Berezka7km.ru

Березка 7км
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗОВ (ОСЕВАЯ ФОРМУЛА, МОЩНОСТЬ, СЛУЖЕБНЫЙ И СЦЕПНОЙ ВЕС)

КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗОВ (ОСЕВАЯ ФОРМУЛА, МОЩНОСТЬ, СЛУЖЕБНЫЙ И СЦЕПНОЙ ВЕС)

Тепловозы классифицируются по ряду различных признаков. Наиболее важным является разделение тепловозов по следующим признакам.

По роду службы (виду выполняемой работы) они делятся на грузовые, пассажирские, универсальные (предназначенные для выполнения различной работы, например, грузопассажирские, маневрово-вывозные и т. п.), маневровые и промышленные. Назначение тепловоза отражается на его характеристиках, конструкции передачи и экипажной части.

Современные тепловозы по типу передач делятся на тепловозы с электрической и гидравлической передачами. Электрические передачи могут быть постоянного, переменно-постоянного и переменного тока. Промышленные тепловозы малой мощности выполняют и с механической передачей.

Одной из важных характеристик каждого тепловоза, как и любого локомотива, является его осевая формула. Она характеризует число, расположение и назначение осей локомотива. Для тепловозов тележечного типа осевая формула представляет сочетание цифр, число которых соответствует числу тележек, а каждая цифра показывает число осей в тележке. Например, шестиосный тепловоз ТЭП70 имеет осевую формулу Зо—Зл, которая показывает, что у тепловоза две трехосные тележки Знак «—» (тире) означает, что тележки не соединены между собой (несочлененные), а индекс «0» у цифр показывает, что каждая ось имеет индивидуальный (отдельный) привод (тяговый электродвигатель). Для двухсекционного тепловоза 2ТЭ10В, у которого секции сцеплены между собой, осевая формула выглядит так: Зо—Зо + Зо—Зо или 2(30—Зо).

Для тепловозов нетележечного типа в осевой формуле последовательно перечислено число осей бегунковых, ведущих (сцепных) и поддерживающих. Например, 0—3—0 в) — бегунковых осей нет, ведущих три, поддерживающих нет, привод групповой (тепловоз ТГМ1); 2—5о—1—две бегун-ковые оси, пять ведущих с индивидуальным приводом, одна поддерживающая (тепловоз Ээл довоенной постройки)

В некоторых странах применяют колесные формулы, в которых цифры указывают на число колес, а не осей. Написанная по этому принципу колесная формула тепловоза Ээл выглядит так: 4—10—2, т. е. все цифры удвоены по сравнению с осевой формулой.

К характеристикам локомотивов относятся также осевая нагрузка, служебный и сцепной вес, а также габарит.

Осевая нагрузка (или, точнее, нагрузка от оси на рельсы) характеризует статическое воздействие локомотива на железнодорожный путь.

Для магистральных локомотивов, эксплуатирующихся на железных дорогах СССР, наибольшие допустимые нагрузки на рельсы составляют 225 кН. У новых локомотивов, уже разработанных промышленностью, осевые нагрузки достигают 235 кН (электровозы ВЛ15 и ВЛ85) и 245 кН (тепловозы 2ТЭ121 и опытный тепловоз ТЭ136).

Служебным весом тепловоза называется его полный вес — с локомотивной бригадой, полным запасом воды и масла и двумя третями запасов топлива и песка.

Вес, приходящийся на движущие колесные пары и участвующий в создании силы тяги, называется сцепным весом. Так как почти у всех современных тепловозов все оси являются движущими, то для них сцепной вес равен служебному. С другой стороны, служебный вес равен сумме нагрузок от ведущих осей на рельсы.

Конструкцию тепловоза характеризует ряд факторов: стоимость изготовления, расход топлива, срок службы, производительность. Между стоимостью, мощностью и серийностью изготовления тепловоза существует определённая зависимость: чем мощнее тепловоз, тем он дороже; чем больше экземпляров в серии, тем изготовление становится дешевле.

Наиболее дорогой частью тепловоза является дизель, стоимость которого составляет примерно 30 % стоимости локомотива. Стоимость гидропереда­чи — около 12 %, а стоимость электропередачи — 20 %. Для уменьшения стоимости дизеля широко применяются так называемые мощностные ряды, в которые входят дизели, имеющие цилиндры одного размера и состоящие из унифицированных агрегатов, узлов и деталей. Например, тепловозные дизели Д49 с цилиндрами диаметром 26 см и ходом поршней 26 см могут составлять ряд с различным, чйслом цилиндров — 8, 12, 16 и 20, обеспечивая соответственно мощность 880, 1650, 2200, 3077 и 4415 кВт.

С увеличением массы состава поезда стоимость перевозки грузов уменьшается, но требуется большая мощность на тягу. Это обстоятельство привело к применению нескольких секций одной серии тепловозов для перевозки составов большей массы. Создание более мощных односекционных тепловозов вместо трёхсекционных меньшей мощности в секции обеспечивает существенную экономию капитальных затрат, стоимости содержания локомотива и расхода топлива.

Тепловоз с электрической передачей переменно переменного тока

Поезд без паровоза
Началось с того, что в январе 1922 года Совет труда и обороны Советской Республики (СТО) заявил об особо важной роли тепловозной тяги на железных дорогах. Госплану дали указание в короткие сроки передать на заводы имеющиеся проекты тепловозов для детальной проработки.

