Меню

Система вентиляции двигателя постоянного тока



Система вентиляции двигателя постоянного тока

Для повышения надежности и увеличения сроков эксплуатации электродвигателя в его конструкции предусмотрено наличие эффективной системы охлаждения.

Классификация типов охлаждения электродвигателей

Вентиляция электродвигателя подразделяется на два типа это:

Замкнутый цикл вентиляции, в паспортных данных электродвигателя обозначен индексом – ICW37

Разомкнутый цикл – индекс IC31.

В обоих циклах подача воздуха осуществляется в оболочку или камеру электродвигателя, но в замкнутом цикле выброс воздуха наружу не производится, а по воздуховоду поступает в охладитель, после чего при помощи добавочного вентилятора охлажденный воздух подается обратно в двигатель.

Вентиляция электродвигателя

Замкнутый охлаждающий цикл

Замкнутый цикл можно охарактеризовать тем, что воздух циркулирует в системе воздушного охлаждения. Воздухоохладитель, в котором осуществляется теплообмен между воздухом и охлаждающей водой, устанавливается перед электродвигателем. В воздушном пространстве перед вентилятором наблюдается воздушное давление равное атмосферному давлению. Температура охлаждающей жидкости на входе в охлаждающее устройство не должна превышать +30 о С, а давление воды внутри воздухоохладителя не должно превышать 300 кПа. Согласно договоренности с изготовителем в воздухоохладителях может применяться морская вода.

Охлаждающий цикл разомкнутого типа

Разомкнутый цикл подразумевает удаление отработанного воздуха при помощи отверстий жалюзи в корпусе статора электродвигателя. Разомкнутый цикл выполняется двух типов:

Исполнение системы с забором воздуха в двигатель из машинного зала и выбросом воздуха наружу из зоны обслуживания.

Забор воздуха из специального помещения (подвала) и выбросом его внутрь машинного зала.

Разомкнутый цикл подразумевает использование, для электродвигателей большой мощности от 6300 до 8000 кВт. Для этого типа охлаждения непременным является наличие воздушных фильтров, предназначенных для получения чистого воздуха. Обязательно использование фильтров грубой и тонкой очистки, они используются совместно с коробами для отвода отработанного воздуха за границы рабочей зоны, где установлено оборудование. Выброс воздуха при разомкнутом цикле не должен происходить во взрывоопасное помещение. Для осуществления нормального режима охлаждения, расход воздуха должен быть не менее 3м 3 , для этой цели предназначен специально установленный вентилятор.

Конструктивные особенности системы охлаждения асинхронного двигателя

Вентиляция асинхронного электродвигателя осуществляется по замкнутому циклу за счет использования специально для этого предназначенных воздухоотделителей. Вентиляторы располагаются на валу ротора электродвигателя. Отработанный воздух высокой температуры подвергается охлаждению в трубчатых воздухоохладителях, монтаж которых в двигателях со значением мощности до 2000 кВт выполнен в специальном туннеле фундамента. Асинхронные машины с более высокой мощностью располагают воздухоохладителями, расположенными в верхней части статорного корпуса.

Система охлаждения синхронного двигателя

Синхронные электродвигатели выполняют, как правило, продуваемого типа. Для продувки используется исключительно чистый воздух, согласно требованиям правил эксплуатации электроустановок. Нормальное исполнение двигателя подразумевает наличие замкнутого или разомкнутого охлаждающего цикла. В случае с синхронными машинами охлаждение происходит за счет вентиляторов установленных на валу двигателя между наружными щитами и специальными защитными кожухами, прикрывающими контактные кольца. Воздухоохладители представляют собой трубки с проволочным оребрением. Давление в системе охлаждения контролируется приборами типа СПДМ.

Система вентиляции машин постоянного тока

Существует два типа охлаждения машин, это:

Естественная вентиляция, без применения специальных устройств охлаждения.

Машины с внутренней и наружной самовентиляцией.

Внутренняя самовентиляция заключается в прохождении воздушного потока во внутренней части машины, при наружном охлаждении, вентилятор расположен вне двигателя, он обдувает ребристую поверхность двигателя.

Внутренняя вентиляция подразделяется на нагнетательный или вытяжной тип, это зависит от установки вентилятора относительно к воздушному потоку, задействованному в охлаждении.

Вытяжная вентиляция аксиального или осевого типа, осуществляется за счет создания внутри машины разряженного воздуха, в этом случае воздух из атмосферы нагнетается в машину, а затем выбрасывается наружу. Осевая или аксиальная нагнетательная вентиляция, работает на основе забора вентилятором воздуха, нагнетании его в машину с последующим удалением. Аксиальная вентиляция осуществляется при помощи вентиляционных каналов, расположенных внутри корпуса, параллельно валу.

