Вспомогательные и специальные машины постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Вспомогательные электрические машины постоянного тока

2. Специальные электрические машины постоянного тока

Литература

1. Вспомогательные электрические машины постоянного тока

К вспомогательным электрическим машинам, используемым на троллейбусах, относятся: приводные электродвигатели для компрессоров, генераторов собственных нужд, вентиляторов, групповых контроллеров; низковольтные генераторы собственных нужд, в том числе для люминесцентного освещения.

В некоторых случаях генератор и вентилятор приводятся в действие одним вспомогательным электродвигателем.

Электродвигатель, приводящий в действие компрессор, часто выполняется в одном блоке с ним. Электродвигатель с компрессором в сборе составляет агрегат, называемый двигатель-компрессором. Двигатель-компрессор предназначен для выработки сжатого воздуха, необходимого для питания тормозной системы, механизмов открывания и закрывания дверей, механизмов стеклоочистителя и пр.

Генератор собственных нужд вместе с приводным электродвигателем составляют агрегат, называемый двигатель-генератором. Электрическая энергия, вырабатываемая генераторов собственных нужд, расходуется на питание цепей освещения, сигнализации, управления и других потребителей, а также на подзарядку аккумуляторных батарей. Генераторы собственных нужд, применяемые в троллейбусах, имеют обычно низкое напряжение (12, 24, 36 или 48 в) н потому получили название низковольтных генераторов. В целях упрощения электрооборудования троллейбусов низковольтные генераторы часто приводятся в действие непосредственно от вала тягового электродвигателя при помощи небольшого карданного вала или ременной передачи текстропного типа.

Вентилятор и электрический двигатель, приводящий его в действие, вместе составляют агрегат, называемый двигатель-вентилятором. Кроме вентиляции пассажирского помещения, вентилятор осуществляет охлаждение пусковых сопротивлений, а иногда тяговых электродвигателей, если они рассчитаны⁴ на независимую вентиляцию.

К числу вспомогательных электрических машин следует отнести применяемый на некоторых типах современных троллейбусов небольшой электродвигатель (серводвигатель), приводящий в действие групповой или, как часто его называют, реостатный контроллер; электродвигатели малой мощности, приводящие в действие стеклоочиститель и механизмы открывания н закрывания входных н выходных дверей.

Вспомогательными называют тяговые электрические машины (двигатели и генераторы), обслуживающие собственные нужды электровозов. Эти машины располагают в кузове электровоза. Для охлаждения тяговых двигателей на. электровозах устанавливают специальные вентиляторы, приводимые во вращение электрически- ми двигателями, которые получают питание от контактной сети. Установку, состоящую из вентилятора и электрического двигателя, принято называть двигатель-вентилятором или мотор-вентилятором. На многих электровозах постоянного тока эти установки используют и для охлаждения пусковых резисторов.

Для охлаждения пуско-тормозных резисторов на скоростных пассажирских электровозах ЧС2^Т, оборудованных системой реостатного торможения, применяют специальные вентиляторы, электродвигатели которых включают параллельно части этих резисторов. Такое включение двигателей вентиляторов обеспечивает автоматическое повышение интенсивности вентиляции с увеличением количества тепла, выделяющегося в резисторах за единицу времени. Это происходит вследствие того, что с увеличением тока, проходящего по резисторам, с одной стороны, увеличивается мощность выделяющейся в них тепловой энергии, а с другой, -- возрастает падение напряжения на этих резисторах, а следовательно, и напряжение на зажимах и частота вращения двигателей вентиляторов.

Большинство электрических аппаратов электровозов имеют дистанционное управление. Для включения или переключения таких аппаратов на катушки управления их приводами подают напряжение 50 В. Для питания цепей катушек управления таких аппаратов, а также цепей освещения и заряда аккумуляторной батареи на электровозах устанавливают специальные генераторы с номинальным напряжением 50 В, которые называют генераторами управления. На электровозах постоянного тока эти генераторы приводят во вращение теми же двигателями, что и вентиляторы.

На электровозах устанавливают по два мотор-вентилятора. Это позволяет более просто, чем при одной установке, осуществить по- дачу вентилирующего воздуха к двигателям, регулировать количество вентилирующего воздуха благодаря последовательному и параллельному включению мотор-вентиляторов и иметь на электро- возе, резервный генератор управления.

Пневматические тормоза поезда, а также пневматические приводы электрических аппаратов электровозов приводят в действие сжатым воздухом, для получения которого на электровозах устанавливают компрессоры со специальными электрическими двигателями, питаемыми от контактной сети. Такие установки называют двигатель-компрессорами или мотор-компрессорами. На электро- возах устанавливают по два мотор-компрессора, двигатели которых включают параллельно. Это обеспечивает питание сжатым воздухом тормозной системы поезда и приводов аппаратов от одного мотор-компрессора в случае выхода другого из строя на линии.