1 марта 1924 года на путях Петроградского железнодорожного узла должны были выбрать наилучшую конструкцию тепловоза. Соревноваться предстояло четырем машинам, три из которых собирались заказать за границей и одну построить в России. Однако в указанные сроки конкурс не состоялся: локомотивы не были готовы вовремя.

В Ленинграде тепловоз с электрической передачей системы профессора Якова Гаккеля совершил свою первую поездку до станции Обухово и обратно 7 ноября 1924 года. Локомотив намеревались сдать еще в сентябре, но в Ленинграде случилось большое наводнение, и электрооборудование, включая тяговые двигатели, было залито водой. Рассказывают, что профессор Гаккель, чтобы спасти обмотки электрических машин, поручилсверлить в станинах двигателей отверстия и заливать в них технический спирт.

5 января 1925 года тепловоз отправился из Ленинграда в Москву, куда прибыл 16 января, пройдя через Тихвин, Вологду и Ярославль. Каково было восхищение железнодорожников, впервые увидевших поезд, двигавшийся без паровоза, но с каким-то рокочущим длинным красным «вагоном» во главе состава!

Стоит отметить, что первым тепловозам изначально была присвоена литера серии «Ю», незадействованная в обозначении паровозов. Так, тепловоз Гаккеля стали именовать Юэ-002 (впоследствии он стал Гэ1, а потом — Щэл1). Надо полагать, второй порядковый номер первый советский тепловоз получил по той простой причине, что сначала был готов Юэ-001, строившийся Российской железнодорожной миссией за границей под руководством русского инженера Юрия Ломоносова.

Его постройка была завершена 5 июня 1924 года в германском Эсслингене. А 6 ноября он совершил свой первый пробег по специально уложенной колее 1524 мм во дворе завода. В декабре его доставили на транспортных скатах западной колеи в Даугавпилс, где после перестановки на свои колесные пары он совершал обкатки по Латвийской железной дороге. В январе следующего года он прибыл в Москву, где ему присвоили серию Ээл2.

Еще одним тепловозом, построенным по заказу советского правительства в соответствии с решением СТО, стал локомотив типа 2–5–1 с механической передачей. Он строился в ­1924–1926 годах заводом «Гогенцоллерн» (Германия) по советскому проекту. В СССР он прибыл в 1927-м и первоначально получил обозначение Юм005, затем — Э-МХ-3 и, наконец, ЭМХ3. Последние два варианта указывали на его эквивалентность по мощности паровозу серии Э и применение механической передачи.

Читайте так же:
Розетка для теплого пола шнайдер

Всего до начала Великой Отечественной войны был изготовлен 51 тепловоз. Из них четыре — в Германии, один — на Балтийском заводе (Щэл1), а остальные — на Коломенском паровозостроительном. Между тем должного развития в годы индустриализации тепловозостроение, увы, не получило. Созданная в 1926 году Опытная тепловозная база в подмосковном на ту пору Люблине в 1931-м была закрыта. Все опытные тепловозы отправили на Среднеазиатскую железную дорогу в депо Ашхабад.

Подробности такого решения в технической литературе не раскрывались. Примечательно, что инженер Виталий Раков, издавший уникальную серию книг, в которых подробно изложил историю отечественного локомотивостроения с 1845 по 1985 год, в поздний перестроечный период рассказывал, что его работа проходила под строгим контролем МГБ — КГБ СССР, поэтому он многое был вынужден убрать или переписать. Однако даже в переизданной в 1995 году книге события тех лет остаются недосказанными.

Так, автор сообщает, что «из-за отсутствия ремонтной базы, нехватки запчастей и слабой подготовки кад­ров по обслуживанию дизелей постройка тепловозов как локомотивов для тяги поездов в 1937 году была прекращена. Этому способствовало строительство в то время новых паровозов с конденсацией пара СОк, которые, как тогда считалось, решали проблемы, связанные с эксплуатацией паровозов в без­водных местностях».

Честно говоря, слабость ремонтно-эксплуатационной базы — слабый довод для прекращения промышленной постройки тепловозов, поскольку внедрение в эксплуатацию технически сложных паровозов СОк тоже сталкивалось с подобными проблемами. Зато известен факт, что за силовым внедрением паровозов с конденсацией пара маячила тень наркома путей сообщения Лазаря Кагановича. Отсюда можно судить о его причастности к остановке развития тепловозной тяги в нашей стране на добрых два десятилетия.

Очевидцы в свое время признавались: «Мы были свидетелями, когда, руководя транспортом, Каганович отстаивал паровоз, противясь всему новому, передовому и новой технике на транспорте, особенно внедрению электровозов, тепловозов…» Впрочем, он и сам в своих воспоминаниях писал: «Можно, конечно, сейчас, как говорится, быть «задним умом крепок» и упрекать, почему мы тогда налегали на паровозы нового типа, а не на электровозы. Но, во-первых, приходилось учитывать нехватку электроэнергии — электростанции строились, росли, но не могли обеспечить большой рост потребности в электроэнергии, в том числе и на железных дорогах; во-вторых, производство электровозов и других видов оснащения отставало даже от тех скромных заявок, которые предъявлял НКПС… Плохо было с производством электровозов и тепловозов».