При использовании радиальной вентиляционной конструкции, воздушный поток движется по каналам, расположенным перпендикулярно валу.

Недостаток самовентиляции заключается в том, что следствии уменьшения скорости вращения падает производительность вентилятора.

Для машин постоянного тока используется независимая вентиляция. Она бывает протяжного и замкнутого вида. Протяжная вентиляция, несмотря на свою эффективность, обладает существенным недостатком, на внутренних поверхностях машины происходит скопление грязи и пыли, что ведет к ухудшению охлаждения и может привести к аварии. Фильтры в этом случае использовать неэффективно, они слишком быстро засоряются, и требую частой замены.

Использовать замкнутый цикл более рационально, загрязнения отсутствуют, кроме воздуха можно использовать водород. Водородное охлаждение способствует десятикратному снижению вентиляционных потерь, повышается срок службы изоляции, так как отсутствуют окислительные процессы. Для предупреждения взрыва и скопления гремучих газов по воздуховодам предварительно пропускают углекислый газ. Заполнение машины постоянного тока осуществляется под давлением выше атмосферного, что не дает воздуху попасть внутрь машины.

Требования к системе охлаждения

Для эффективности системы вентиляции, при необходимости в одновременном применении нескольких электродвигателей, предусматривается использование индивидуальной или групповой системы охлаждения. В том случае, когда первый вариант невозможен, используют систему вентиляции общую для всех электродвигателей.

Необходимо использовать вентиляторы для основного рабочего периода с возможностью применения дополнительного (резервного) вентилятора.

Групповая система охлаждения, при замкнутом цикле, подразумевает дополнительное применение самостоятельной, предварительной продувки всех машин, перед пуском, в индивидуальном порядке. Это делается с целью обеспечить эффективный воздухообмен, позволяющий увеличить его стандартное значение в контуре электродвигателя в определенное, заданное время в пять раз.

Система вентиляции в обязательном порядке должна быть оборудована:

Клапанами перекидного или лепесткового типа для отключения вентилятора, находящегося в резерве

В вентиляционной камере должны быть установлены обратные клапаны, они служат для отключения воздуховода от помещения, в котором находится взрывоопасное оборудование на время остановки вентиляционной системы.

Для электродвигателя продуваемого типа должна быть предусмотрена блокировка вентиляционных систем, не разрешающая запуск двигателя без выполнения предварительной продувки, и без создания требуемого давления в вентиляционном контуре электродвигателя.

Должен быть выполнен монтаж шибера, который отключит продуваемый электродвигатель от воздуховодовода на время простоя.

Рекомендуется монтаж воздуховодов вести открыто, выполнять его необходимо из сваренных труб, с толщиной минимум 1.6 мм. На протяжении всего воздуховода необходимо использовать минимум фланцевых соединений, использовать фланцы допускается только в области подключения к электродвигателю для его последующего демонтажа.

Скрытые воздуховоды разрешаются только в исключительных случаях, при условии наличия засыпных каналов, там, где присоединение к электродвигателю выполняется ниже высоты пола. В этом случае фланцевые соединения необходимо исключить из конструкции.

Выброс воздуха, для электродвигателей, расположенных во взрывозащищенном помещении, при разомкнутом цикле охлаждения, извне помещения, выше уровня крыши не менее 1 м.

Источник

Охлаждение электрических машин

Дата публикации: 10 сентября 2014 .
Категория: Статьи.

Конструктивные формы исполнения электрических машин

Для предотвращения чрезмерного нагрева электрических машин необходимо обеспечить надлежащие условия отвода выделяющегося в машинах тепла. С ростом мощности электрических машин условия отвода тепла ухудшаются (смотрите статью «Влияние геометрических размеров на технико-экономические показатели машины»), и поэтому в крупных машинах необходимо применять более интенсивные способы охлаждения.

Способы охлаждения в свою очередь зависят от конструктивных форм исполнения электрических машин, из которых здесь укажем лишь наиболее типичные.

Открытые электрические машины не имеют специальных приспособлений для предохранения от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также для предотвращения попадания внутрь машины посторонних предметов. Такие машины находят применение только в машинных залах и лабораториях. Защищенные электрические машины имеют указанные приспособления и применяются в закрытых помещениях. Брызгозащищенные машины дополнительно защищены от попадания внутрь машины капель влаги, падающих под углом 45° к вертикали. В этих машинах на все отверстия, расположенные в их верхних частях, устанавливаются глухие крышки и жалюзи, которые могут иметь прорези, прикрытые козырьками. Машины с таким исполнением весьма распространены и могут быть использованы также на открытом воздухе.

