительно превышающим установившееся значение. Коммутация двигателей осложняется из-за бросков тока и вследствие влияния вихревых токов па поток дополнительных полюсов.
Магнитное поле дополнительных полюсов, через катушки которых протекает ток двигателя, должно компенсировать магнитное поле коммутируемой секции якоря. В случае равенства э. д. с, наводимой в короткозамкнутой секции магнитным потоком дополнительных полюсов, и реактивной э. д. с. в той же секции плотность тока иод щеткой распределяется равномерно и обеспечиваются наиболее благоприятные условия коммутации.
Значение реактивной э. д. с. в короткозамкнутой секции якоря определяется нагрузкой двигателя и изменяется пропорционально току, т. е. в переходных режимах возрастает. Однако поток дополнительного полюса и, следовательно, коммутирующая э. д. с. в этом случае отстают по времени от тока, в результате чего возникает некомпенсированная э. д. с, приводящая к вспышке под щетками. Запаздывание магнитного потока дополнительных полюсов при неустановившемся режиме вызывается действием вихревых токов в магнитопроводе аналогично рассмотренному случаю для потока главных полюсов.
Рассмотрим осциллограмму тока якоря /я и магнитного потока Фд дополнительного полюса двигателя АЬ4846еТ при восстановлении напряжения через 0,87с после внезапного его снятия (рис. 31). Масштабы тока и потока во время опыта были подобраны таким образом, чтобы в установившемся режиме их ординаты совпадали. В другом масштабе кривые тока и потока пред-
Рис. 31. Осциллограмма переходных процессов в тяговом двигателе при потере—восстановлении напряжения
ставляют собой изменение во времени соответственно реактивной и коммутирующей э. д. с. Разность между ними определяет некомпенсированную э. д. с. Опыт потери — восстановления напряжения 1500 В на двигателе (3000 В в сети) проведен при часовом токе 495 А, полном возбуждении и частоте вращения 694 об/мии. Как видно из
рис. 31, ток достиг 1260 А, что в 2,55 раза превышает установившееся значение. Поток дополнительного полюса значительно отстает от тока, вызывая существенную недокомпеисапию реактивной э. д. с. и соответственно вспышку под щеткой.
Аналогичный опыт с двигателем АЬ4846с1Т электровоза ЧС2Т, имеющим шихтованные вставки и диамагнитную прокладку для дополнительного полюса, проведен при часовом токе этого двигателя 545 А (см. рис. 31). При восстановлении напряжения ток в 2,2 раза превысил установившееся значение (1200 А), а главное — переходной процесс закончился быстрее, недокомпепсиро-ванная э. д. с. при этом существенно меньше, что улучшает коммутацию: вспышка под щеткой имеет меньшую интенсивность.
Снижение вероятности появления вспышки под щеткой повышает коммутационную устойчивость двигателя против возможного перекрытия (переброса) на коллекторе между двумя щеткодержателями и возникновения кругового огня.
Увеличение мощности и некоторые изменения в конструкции двигателя АЬ4846оТ, обеспечивающие повышение его коммутационной устойчивости при переходных режимах, не привели к изменению электромеханических характеристик. Изменены лишь номинальные параметры двигателя — сила тяги и частота вращения часового и продолжительного режимов: сила тяги увеличена на 12% при снижении частоты вращения на 2%.