Кагановича мы еще вспомним, а теперь посмотрим, что способствовало возвращению дизельных локомотивов в планы отечественного локомотивостроения.

Второе рождение
В годы Великой Отечественной вой­ны Центральное управление паровозного хозяйства НКПС поставило вопрос о заказе в США партии тепловозов в рамках поставок по ленд-лизу. В Северной Америке к производству тепловозов приступили позднее СССР, зато темпы разработки и выпуска такой техники были выше. К 1939 году в США насчитывалось уже 435 маневровых и 90 магистральных дизельных локомотивов.

Пишут, что американские локомотивостроительные компании сравнительно легко согласились на выполнение советского заказа. Это неудивительно, поскольку во время Второй мировой войны дизельное топливо в США было объявлено стратегическим материалом, действовали строгие ограничения на его применение, что остановило внутренний спрос на тепловозы.

С начала 1945 года в Советский Союз стали поступать шестиосные тепловозы, построенные заводами «АЛКО» (экипажная часть, дизели) и «Дженерал Электрик Компани» (электрическое оборудование). Им было присвоено обозначение серии Д А , что означало «дизельный локомотив завода «АЛКО». Они приходили морем через Мурманский и Молотовский (около Архангельска) порты. При транспортировке главные рамы с установленными на них оборудованием, капотами и кабинами машиниста помещались на судах отдельно от тележек, поэтому в портах прибытия тепловозы приходилось собирать, после чего их отправляли в подмосковное депо Раменское Московско-Рязанской железной дороги. В этом депо в феврале 1945-го первым к работе был подготовлен Д А 20-11. Всего из США в СССР до конца войны поступило 68 тепловозов.

В июле 1945 года в немецком Потс­даме состоялась конференция трех держав — победительниц во Второй мировой войне. Сложилось так, что поезд с советской делегацией привел в Берлин тепловоз Д А 20-27. За восемь десятков лет вокруг события сложился ряд легенд. По одной из них, американский тепловоз подцепили к литерному поезду по дороге в Берлин, неподалеку от Можайска, в связи с отказом паровоза. По другой версии, использовать тепловоз решили при опытных поездках в рамках подготовки к пропуску литерного.

Рассказывают, что во время одной из остановок по пути в Берлин секретарь ВКП (б) товарищ Сталин прогуливался по перрону и заинтересовался необычным локомотивом во главе поезда. Другие считают, что внимание вождя обратил нарком путей сообщения товарищ Ковалев еще во время поездки, указав на спокойный ход, отсутствие боковых толчков, клубов пара и изгари за окном — неизменных спутников паровой тяги.

И якобы на рассказ об американском локомотиве Сталин спросил: «А почему мы не можем построить такой?» Так это или нет, но через два года Харьковский завод тяжелого машиностроения выпустил первый советский послевоенный тепловоз серии ТЭ1, который являлся практически копией американского локомотива RSD, известного у нас под серией ДА.

Затем, в 1948-м, тот же завод спроектировал и построил двухсекционный тепловоз ТЭ2. С 1950 года выпуск тепловозов ТЭ1 был прекращен (всего их было изготовлено 300 единиц), началась постройка опытной партии ТЭ2. Их производили до 1955 года, за это время с конвейера сошло 528 двухсекционных локомотивов.

Что представляли собой ТЭ2, можно понять из примера. На одном из сложных участков Оренбургской железной дороги эти теп­ловозы заменили работавшие там двойной тягой паровозы серии СО, а на Ташкентской дороге ТЭ2 заменили мощные ФД при сохранении весовой нормы и технической скорости поездов.

Тем временем локомотивостроители не почивали на лаврах (разработка ТЭ2 в 1952 году была отмечена Сталинской премией второй степени) и занялись проектированием тепловоза серии ТЭ3.

Читайте так же:
Какие провода нужны для подключения теплого пола

И снова вредители
И вот наступил 1956-й, вошедший в историю как год начала технической реконструкции тяги на железных дорогах СССР. Инициатива пришла сверху — от первого секретаря ЦК КПСС Никиты Хрущева, который в 1955 году поручил Госплану совместно с МПС приступить к разработке генплана реконструкции железнодорожного транспорта. Была поставлена задача за 15 лет полностью отказаться от паровозов в пользу тепловозов и электровозов. При этом отмечалось, что зарубежным странам на это потребуется 75 лет.

В своих мемуарах Николай Байбаков, в те годы председатель Госплана СССР, признается, что по требованию Хрущева все материалы готовились тайком от первого заместителя председателя Совета Министров Лазаря Кагановича, который, когда тайное стало явным, назвал подготовленный документ «вредительским».

Принимая решение, Никита Хрущев, возможно, пытался соперничать с Соединенными Штатами, хотел догнать и перегнать Запад. Действительно, в то время по другую сторону океана паровозы массово стали уходить в историю. Но на это у США были свои причины.

После Второй мировой войны теп­ловозостроительные фирмы и неф­тяные компании, освободившись от запретов военного времени, стали проводить агрессивную политику дизелизации железных дорог. Момент, учитывая бедственное положение в тяговом хозяйстве, был более чем подходящим. Кроме того, на перспективах паровой тяги в США в те годы не могли не сказаться внешние факторы: забастовки шахтеров и отказ металлургической промышленности поставлять на рынок дорогостоящую котловую сталь.