В закрытых электрических машинах внутреннее пространство совершенно отдельно от внешней среды. Они применяются в пыльных помещениях, а также на открытом воздухе. Дальнейшим развитием закрытых машин являются взрывозащищенные (взрывобезопасные) и герметичные машины. Первые используются для работ во взрывобезопасных шахтах и на химических предприятиях, когда требуется, чтобы искрение или взрыв внутри машины не приводили к взрыву или воспламенению газов во внешней среде. Герметичные машины выполняются с особо плотным соединением поверхностей разъема, так что они могут работать даже под водой.

Способы охлаждения электрических машин

По способу охлаждения различаются:

  1. машины с естественным охлаждением, в которых нет никаких специальных приспособлений для охлаждения;
  2. машины с внутренней самовентиляцией, охлаждение которых происходит с помощью вентиляторов или других вентиляционных устройств, укрепленных на вращающихся частях самой вентилируемой машины и осуществляющих вентиляцию внутренних ее полостей (открытые и защищенные машины);
  3. машины с наружной вентиляцией, в которых путем самовентиляции охлаждается внешняя поверхность машины, а внутренние ее части закрыты для доступа внешнего воздуха (закрытые машины);
  4. машины с независимым охлаждением, в которые охлаждающая газообразная или жидкая среда подается с помощью отдельного вентилятора, компрессора или насоса, имеющего собственный привод.

Особенности разных способов охлаждения иллюстрируются ниже на примере машин постоянного тока, но и охлаждение машин переменного тока осуществляется подобным же образом.

Машины с естественным охлаждением в настоящее время строятся лишь на мощности порядка нескольких десятков ватт. В некоторых случаях естественное охлаждение применяется также для закрытых машин мощностью до нескольких сотен ватт, но в этом случае для усиления отдачи тепла поверхность охлаждения увеличивают путем изготовления корпуса машины с ребрами.

Машины с внутренней самовентиляцией имеют наибольшее распространение. При этом различают аксиальную (рисунок 1) и радиальную (рисунок 2) систему вентиляции. В первом случае передача тепла воздуху происходит при движении последнего вдоль охлаждаемых поверхностей в аксиальном направлении, а во втором – в радиальном направлении.

Рисунок 1. Аксиальная система вентиляции машины постоянного тока

Рисунок 2. Радиальная система вентиляции машины постоянного тока

В машинах постоянного тока при аксиальной вентиляции поток воздуха движется между полюсами и вдоль внешней поверхности якоря, а при Da > 200 мм также по выполняемым в этом случае аксиальным каналам между якорем и валом или по аксиальным вентиляционным каналам в сердечнике якоря. Потоки воздуха омывают также коллектор. Воздух поступает в машину с одного ее конца и выбрасывается с другого.

Читайте также:  Нормативы по силе тока

Воздух при движении вдоль охлаждаемых частей машины подогревается, и, следовательно, нагрев машины при аксиальной вентиляции будет в аксиальном направлении неравномерным. Поэтому аксиальная вентиляция применяется обычно при активной длине машины до 200 – 250 мм.

При радиальной системе вентиляции сердечник якоря имеет радиальные каналы (смотрите статью «Устройство машины постоянного тока», рисунок 4) с ветреницами. При вращении якоря ветреницы действуют подобно лопастям вентилятора, и поэтому установка на валу особых вентиляторов иногда оказывается излишней. Воздух при этой системе вентиляции поступает внутрь машины с торцов и выбрасывается по бокам станины или через отверстия в ней.

Машины с наружной самовентиляцией – это машины закрытой конструкции, у которых на валу установлен наружный вентилятор, обдувающий наружную поверхность станины (рисунок 3). При этом для увеличения поверхности охлаждения наружная поверхность станины часто снабжается продольными ребрами. Часто машина имеет также внутренний вентилятор или вентиляционные крылышки для создания более интенсивного движения воздуха внутри машины и усиления теплообмена между внутренними частями машины и станиной (рисунок 3).

Рисунок 3. Машина постоянного тока с наружной самовентиляцией
1 – внутренний вентилятор (мешалка); 2 – наружный вентилятор; 3 – кожух вентилятора

Машина постоянного тока с независимой вентиляцией
Рисунок 4. Машина постоянного тока с независимой вентиляцией

Машины с независимой вентиляцией. Обычно такие машины тоже охлаждаются воздухом, который подается в машину с помощью отдельного вентилятора (рисунок 4). Такую вентиляцию называют также принудительной. Иногда вентилятор со своим приводным двигателем устанавливается на корпусе вентилируемой машины.