Для подъема токоприемника на электровозе после длительного отстоя необходим сжатый воздух, которого может не быть в резервуарах. Сжатый воздух для подъема токоприемника на электровозах ранних выпусков получали от нагнетательного воздушного насоса с ручным приводом. На электровозах более поздних выпусков для этой цели устанавливают небольшие компрессоры с электрическими двигателями, получающими питание от аккумуляторных батарей.

При рекуперативном торможении для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей применяют преобразователи, состоящие из двигателя и генератора.

Принцип действия вспомогательных электрических машин такой же, как и тяговых двигателей. Вспомогательные электрические двигатели, получающие питание от контактной сети, выполняют на номинальное напряжение на их зажимах, равное 3000 В. Для ограничения тока при пуске машин в их цепи включают резисторы. У машин, непрерывно работающих продолжительное время после пуска, эти резисторы полностью или частично выводят из их электрических цепей. Чтобы не усложнять электрические цепи вспомогательных машин и цепи управления ими, пусковые резисторы из цепей машин выводят одной ступенью с помощью специальных устройств, действующих автоматически. У машин с кратковременными включениями или с относительно небольшой мощностью, как, на- пример, у двигателей компрессоров, ограничивающие ток (демпферные) резисторы остаются включенными постоянно. Несмотря на применение этих резисторов при пуске вспомогательных электро- двигателей, их ток кратковременно в 5--7 раз превышает номинальное значение. Для сокращения времени действия таких больших бросков пускового тока необходимо, чтобы при пуске двигатели развивали большой вращающий момент, способный вызвать быстрое увеличение частоты вращения якоря, а следовательно, и противо-э. д. с. машины.

Этому требованию отвечают двигатели последовательного возбуждения со слабым насыщением магнитной системы, так как у них увеличение тока сопровождается повышением магнитного потока, и поэтому вращающий момент возрастает более интенсивно, чем при других системах возбуждения.

Достоинство двигателей последовательного возбуждения состоит также и в том, что неизбежные в эксплуатации резкие изменения напряжения в контактной сети сопровождаются меньшими изменениями тока нагрузки, чем у двигателей других систем возбуждения. Это происходит вследствие того, что всякое изменение тока двигателя последовательного возбуждения сопровождается соответствующим изменением магнитного потока, а, следовательно, и противо-э. д. с. Например, при резком увеличении напряжения в контактной сети происходит быстрое возрастание противо-э. д. с. двигателя, что и ограничивает в определенных пределах бросок тока нагрузки. Однако при последовательном возбуждении нельзя включать двигатель без механической нагрузки на его валу, так как это приведет к недопустимому повышению частоты вращения якоря.

Электродвигатели вентиляторов и компрессоров при вращении всегда имеют на валу механическую нагрузку, и поэтому их выполняют с последовательным возбуждением. Двигатели преобразователей включают без нагрузки приводимых ими во вращение генераторов. При рекуперативном торможении ток этих генераторов, а следовательно, и механическую нагрузку двигателей регулируют в широких пределах. Во избежание превышения наибольшей допустимой частоты вращения преобразователей при отсутствии или небольшой нагрузке генераторов их двигатели выполняют со смешанным (последовательным и независимым) возбуждением.

Обмотка независимого возбуждения получает питание от генератора управления. Ее намагничивающая сила способна создавать такой магнитный поток, при котором частота вращения пре- образователя не превысит наибольшей допустимой даже тогда, *когда его генератор не имеет нагрузки и ток в обмотке последовательного возбуждения двигателя {ток холостого хода) сравнительно небольшой.

Электрические двигатели вспомогательных машин не реверсируют. Это позволяет соединить последовательно обмотки якоря, дополнительных и главных полюсов внутри машины и иметь только два выводных кабеля, которые обычно маркируют буквами Я и КК. Для охлаждения вспомогательных электрических машин обычно применяют самовентиляцию, при которой в двигателе устанавливают вентилятор с радиальными лопатками, вращающийся вместе с якорем и вызывающий движение вентилирующего воздуха в машине.

Исключение составляют тихоходные двигатели компрессоров НБ-431А, которые имеют независимую вентиляцию и получают вентилирующий воздух от тех же вентиляторов, что и тяговые двигатели. Применение на этих машинах самовентиляции оказалось бы малоэффективным из-за сравнительно низкой их частоты вращения, номинальное значение которой составляет только 440 об/мин.

У вспомогательных электрических машин щеткодержатели устанавливают на поворотных траверсах. Это позволяет при необходимости отрегулировать положение щеток на нейтрали машины, обеспечивающее практически безыскровую их работу.