Паровозы в США объявили вышедшими из моды, чему способствовали и сами паровозостроительные компании, вынужденные в условиях жес­точайшей конкуренции переключаться на выпуск тепловозов. Уже к 1949 году американские дороги закупили примерно 8 тыс. тепловозов, а с 1949 по 1957 год железнодорожные компании приобрели еще 19,5 тыс. ед. С 1953-го паровозы в США уже не выпускались.

Рассказывая о дизельной тяге, нельзя не упомянуть тепловоз таинственной серии, разработанный по заданию минобороны СССР. В 1952 году харьковский завод транспортного машиностроения построил односекционный четырехосный тепловоз-электростанцию серии ТЭ6. Информации об этой машине больше можно найти в любительской среде, чем в официальной технической литературе. Неизвестно даже общее количество выпущенных тепловозов. Историк отечественного тягового подвижного состава В.А. Раков упомянул о «летучем голландце» только в своей переизданной в 1990-е годы книге. И то, по его словам, было построено всего три тепловоза, хотя в сети приводятся номера по крайней мере 10 машин.

Основное предназначение ТЭ6 — устойчивая работа в условиях атомной войны. Для защиты от вывода из строя электрических цепей локомотива электромагнитным импульсом ядерного взрыва в его кузове располагалась особая металлическая шина, на которую было заземлено электрооборудование тепловоза. Вся проводка была экранирована. Воздух в герметизированный кузов и систему воздухозабора дизеля проходил через два круглых сетчатых фильтра, помещенных в раздельные масляные ванны. Во избежание загрязнения машины радиоактивной пылью специальный вентилятор создавал в кузове избыточное давление.

Совсем иная ситуация сложилась в СССР, где 1955-й вошел в историю как год наивысшего расцвета паровозостроения: заводы приступили к серийному выпуску паровозов нового поколения — пассажирского П36 и грузового ЛВ. Продолжались испытания созданных в течение пятой пятилетки перспективных паровозов серии ОР23, сочлененных гигантов П34 и П38. Считалось, что их массовый выпуск обеспечит провозную способность железных дорог на ближайшие годы, чтобы не спеша подготовиться к внедрению перспективных видов тяги.

Вместо этого в 1956 году волюнтаристским решением был полностью остановлен выпуск новых паровозов. В этом же году прекращены все испытания опытных паровозов, которым уже была не судьба поступить в эксплуатацию. Паровозостроительная эпоха в нашей стране завершила свою 110-летнюю историю.

Считалось, что такое волевое решение должно было способствовать автоматическому ускорению процесса снятия паровой тяги с поездной и маневровой работы. Однако еще в 1957 году продолжалась поставка в СССР новых паровозов серии Эр, строившихся по заказу советских дорог в Венгрии. Но эти машины в основном направлялись на промышленные пути или сразу консервировались и устанавливались на базы запаса, где иные локомотивы простояли до 1990-х и были порезаны в металлолом неизношенными. А на отдельных участках сети паровая тяга сохранялась до конца 1980-х. В ту пору отечественное тепловозостроение вышло на новый этап своего развития.

Общие сведения об электрическом подвижном составе

К электрическому подвижному составу относятся электовозы и моторные вагоны. В зависимости от рода применяемого тока различают электровозы постоянного, переменного тока и двойного питания; так же различаются и электропоезда.

Электровозы и электропоезда приводятся в движение тяговыми электродвигателями.

В зависимости от способа передачи вращающего момента от тягового двигателя на движущую колесную пару электровозы и моторные вагоны подразделяют на две основные группы: с индивидуальным приводом, когда вращающий момент передается на каждую движущую колесную пару от отдельного двигателя; с групповым приводом, когда вращающий момент от одного тягового двигателя передается двум и более движущим колесным парам.

На железных дорогах страны эксплуатируются электровозы около 20 серий и модификаций. Одним из самых мощных является двухсекционный (восьмиосный) электровоз переменного тока ВЛ80 с плавным (бесступенчатым) регулированием скорости и рекуперативным торможением, что дает возможность быстро и удобно изменять режим движения, полнее использовать инерцию поезда, особенно на участках с горным и перевальным профилем и сократить расход энергии.

Оборудование электровоза рассчитано на работу при напряжении в контактной сети от 19 до 29 кВ, изменении температуры окружающего воздуха вне электровоза от —50 до +40°С

По аналогичному принципу построен еще более мощный 12-осный электровоз на тиристорах ВЛ85 с рекуперативным торможением. Электровоз может водить поезда массой 6000 т и более. Конструкционная скорость — 110 км/ч.

В числе новых локомотивов — грузовой электровоз ВЛ15, предназначенный для вождения тяжеловесных поездов на магистральных участках с напряжением 30 кВ постоянного тока. Конструкционная скорость — 100 км/ч.

На железнодорожной сети РФ эксплуатируются тепловозы с электрической передачей 25 серий и модификаций.

В их числе современный тепловоз 2ТЭ121 — грузовой магистральный тепловоз с электрической передачей переменно-постоянного тока, мощностью 5888 кВт (8000 л.с.) в двух секциях. Предназначен для вождения грузовых поездов на железных дорогах с усиленным верхним строением пути. Конструкционная скорость, км/ч — 100, при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 40 °C.