В рассматриваемом случае система вентиляции может быть как аксиальной, так и радиальной. Применяется этот способ вентиляции обычно тогда, когда скорость вращения машины регулируется в широких пределах, так как в этом случае при самовентиляции (с вентилятором на валу машины) нельзя обеспечить необходимый расход воздуха при низкой скорости вращения.

Всасывающая и нагнетательная вентиляция

В схемах рисунка 1 и 4 вентилятор находится в конце вентиляционного тракта машины и через него проходит воздух, подогретый внутри машины. Такая вентиляция называется всасывающей. Если вентилятор установлен вначале вентиляционного тракта машины, то через него проходит холодный воздух, при этом воздух нагнетается в машину, и вентиляция называется нагнетательной.

Коэффициент полезного действия вентилятора равен единице, и в вентиляторе происходит дополнительный нагрев воздуха, который в ряде случаев может составлять 3 – 8 °С. Поэтому при нагнетательной вентиляции в машину подается уже несколько подогретый воздух. Условия охлаждения при этом ухудшаются, и для достижения такого же эффекта, как и при всасывающей вентиляции, расход воздуха необходимо увеличить на 15 – 20 %, что вызывает увеличение вентиляционных потерь на 50 – 70 %. По этим причинам следует предпочитать всасывающую вентиляцию, если она не вызывает усложнения конструкции машины. Однако всасывающей вентиляции также присущи некоторые недостатки. Например, в схеме на рисунке 1 внутрь машины засасывается пыль с коллектора.

Протяжная и замкнутая вентиляция

Как самовентиляция, так и независимая вентиляция могут быть двух родов: протяжная и замкнутая.

При протяжной вентиляции охлаждающий воздух поступает в машину из окружающего внешнего пространства и после прохождения через машину возвращается в атмосферу (рисунки 1 и 4). Недостаток такой вентиляции заключается в том, что на внутренних поверхностях машины накапливается пыль и грязь, которые всегда содержатся в воздухе. Это вызывает ухудшение условий охлаждения машины и может быть причиной аварии. Применение фильтров на входе воздуха в машину нерационально, так как их нужно часто очищать и они увеличивают сопротивление движению воздуха. При несвоевременной очистке фильтра условия охлаждения резко ухудшаются. Необходимо иметь в виду, что через самые крупные машины каждый час проходит несколько сотен тонн воздуха, и поэтому даже при незначительном содержании пыли ее абсолютное количество довольно-таки велико.

Для машин малой мощности возникающие затруднения разрешаются проще. При сильно загрязненной атмосфере можно использовать закрытые машины, охлаждаемые с наружной поверхности. При умеренном содержании пыли в воздухе можно применять машины защищенной конструкции, продувать их регулярно сжатым воздухом и для периодических чисток разбирать машину один-два раза в год.

Применительно к крупным машинам эти меры непригодны. Такие машины невозможно охлаждать с наружной поверхности, так как эта поверхность возрастает пропорционально квадрату линейных размеров, а потери в машине – пропорционально кубу линейных размеров. Разборка и сборка крупной машины, ее чистка являются весьма трудоемкими и дорогими операциями. Поэтому в крупных машинах переменного тока, а ряде случаев также в крупных машинах постоянного тока применяется замкнутая система вентиляции (рисунок 5). При такой вентиляции воздух циркулирует по замкнутому циклу: проходит через машину М, воздухоохладители О, вентилятор В и снова попадает в машину. Возможно использование как нагнетательной (рисунок 5, а), так и всасывающей (рисунок 5, б) вентиляции.

Замкнутая система вентиляции

Рисунок 5. Замкнутая система вентиляции

Водородное охлаждение

Водород является более эффективным охлаждающим агентом, чем воздух. По сравнению с воздухом у водорода при атмосферном давлении теплопроводность больше в 7,1 раза и средний коэффициент теплоотдачи при одной и той же скорости больше в 1,7 раза, а при одинаковом массовом расходе – в 11,8 раза. Благодаря этому для достижения такой же эффективности охлаждения, как воздухом, требуется меньшие массовые расходы водорода, а вентиляционные потери, которые в крупных быстроходных машинах составляют большую часть суммарных потерь, снижаются почти в десять раз. При водородном охлаждении срок службы изоляции увеличивается, так как исключаются окислительные процессы и образование вредных азотистых соединений при коронных разрядах. Поэтому водород находит широкое распространение для охлаждения быстроходных машин переменного тока мощностью 25 МВт и выше.