Двигатели вспомогательных машин выполняют четырехполюсными. Исключение составляют двигатели вспомогательных компрессоров, получающие питание от аккумуляторной батареи. Эти двигатели имеют по два главных и одному добавочному полюсу. В отличие от тяговых двигателей двигатели вспомогательных машин имеют многовитковые секции обмотки якоря.

2. Специальные электрические машины постоянного тока

Во многих случаях к машинам постоянного тока предъявляются такие требования, которым машины нормальной конструкции не удовлетворяют. Это привело к созданию ряда специальных типов машин постоянного тока.

Генератор с тремя обмотками возбуждения

Рисунок 1. Внешняя характеристика (а) и схема (б) генератора с тремя обмотками возбуждения

В ряде случаев требуется, чтобы внешняя характеристика генератора имела вид, изображенный на рисунке 1, а. При характеристике этого вида в широком диапазоне изменения напряжения U ток I изменяется мало и близок к току короткого замыкания I_к. Такая круто падающая внешняя характеристика желательна, например, в случае электрической дуговой сварки, так как при этом ток в дуге мало зависит от ее длины и короткое замыкание (соприкосновение электрода со свариваемым изделием) неопасно. Генераторы с такой характеристикой целесообразно использовать также для питания по схеме Г - Д электродвигателя механизма, работающего на упор, например экскаватора. В этом случае при застревании и остановке механизма ток и момент двигателя будут ограничены, в результате чего исключается возможность повреждения механизма или машины. Характеристику вида рисунка 1, а можно получить в генераторе с тремя обмотками возбуждения: 1) независимой, 2) параллельной и 3) последовательной (рисунок 1, б), намагничивающая сила которой, направлена навстречу намагничивающей силе F₁ + F₂ первых двух обмоток. Такие генераторы предложены инженером Ц. Кремером в 1909 году. Генераторы с тремя обмотками возбуждения в настоящее время применяются в мощных экскаваторах с электрическим приводом, на тепловозах для питания тяговых двигателей, а также в ряде других случаев.

Генераторы с расщепленными полюсами

Рисунок 2. Сварочный генератор с расщепленными полюсами

Генераторы с расщепленными полюсами также имеют круто падающую внешнюю характеристику. На рисунке 2 изображен сварочный двухполюсный генератор, в котором каждый из полюсов N и Sрасщеплен на две части: с сердечниками нормального и уменьшенного сечения. Машина имеет две обмотки возбуждения, одна из которых расположена на широких сердечниках, а другая - на узких. Узкие сердечники насыщены сильно, а широкие - слабо. двигатель компрессор генератор электровоз

Якорь генератора (рисунок 2) можно разбить на четыре сектора. Сектор аг и бв создают намагничивающую силу реакции якоря, которая направлена по оси широких сердечников полюсов и размагничивает их (смотрите рисунок 2, где штриховые линии изображают магнитные линии потока реакции якоря). Поскольку эти сердечники слабо насыщены, то их поток с увеличением I_aзначительно уменьшается, а при больших значениях I_a даже изменяет направление. Секторыаб и гв создают намагничивающую силу реакции якоря, которая направлена по оси узких сердечников и намагничивает их. Однако вследствие сильного насыщения этих сердечников поток в них остается практически постоянным. В результате суммарный поток сердечников полюсовN - N и сердечников полюсов S - S с увеличением I_a быстро уменьшается, вместе с тем резко падает также напряжение машины U, снимаемое с главных щеток а и в.

Напряжение между главной щеткой в и вспомагательной, или "третьей", щеткой б остается практически постоянным, так как индуктируется потоком узких полюсных сердечников, и используется для питания обмоток возбуждения. Ток обмоток широких сердечников регулируется сопротивлением R_в, и при разных положениях реостата получаются внешние характеристики, показанные на рисунке 3.

Рисунок 3. Внешние характеристики генератора по схеме рисунка 2

В СССР с расщепленными полюсами изготовлялись сварочные генераторы ПС с U_н = 35 В (напряжение холостого хода до 80 В) и на ток до 500 А. Генераторы имели также добавочные полюсы, расположенные между сердечниками главных полюсов N и S.

Генераторы поперечного поля

Литература

1. .Ефремов, И.С. Троллейбусы (теория, конструкция, расчет)

2. Устройство и ремонт электровозов постоянного тока. Учебник для техн. школ ж.-д. трансп. М.; «Транспорт»,1977. 464 с. Авт.: С. А. Алябьев, Е. В. Горчаков, С.И.Осипов, Э.Э.Ридель, В.Н.Хлебников.

3. Электровоз ВЛ11. Руководство по эксплуатации/ Под ред. Г. И. Чиракадзе и О. А. Кикнадзе. -- М.: Транспорт, 1983, 464 с.

4. Кужим М.Ф. Савичев Н.В. Электровоз ВЛ15. Справочник для локомотивных и ремонтных бригад - СПб.: Астерион, 2002. - 380 с.

Размещено на Allbest.ru