Современные электровозы и тепловозы могут совершать пробег между экипировками в зависимости от массы поездов и профиля пути до 1200 км, а между техническими обслуживаниями — от 1200 до 2000 км. Они приспособлены к работе в составе двух, трех, четырех секций с возможностью управления из кабины любой головной секции одной локомотивной бригадой. Это позволяет использовать мощность в зависимости от массы поезда и водить поезда массой до 10 тыс. т и более.

Читайте так же:
Количество теплоты выделяемое проводником с током ответы

Электровозы, как и другие локомотивы, выпускают различных серий и модификаций.

В обозначения серий входят буквы ВЛ (в честь Владимира Ильича Ленина) и цифры, соответствующие данной серии (грузовые локомотивы). К этим основным обозначениям (называемым обычно обозначением серии) для локомотивов или моторных вагонов, имеющих какие-то особенности, добавляются индексы в виде малых букв. Цифры позволяют судить о числе осей и роде тока, а в некоторых случаях и о нагрузке колесной пары на рельсы.

Так для серий электровозов переменного (однофазного) тока установлена нумерация:

· четырехосные — от ВЛ40 до ВЛ59,

· шестиосные — от ВЛ60 до ВЛ79,

· восьмиосные — от ВЛ80 до ВЛ99.

Электровозы постоянного тока нумеруются:

· шестиосные — от ВЛ19 до ВЛ39,

· восьмиосные — от ВЛ8 до ВЛ18.

Модернизированные электровозы ВЛ22 обозначаются как ВЛ22м, электровозы ВЛ60 с кремниевыми выпрямителями — ВЛ60к, а с рекуперативным торможением — ВЛ60р. Электровоз ВЛ80 с реостатным торможением обозначается ВЛ80т, а с рекуперативным торможением — ВЛ80р.

Электропоезда имеют следующие обозначения: постоянного тока — ЭР1, ЭР2, ЭР22, ЭР2Р, переменного тока — ЭР9П, ЭР9М, ЭР9Е, ЭД9Т.

На базе конструкции электровозов ВЛ80с, ВЛ85, ВЛ65 для вождения пассажирских поездов разработан электровоз ЭП1, предназначенный для вождения пассажирских поездов на электрифицированных участках напряжением 25 кВ. Конструкционная скорость локомотива 140 км/ч.

Электровоз ЭП10 предназначен для вождения пассажирских и почтово-багажных поездов на линиях однофазного переменного тока 25 кВ и участках постоянного тока 3 кВ. Мощность локомотива 6000 кВт, что позволяет водить составы из 25 вагонов, максимальная скорость движения 160 км/ч.

Прокрутить вверх

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.).

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам.

Устройство электродвигателя переменного тока

Электрические двигатели – это силовые машины, применяющиеся для превращения электрической энергии в механическую. Общая классификация разделяет их по типу питающего тока на двигатели постоянного и переменного тока. В статье ниже рассматриваются электрические двигатели со спецификацией под переменный ток, их виды, отличительные характеристики и преимущества.

Для общей информации, рекомендуем прочитать нашу отдельную статью о принципах работы электродвигателей.

Электродвигатель переменного тока

Принцип преобразования энергии

Среди электрических двигателей, применяемых во всех отраслях промышленности и бытовых электроприборах, наибольшее распространение имеют двигатели переменного тока. Они встречаются практически в каждой сфере жизнедеятельности – от детских игрушек и стиральных машин до автомобилей и мощных производственных станков.

Принцип работы всех электрических двигателей основывается на законе электромагнитной индукции Фарадея и законе Ампера. Первый из них описывает ситуацию, когда на замкнутом проводнике, находящемся в изменяющемся магнитном поле, генерируется электродвижущая сила. В двигателях это поле создается через обмотки статора, по которым протекает переменный ток. Внутри статора (представляющего собой корпус устройства) находится подвижный элемент двигателя – ротор. На нем и возникает ток.

Вращение ротора объясняется законом Ампера, который утверждает, что на электрические заряды, протекающие по проводнику, находящемуся внутри магнитного поля, действует сила, движущая их в плоскости, перпендикулярной силовым линиям этого поля. Проще говоря, проводник, которым в конструкции двигателя является ротор, начинает вращаться вокруг своей оси, а закрепляется он на валу, к которому подключаются рабочие механизмы оборудования.

Виды двигателей и их устройство

Электрические двигатели переменного тока имеют различное устройство, благодаря которому можно создавать машины с одинаковой частотой вращения ротора относительно магнитного поля статора, и такие машины, где ротор «отстает» от вращающегося поля. По данному принципу эти двигатели разделяют на соответствующие типы: синхронные и асинхронные.

Асинхронные

Основу конструкции асинхронного электродвигателя составляет пара важнейших функциональных частей:

  1. Статор – блок цилиндрической формы, сделанный из листов стали с пазанми для укладки токопроводящих обмоток, оси которых располагаются под углом 120˚ относительно друг друга. Полюса обмоток уходят на клеммную коробку, где подключаются разными способами, в зависимости от необходимых параметров работы электродвигателя.
  2. Ротор. В конструкции асинхронных электродвигателей используются роторы двух видов:
    • Короткозамкнутый. Называется так, потому что изготавливается из нескольких алюминиевых или медных стержней, накоротко замкнутых с помощью торцевых колец. Эта конструкция, представляющая собой токоповодящую обмотку ротора, называется в электромеханике «беличьей клеткой».
    • Фазный. На роторах данного типа устанавливается трехфазная обмотка, похожая на обмотку статора. Чаще всего концы её проводников идут в клеммную площадку, где соединяются «звездой», а свободные концы подключаются к контактным кольцам. Фазный ротор позволяет с помощью щеток добавить в цепь обмотки добавочный резистор, позволяющий изменять сопротивление для уменьшения пусковых токов.