При водородном охлаждении применяется замкнутая система вентиляции и во избежание образования взрывчатой смеси давление в системе поддерживается несколько выше атмосферного (1,05 атм). В ряде случаев для усиления интенсивности охлаждения давление водорода в системе охлаждения увеличивается до 3 – 5 атм. При этом необходимо иметь надежные уплотнения, чтобы не допустить значительной утечки водорода из машины.

Непосредственное, или внутреннее, охлаждение обмоток

Для электрических машин мощностью 300 – 500 МВт и более замкнутая система вентиляции с водородным охлаждением также оказывается недостаточной. Поэтому в таких машинах обмотка изготовляется из полых проводников и применяется внутреннее охлаждение этих проводников водородом при давлении до нескольких атмосфер или водой. Можно также использовать вместо водорода или воды трансформаторное масло. Однако теплопроводность и коэффициент теплопередачи воды значительно больше, чем у трансформаторного масла. Поэтому масло используется реже.

Так как подвод воды в обмотку вращающегося ротора связан с определенным усложнением конструкции, то применяется также смешанное внутреннее охлаждение: обмотки ротора охлаждаются водородом, а обмотка статора – водой. Водород подается в обмотки при помощи компрессоров или особых газозаборников, установленных на вращающемся роторе. Для подачи воды применяются насосы.

Рассмотренные системы непосредственного охлаждения во всех случаях выполняются замкнутыми, с циркуляцией одной и той же массы охлаждающего агента и с охлаждением его в предназначенных для этой цели охладителях.

При непосредственном охлаждении обмоток перепады температуры в изоляции исключаются и можно резко увеличить плотность тока.

При водяном охлаждении мощность машины ограничивается в основном уже не условиями нагрева, а другими техническими и экономическими показателями.

Расход охлаждающей среды

Расход охлаждающей среды, необходимый для отвода тепла из машин, равен

где p – отводимые потери, Вт; c – удельная объемная теплоемкость охлаждающей среды, Дж/(°С × м³); Θв = ϑг – ϑх – превышение температуры выходящей из машины нагретой охлаждающей среды ϑг над температурой поступающей в машину охлаждающей среды ϑх, °С.

Для воздуха c = 1100 Дж/(°С × м³). Значение Θв в зависимости от системы вентиляции, конструкции машины и ее мощности изменяется в пределах 12 – 30 °С. Таким образом, на 1 кВт потерь необходимое количество воздуха

или 110 – 270 м3/ч.

Для водорода при атмосферном давлении c = 1100 Дж/(°С × м³), и поэтому объемный расход водорода такой же, как и в случае воздушного охлаждения. Удельная объемная теплоемкость водорода изменяется пропорционально давлению, и поэтому при повышенном давлении водорода его объемный расход соответственно уменьшается. Однако массовый расход водорода не зависит от давления и будет в 14,4 раза меньше массового расхода воздуха.

Для воды c = 3500 × 1100 Дж/(°С × м³), а для трансформаторного масла c = 1400 × 1100 Дж/(°С × м³). Соответственно при прочих равных условиях объемный расход воды в 3500 раз меньше, чем воздуха. Это позволяет уменьшить скорость течения воды и сечения каналов.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Источник

Вентиляция тяговых двигателей

Нагревание электрических машин — основной фактор, определяющий их номинальные мощности и токи. Температура, которой достигает части машины, зависит не только от количества тепла, выделяющегося в ней ежесекундно, но и от условий отвода его. Поэтому интенсивность охлаждения современных тяговых двигателей существенно влияет на их габаритные размеры при задан ной мощности, или, что то же самое, на значение мощности при заданных габаритных размерах. В качестве охлаждающей среды для тяговых машин всегда используют воздух. Интенсивность вентиляции оценивается коэффициентом вентиляции в процентах — отношением мощности продолжительного режима двигателя к его часовой мощности Коэффициент вентиляции электровозных тяговых двигателей с независимой вентиляцией равен 85-88%, а двигателей электропоездов с самовеитиляцией — 70-74%.

При независимой вентиляции воздух для охлаждения внутреннего пространства двигателя поступает от специального вентилятора, приводимого во вращение отдельным электродвигателем, независимо от скорости движения электровоза. При самовеитиляции вентилятор представляет собой неотъемлемую часть тягового двигателя, который является приводом вентилятора.

В случае независимой вентиляции количество продуваемого воздуха, его напор, периодичность подачи не зависят от режима работы тягового двигателя, и их можно регулировать произвольно Это наиболее совершенная система вентиляции При самовеитиляции работа вентилятора зависит от режима работы двигателя, т. е. практически регулировке не поддается. Объем прогоняемого через двигатель воздуха в этом случае определяется конструкцией вентилятора и его аэродинамической характеристикой при различной частоте вращения якоря

Читайте также:  Прибор для показания тока

При независимой вентиляции тяговых двигателей применяют исключительно нагнетательные вентиляторы, так как в этом случае воздух во внутреннем пространстве двигателя находится под избыточным давлением, что уменьшает опасность проникновения пыли и снега через выходные отверстия. Центробежный вентилятор 2 (рис. 100, а и б) забирает воздух через сетку 1 и лабиринтные жалюзи 6 в боковых стенках кузова. Проходя через жалюзи, воздух очищается от капельной атмосферной влаги и крупных частиц пыли, затем он направляется вверх через окно 7 в потолке фор-камеры, а после этого — вниз в камеру индуктивных шунтов 8 и вентиляторами по воздуховодам 3, 4 я 5 нагнетается в тяговые двигатели, через отверстия в их остовах воздух выбрасывается в атмосферу.

На секциях электровозов ВЛ10, ВЛ10 У , ВЛ11 независимая вентиляция тяговых двигателей осуществляется одним центробежным вентилятором с электродвигателем 9 (рис. 100, в) При поворотах потока воздуха после прохода через жалюзи происходит дополнительная инерционная очистка воздуха от влаги, снега и пыли, которые осаждаются на пол фор-камеры. На электровозах ЧС2 и ЧС4 воздух забирается вентиляторами через фильтры, установленные в средней части кузова, которые образуют как бы фонарь, покрытый сверху крышей. Через боковые проемы фонаря проходит воздух. Чтобы влага не попадала в кузов, на стоянках фильтры прикрывают заслонками, для чего поворачивают рукоятку ручного привода.

В тяговых двигателях постоянного и пульсирующего тока с независимой вентиляцией воздух поступает в машины обычно со стороны коллектора. Это позволяет использовать коллекторную камеру для более равномерного распределения параллельных воздушных потоков внутри двигателя. Однако иногда предусматривают поступление воздуха и со стороны, противоположной коллектору (тяговые двигатели типа АЬ48462Т и др.). Внутри двигателя воздух чаще всего движется двумя струями. Одна из них, омывая коллектор и проходя между катушками главных и добавочных полюсов, выходит наружу через отверстия в противоположной стороне остова. Другая направляясь через внутренние каналы якоря, охлаждает сердечник якоря и выходит наружу через отверстия, расположенные на стороне, противоположной коллектору. Такая вентиляция двигателя наиболее эффективна и проста. На электровозах ВЛ80 Р , ВЛ81, ВЛ84 и др. выполняется частичная рециркуляция охлаждающего воздуха в зимний период и сезонная регулировка его расхода в летний. Это позволило снизить почти в 2 раза количество забираемого наружного воздуха, повысить эффективность его очистки и уменьшить расход

Схемы вентиляции тяговых двигателей на электровозах ВЛ8 (а), ВЛ23 (б),

Рис. 100 Схемы вентиляции тяговых двигателей на электровозах ВЛ8 (а), ВЛ23 (б),

ВЛ80 К , ВЛ80 Т , ВЛ80 С (в)

электроэнергии на вентиляцию. В летнем режиме эксплуатации система вентиляции обеспечивает полный номинальный расход воздуха на охлаждение и выброс воздуха в кузов, необходимый для создания противодавления в нем.

Независимая вентиляция может быть выполнена как групповой, так и индивидуальной. Первая система более распространена на электровозах с двигателями опорио-осевого подвешивания. Ее преимущество в сравнении с индивидуальной — меньшее число вентиляторов (один на два — четыре тяговых двигателя), а недостаток — большие потери напора воздуха в воздуховодах и трудности с его равномерным распределением по отдельным машинам. Индивидуальную независимую вентиляцию чаще всего применяют при рамной подвеске двигателей, когда весь блок вентилятора может быть установлен непосредственно на остове тягового двигателя без соединительных патрубков.

Тяговые двигатели с самовентиляцией имеют параллельную вытяжную вентиляцию, поток воздуха направлен от коллектора к противоположной стороне (кроме двигателя ДК-ЮОА, где применена последовательная вентиляция). Вентилятор на всех двигателях моторвагонного подвижного состава располагают на стороне, противоположной коллектору, так как при этом существенно упрощается конструкция двигателя, облегчается его ремонт.