Помимо описанных ключевых элементов асинхронного электродвигателя, в его конструкцию также входит вентилятор для охлаждения обмоток, клеммная коробка и вал, передающий генерируемое вращение на рабочие механизмы оборудования, работа которого обеспечивается данным двигателем.

Работа асинхронных электрических двигателей основывается на законе электромагнитной индукции, утверждающем, что электродвижущая сила может возникнуть лишь в условиях разности скоростей вращения ротора и магнитного поля статора. Таким образом, если бы эти скорости были равны, ЭДС не могла бы появиться, но воздействие на вал таких «тормозящих» факторов, как нагрузка и трение подшипников, всегда создает достаточные для работы условия.

Синхронные

Конструкция синхронных электродвигателей переменного тока несколько отлична от устройства асинхронных аналогов. В этих машинах ротор крутится вокруг своей оси со скоростью, равной скорости вращения магнитного поля статора. Ротор или якорь этих устройств тоже оснащается обмотками, которые одними концами подключены друг к другу, а другими – к вращающемуся коллектору. Контактные площадки на коллекторе смонтированы так, что в определенный момент времени возможна подача питания через графитовые щетки лишь на два противоположных контакта.

  1. При взаимодействии магнитного потока в обмотке статора с током ротора возникает вращающий момент.
  2. Направление движения магнитного потока изменяется одновременно с направлением переменного тока, благодаря чему сохраняется вращение выходного вала в одну сторону.
  3. Настройка нужной частоты вращения осуществляется регулировкой входящего напряжения. Чаще всего, в быстроходном оборудовании, например, перфораторах и пылесосах, эту функцию выполняет реостат.
Читайте так же:
Что такое номинальный тепловой ток контактора

Чаще всего причинами выхода синхронных электродвигателей из строя является:

  • износ графитовых щеток или ослабление прижимной пружины;
  • износ подшипников вала;
  • загрязнение коллектора (чистится наждачной бумагой или спиртом).

Генератор

История изобретения

Изобретение простейшего способа преобразования энергии из электрической в механическую принадлежит Майклу Фарадею. В 1821 году этот великий английский ученый провел эксперимент с проводником, опущенным в сосуд с ртутью, на дне которого лежал постоянный магнит. После подачи электричества на проводник он приходил в движение, вращаясь соответственно силовым линиями магнитного поля. В наши дни этот опыт часто проводят на уроках физики, заменяя ртуть рассолом.

Дальнейшее изучение вопроса привело к созданию Питером Барлоу в 1824 году униполярного двигателя, названного колесом Барлоу. В его конструкцию входят два зубчатых колеса из меди, расположенных на одной оси между постоянными магнитами. После подачи тока на колеса, в результате его взаимодействия с магнитными полями, колеса начинают вращаться. Во время опытов ученый установил, что направление вращения можно изменить, поменяв полярность (перестановкой магнитов или контактов). Практического применения «колесо Барлоу», но сыграло важную роль в изучении взаимодействия магнитных полей и заряженных проводников.

Первый рабочий образец устройства, ставшего прародителем современных двигателей, был создан русским физиком Борисом Семеновичем Якоби в 1834 году. Принцип использования вращающегося ротора в магнитном поле, продемонстрированный в этом изобретении, практически в неизменном виде применяется современных двигателях постоянного тока.

А вот создание первого двигателя с асинхронным принципом работы принадлежит сразу двум ученым – Николе Тесла и Галилео Феррарис, по удачному стечению обстоятельств продемонстрировавшим свои изобретения в один год (1888). Через несколько лет двухфазный бесколлекторный двигатель переменного тока, созданный Николой Тесла уже использовался на нескольких электростанциях. В 1889 году русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский усовершенствовал изобретение Теслы для работы в трехфазной сети, благодаря чему смог создать первый асинхронный двигатель переменного тока мощностью более 100 Вт. Ему же принадлежит изобретение используемых сегодня способов подключения фаз в трехфазных электродвигателях: «звезда» и «треугольник», пусковых реостатов и трехфазных трансформаторов.

Система переменного тока

Подключение к однофазным и трехфазным источникам питания

По типу питающей сети электродвигатели переменного тока классифицируют на одно- и трехфазные.

Подключение асинхронных однофазных двигателей осуществляет очень легко – для этого достаточно подвести к двум выходам на корпусе фазный и нулевой провод однофазной 220В сети. Синхронные двигатели тоже можно запитывать от сети данного типа, однако подключение немного сложнее – необходимо соединить обмотки ротора и статора так, чтобы их контакты однополюсного намагничивания были расположены напротив друг друга.

Подключение к трехфазной сети представляется несколько более сложным. В первую очередь, следует обратить внимание, что клеммная коробка содержит 6 выводов – по паре на каждую из трех обмоток. Во-вторых, это дает возможность использовать один из двух способов подключения («звезда» и «треугольник»). Неправильное подключение может привести в поломке двигатель от расплавления обмоток статора.