Самовентиляция по направлению воздушного потока в двигателе мало от личается от принудительной при независимой подаче воздуха. Отличие состоит лишь в том, что в двигателе создается разрежение: это способствует прониканию в него пыли и снега. Поэтому на электропоездах воздух обычно забирается через жалюзи, находящиеся над входными дверями в крыше моторного вагона, в фильтровые отстойные камеры. Из этих камер по вертикальным каналам, расположенным в пассажирском помещении вдоль наружных стен тамбурных шкафов, по подвагонным каналам через гибкие соединения (брезентовые рукава) воздух направляется к тяговым двигателям. Объем отстойных камер велик, и скорость воздушного потока в них резко падает, вследствие чего из воздуха выпадают все взвешенные в нем примеси. Этому способствуют также специальные перегородки — барьеры, установленные при входе в вертикальные вентиляционные желоба и соединительные гибкие патрубки.

Расход воздуха (?, продуваемого через машину с независимой вентиляцией, при продолжительном режиме ее работы должен быть таким, чтобы отводилось тепло, возникающее в ней от потерь на нагрев, и она работала бы с установившимся превышением температуры, соответствующим нормам (государственным стандартам). При этом расход воздуха, м 3 /мин,

3 ; ув— удельная теплоемкость воздуха, равная 1000 Вт>с/кг°С; Л0В— температура подогрева воздуха при прохождении через машину, °С.

Температура Д0В зависит от эффективности вентиляции. Расход охлаждающего воздуха также можно оценить количеством охлаждающего воздуха на 1 кВт потерь мощности машины (без потерь в подшипниках), т. е. величиной, м 3 /(мии-кВт),

кв= 3 /(мин-кВт). Этому соответствует превышение температуры нагрева воздуха, равное 22-г—4- 25 °С.

Для машин с самовентиляцией количество охлаждающего воздуха определяют аэродинамическим расчетом. Из-за ограниченности размеров встроенного вентилятора эффективность вентиляции в этих машинах существенно ниже: кв — 1,3 1,6 м 3 /(мин-кВт). В этих машинах Д0В = 30 35 °С.

Электровозы и электропоезда

  • От автора
  • Введение
  • Классификация электровозов и электропоездов
  • Основные узлы и аппараты электровозов и электропоездов
  • Назначение и классификация рам; усилия, действующие на них
  • Конструкция рам тележек
  • Колесные пары
  • Буксовые узлы
  • Общие сведения о рессорном подвешивании и его влиянии на снижение сил взаимодействия колеса и рельса
  • Схемы и элементы рессорного подвешивания
  • Конструкция рессорного подвешивания и упругие опоры кузовов
  • Гидравлические гасители колебаний
  • Передача вращающего момента и классификация тяговых передач
  • Конструкция опорно-осевого подвешивания и зубчатой передачи
  • Конструкция рамного подвешивания и передача вращающего момента
  • Автосцепные устройства
  • Назначение и классификация кузовов электровозов и электропоездов
  • Конструкция кузовов электровозов
  • Конструкция кузовов электропоездов
  • Планировка вагонов электропоездов
  • Жесткие опоры и шкворневые узлы кузовов
  • Системы вентиляции на электровозах
  • Системы вентиляции и отопления на электропоездах
  • Расположение электрического оборудования на электровозах
  • Расположение электрического оборудования на электропоездах
  • Использование сцепного веса электровоза
  • Движение электровоза на прямых и кривых участках пути
  • Пневматические цепи
  • Пневматические устройства и аппараты
  • Условия и номинальные режимы работы тяговых двигателей
  • Общие сведения об устройстве тяговых двигателей постоянного и пульсирующего тока
  • Остовы
  • Главные полюса
  • Добавочные полюса
  • Якоря тяговых двигателей
  • Подшипниковые узлы и моторно-осевые подшипники тяговых двигателей
  • Щетки, щеткодержатели, кронштейны и траверсы тяговых двигателей
  • Улучшение коммутации тяговых двигателей
  • Вентиляция тяговых двигателей
  • Основные технические данные и примеры конструктивного выполнения тяговых двигателей
  • Особенности конструкции бесколлекторных тяговых двигателей переменного тока
  • Основные параметры и узлы тяговых трансформаторов
  • Конструкция основных узлов тяговых трансформаторов
  • Основные технические данные и примеры конструктивного выполнения тяговых трансформаторов
  • Реакторы
  • Индуктивные делители и индуктивные шунты
  • Реакторы помехоподавления, цепей защиты и собственных нужд, фильтры, конденсаторы
  • Магнитные усилители, датчики тока, измерительные и импульсные трансформаторы
  • Назначение и структурные схемы преобразователей
  • Схемы преобразователей
  • Диодные и диодно-тиристорные выпрямители в силовых цепях
  • Тиристорные и диодно-тиристорные выпрямители, используемые в цепях вспомогательных машин, упрввпения и освещения
  • Тиристорные и диодно-тиристорные выпрямительно-инверторные преобразователи цепей тяговых двигателей пульсирующего тока
  • Схемы преобразователей частоты и числа фаз
  • Схемы преобразователей с импульсным управлением тяговыми двигателями э.п.с. постоянного тока
  • Конструкция преобразователей
  • Системы вспомогательных машин
  • Мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы и мотор-насосы
  • Делители напряжения и расщепители фаз
  • Мотор-генераторы и двухмашинные агрегаты
  • Генераторы управления
  • Аккумуляторные батареи
  • Аппараты напряжением выше 1000 В и требования, предъявляемые к ним
  • Токоприемники
  • Разъединители и отключатели
  • Индивидуальные контакторы
  • Групповые контакторы
  • Реверсоры, тормозные переключатели, переключатели напряжения и мотор-вентиляторов
  • Резисторы
  • Электрические печи, калориферы, нагреватели
  • Автоматические выключатели
  • Быстродействующие контакторы
  • Реле, бесконтактные датчики, регуляторы напряжения и блоки защиты
  • Плавкие предохранители
  • Разрядники и ограничители напряжений
  • Контроллеры машиниста
  • Выключатели управления, разъединители, кнопочные выключатели и посты, распределительные щиты и панели аппаратов
  • Заземляющие штанги, сельсины, сигнализаторы, устройства контроля рода тока и переключения воздуха
  • Амперметры, вольтметры, счетчики электрической энергии, тахогенераторы и частотомеры
  • Арматура различных соединений, осветительная. Шины, кабели, провода, изоляторы
  • Контактные системы управления
  • Бесконтактные системы управления
  • Классификация цепей и требования, предъявляемые к электрическим схемам
  • Способы регулирования частоты вращения якорей тяговых двигателей постоянного тока и реостатный пуск
  • Регулирование частоты вращения якорей тяговых двигателей постоянного тока
  • Способы перехода с одного соединения тяговых двигателей на другое
  • Импульсное регулирование частоты вращения якорей тяговых двигателей постоянного тока
  • Способы перехода с одной ступени на другую при переключении секций обмотки тягового трансформатора
  • Ступечатое регулирование на стороне низшего напряжения
  • Ступенчатое регулирование на стороне высшего напряжения
  • Плавное регулирование напряжения
  • Регулирование частоты вращения роторов трехфазных асинхронных тяговых двигателей
  • Регулирование частоты вращения роторов вентильных тяговых двигателей
  • Сущность электрического торможения и условия его осуществления
  • Реостатное торможение
  • Рекуперативное торможение
  • Защита электрических машин и аппаратов в тяговом режиме
  • Защита полупроводниковых преобразователей
  • Защита оборудования при нарушении режимов во время электрического торможения
  • Способы защиты от боксования и юза колесных пар
  • Построение схем силовых цепей э.п.с. постоянного тока
  • Силовые цепи электровоза ВЛ15
  • Силовые цепи электропоездов ЭР2Р и ЭР2Т
  • Построение схем силовых цепей электровозов и электропоездов переменного тока
  • Силовые цепи электровоза ВЛ85
  • Схема силовых цепей электровоза ВЛ86 Ф
  • Силовые цепи моторного вагона электропоезда ЭР9Е
  • Особенности схемы силовых цепей электропоезда ЭР29
  • Построение отдельных узлов схем управления силовыми цепями
  • Цепи управления электровоза ВЛ15
  • Цепи управления электропоездов ЭР2Р и ЭР2Т
  • Цепи управления электровоза ВЛ85
  • Цепи управлении электровоза ВЛ86 Ф
  • Цепи управления электропоезда ЭР9Е
  • Построение и примеры схем цепей вспомогательных машин и приборов отопления электровозов
  • Примеры схем высоковольтных цепей машин и приборов отопления электропоездов
  • Управление токоприемниками, защитными аппаратами, вспомогательными машинами, отоплением, песочницами, звуковыми сигналами и освещением
  • Список литературы

Электродинамический тормоз электровозов ЧС2 Т и ЧС200

Рассмотрены устройство и работа основного электронного оборудования, применяемого в электродинамическом (реостатном) тормозе системы «Шкода». Применительно к электродинамическому тормозу электровозов ЧС2 Т и его модификации на скоростном электровозе ЧС200

Читайте также:  Машины постоянного тока список

Источник

Электрический двигатель постоянного тока

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

Схематическое изображение простейшего ДПТ

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.

Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Схемы подключения обмоток статора

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Ротор с тремя обмоткамиРисунок 3. Ротор с тремя обмотками Якорь со многими обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Схема электромотора с многообмоточным якорем

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Принцип работы ДПТ

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному



Источник