Главное функциональное отличие «звезды» и «треугольника» заключается в различном потреблении мощности, что сделано для возможности включения машины в трехфазные сети с различным линейным напряжением — 380В или 660В. В первом случае следует соединять обмотки по схеме «треугольник», а во втором – «звездой». Такое правило включения позволяет в обоих случаях иметь напряжение 380В на обмотках каждой фазы.

На панели подключения выводы обмоток располагаются таким образом, чтобы перемычки, используемых для включения, не перекрещивались между собой. Если коробка выводов двигателя содержит только три зажима, значит, он рассчитан для работы от одного напряжения, которое указано в технической документации, а обмотки соединены между собой внутри устройства.

Преимущества и недостатки электрических двигателей переменного тока

В наши дни среди всех электродвигателей устройства для переменного тока занимают лидирующую позицию по объему использования в силовых установках. Они обладают низкой себестоимостью, простой в обслуживании конструкцией и КПД не менее 90%. Кроме того, их устройство позволяет плавно изменять скорость вращения, не прибегая к помощи дополнительного оборудования вроде коробок передач.

Главным недостатком двигателей переменного тока с асинхронным принципом работы является тот факт, что регулировать их частоту вращения вала можно только изменяя входную частоту тока. Это не позволяет добиться постоянной скорости вращения, а также снижает мощность. Для асинхронных электродвигателей характерны высокие пусковые токи, но низкий пусковой момент. Для исправления этих недостатков применяется частотный привод, однако его цена противоречит одному из главных достоинств этих двигателей – низкой себестоимости.


Слабым местом синхронного двигателя является его сложная конструкция. Графитовые щетки довольно быстро выходят из строя под нагрузкой, а также теряют плотный контакт с коллектором из-за ослабления прижимной пружины. Кроме того, эти двигатели, как и асинхронные аналоги, не защищены от износа подшипников вала. К недостаткам также относится более сложный пуск, необходимость наличия источника постоянного тока и исключительно частотная регулировка частоты вращения.

Применение

На сегодняшний день электродвигатели со спецификацией на переменный ток распространены во всех сферах промышленности и жизнедеятельности. На электростанциях они устанавливаются в качестве генераторов, используются в производственном оборудовании, автомобилестроении и даже бытовой технике. Сегодня в каждом доме можно встретить как минимум одно устройство с электрическим двигателем переменного тока, например, стиральную машину. Причины столь большой популярности заключаются в универсальности, долговечности и легкости обслуживания.

Среди асинхронных электрических машин наибольшее распространение получили устройства с трехфазной спецификацией. Они являются наилучшим вариантом для использования во многих силовых агрегатах, генераторах и высокомощных установках, работа которых связана с необходимостью контроля скорости вращения вала.

Конструкция тяговых трансформаторов электровозов, параметры и расшифорка маркировки

Электровоз

Вопрос-ответ

Электровозы переменного тока для привода в действие тяговых электродвигателей используют напряжение контактной сети. Поскольку для уменьшения токовой нагрузки на провода и снижения потерь в контактную сеть подается высокое напряжение (порядка 19-29 кВ), то тяговые трансформаторы современных электровозов выполняют функцию снижения напряжения. Тяговые трансформаторы должны обладать определенной перегрузочной способностью для нормальной работы в большом диапазоне нагрузок.

Читайте так же:
Тепловая мощность в цепи переменного тока

Конструкция и принцип работы тяговых трансформаторов электровозов

Тяговые трансформаторы электровозов работают на том же принципе электромагнитной индукции, что и обычные трансформаторы. Наиболее распространенной является конструкция, в которую входят:

  1. Двухстержневой магнитопровод из электротехнической стали.
  2. Первичная и вторичные обмотки.
  3. Масляная система охлаждения с радиаторами и циркуляционным насосом.

Магнитопровод имеет два ярма и две стяжки, выполненные из листов электротехнической стали толщиной 0.35 мм. Для того, чтобы стержни в поперечном сечении имели форму, приближенную к кругу, ширина пластин разная. Для плотного прилегания друг к другу, пластины ярма стянуты швеллерами при помощи изолированных болтов. Изоляция необходима для того, чтобы в сердечнике не возникали вихревые токи, повышающие нагрев и снижающие КПД устройства.

Эти же швеллерные балки осуществляют крепление сердечника к корпусу конструкции.

Обмотки выполнены из изолированного медного провода прямоугольного сечения. Каждая из обмоток намотана на бакелитовых цилиндрах. Сечение цилиндров подобрано таким образом, чтобы они входили друг в друга и образовывали зазор для циркуляции масла. Равномерность зазора обеспечивают распорные прокладки между стержнями и обмотками.

Для изолирования проводов применяется специальная трансформаторная бумага.

Обмотки вместе с магнитопроводом образуют выемную часть.

Масло, циркулирующее внутри активной части, отбирает тепло от нагретых элементов. Кроме охлаждения масло выполняет роль изолятора. Перенос масла от нагретых частей к охладителю осуществляется при помощи циркуляционного масляного насоса.

Нагретое масло, подаваемое из верхней части трансформатора (там оно имеет максимальную температуру), поступает в охладители, выполненные в виде радиаторных секций. Количество масляных секций у холодильника зависит от типа и мощности устройства.

Радиаторы охлаждаются потоком воздуха при помощи вентилятора.

Основные параметры

Поскольку тяговые трансформаторы электровозов предназначены для питания тяговых электродвигателей и преобразования напряжения для собственных нужд, то основными параметрами будут являться:

  • Номинальное первичное напряжение;
  • Номинальное вторичное напряжение;
  • Мощность;
  • Токи первичной и вторичной обмоток.

Серия и марка

О основном на отечественных железных дорогах используют устройства двух марок – ОДЦЭ и ОДР. В маркировке приняты следующие сокращения:

  • О – однофазный;
  • Д – принудительное воздушное охлаждение;
  • Ц – принудительная циркуляция масла;
  • Р – для питания ртутных выпрямителей (или встроенный реактор).

Далее указывается число в виде дроби, где:

  • Числитель – типовая мощность в кВА;
  • Знаменатель – номинальное напряжение первичной обмотки в кВ.

В конце обозначения может присутствовать буква, характеризующая модификацию устройства.

В частности, на электровозе переменного тока ВЛ80С установлен тяговый трансформатор ОДЦЭ 5000 / 25. На электровозе ЭД9М устанавливается трансформатор со встроенным реактором ОДЦЭР 1600/25А.

Номинальные параметры

Номинальные параметры показывают характеристики, которые обеспечиваются при длительной работе аппаратуры. Для каждого типа трансформатора параметры различны, поскольку они предназначены для работы в разной технике.

Мощность

Наиболее распространены следующие значения номинальной мощности первичной обмотки:

5600, 5000, 1600, 1000 кВА.

Кроме этого, трансформаторы характеризуются мощностями вторичных обмоток, которых бывает несколько:

  • Для питания тяговых электродвигателей;
  • На собственные нужды.
Напряжение

Первичное напряжение, которое подается на обмотки с контактной сети, составляет 25 кВ. В зависимости от типа транспортного средства, для питания тяговых двигателей используется различное напряжение – от 1040 до 2208 В. Величина тягового напряжения регулируется контроллером при трогании, разгоне или торможении.

Кроме этого, необходимо напряжение на собственные нужды – для питания вспомогательного оборудования, отопления, освещения. Величина дополнительного напряжения составляет от 200 до 600 В.

В случае необходимости, в цепи питания могут включаться дополнительные трансформаторы, которые преобразуют напряжение до необходимой величины.

Частота

Частота напряжения питающей сети является стандартной и составляет 50 Гц, поскольку ток в контактных проводах берется из общей системы электроснабжения.

Ток, потребляемый тяговыми электродвигателями, зависит от состояния дороги, загруженности подвижного состава. Ток тем выше, чем круче подъем профиля следования, больше масса подвижного состава. Максимальной величины ток достигает в момент трогания с места и набора скорости.

В сумме с током на собственные нужды он не должен превышать номинальный ток первичной обмотки.

Выпрямленное напряжение

Напряжение вторичных обмоток поступает на выпрямители, поскольку подавляющее большинство электрических цепей используют постоянное напряжение. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя используются реакторы, которые могут быть встроены непосредственно в тяговый трансформатор.

Часовой выпрямленный ток

Номинальный выпрямленный ток может протекать через обмотки в течении длительного времени, не вызывая повреждения оборудования. В случае перегрузок (трогание с места, движение на подъем), ток, проходящий через обмотки, превышает номинальное значение. Величина кратковременного тока называется часовой выпрямленный ток.

Коэффициент трансформации обмоток

Постоянный коэффициент трансформации имеет только обмотка для собственных нужд. Тяговая обмотка состоит из нескольких частей – двух одинаковых несекционированных полуобмоток и секционированную часть.

Такая конструкция необходима для регулировки напряжения на тяговом электродвигателе посредством контроллера. Регулировка заключается в том, что секционированные части подключаются к несекционированным последовательно или встречно. Таким образом достигается плавность регулировки.

Методика расчета

В основе расчета тяговых трансформаторов электровоза лежит напряжение питающей контактной сети и мощность тяговых электродвигателей. Следует иметь ввиду, что в суммарную мощность трансформатора входит мощность, потребляемая на собственные нужды.

Порядок расчета следующий:

  • Определение габаритной мощности;
  • Определение коэффициента трансформации (количество витков первичной и вторичных обмоток);
  • Расчет площади сечения магнитопровода исходя из габаритной мощности;
  • Расчет сечения проводников обмоток в зависимости от выбранной плотности токов;
  • Выбор схемы охлаждения и тепловой нагрузки на обмотки;
  • Расчет системы охлаждения.

Примеры расчета

Габаритная мощность равняется сумме мощности всех потребителей. Следует иметь ввиду, что в зависимости от погодных условий, мощность собственных нужд будет значительно отличаться за счет включения обогрева в холодное время. Габаритная мощность должна рассчитываться для наихудших условий.

Коэффициент трансформации определяется как отношение напряжения в первичной сети и вторичной обмотки. Каждая обмотка имеет свой коэффициент трансформации.

В зависимости от величины габаритной мощности определяется площадь поперечного сечения магнитопровода, а также находится количество витков, приходящихся на один вольт напряжения.

Сечение проводов выбирается таким образом, чтобы их нагрев не превышал допустимой величины. Поэтому важно учитывать способ охлаждения и рабочие параметры охлаждающей среды. К примеру, допустимая температура масла при жидкостной системе охлаждения составляет 75⁰С.

На основе тепловых расчетов определяют тип и количество радиаторных секций, величину воздушного потока для охлаждения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector