Войти
A тяговый двигатель - это электродвигатель, используемый для приведения в движение транспортного средства, например локомотивы, электрические или водородные автомобили, лифты или электрические многоблочные.
Тяговые двигатели используются в рельсовых транспортных средствах с электрическим приводом (электрические мультиблоки ) и другие электромобили, включая электрические поплавки для молока, лифты, американские горки, конвейеры и троллейбусы, а также автомобили с системами электропередачи (Дизель-электрические локомотивы, электрические гибридные автомобили ) и аккумулятор электромобили.
Двигатели постоянного тока с серией обмоток возбуждения самый старый тип тяговых двигателей. Они обеспечивают характеристику "скорость-крутящий момент", полезную для движения, обеспечивая высокий крутящий момент на более низких скоростях для ускорения транспортного средства и снижая крутящий момент при увеличении скорости. Благодаря расположению обмотки возбуждения с несколькими ответвлениями можно изменять характеристики скорости, что позволяет оператору относительно плавно управлять ускорением. Еще одна мера управления обеспечивается использованием пар двигателей на транспортном средстве в последовательно-параллельном управлении ; для медленной работы или высоких нагрузок два двигателя могут работать последовательно от источника постоянного тока. Если требуется более высокая скорость, эти двигатели могут работать параллельно, обеспечивая более высокое напряжение на каждом из них и, таким образом, обеспечивая более высокие скорости. Части железнодорожной системы могут использовать разные напряжения, с более высоким напряжением на больших расстояниях между станциями и более низким напряжением около станций, где требуется только более медленная работа.
Вариантом системы постоянного тока является двигатель переменного тока, также известный как универсальный двигатель, который по сути является тем же устройством, но работает от переменного тока. Поскольку и якорь, и ток возбуждения меняются одновременно, поведение двигателя аналогично тому, когда он запитан постоянным током. Для достижения лучших условий эксплуатации железные дороги переменного тока часто снабжаются током с более низкой частотой, чем коммерческие источники, используемые для общего освещения и электроснабжения; используются специальные силовые станции тягового тока или роторные преобразователи, используемые для преобразования коммерческой энергии 50 или 60 Гц в используемую частоту 25 Гц или 16 ⁄ 3 Гц для тяговых двигателей переменного тока. Система переменного тока позволяет эффективно распределять мощность по всей длине железнодорожной линии, а также позволяет управлять скоростью с помощью распределительного устройства на транспортном средстве.
Асинхронные двигатели переменного тока и синхронные двигатели просты и не требуют особого обслуживания, но их неудобно применять для тяговых двигателей из-за их фиксированной характеристики скорости. Асинхронный двигатель переменного тока вырабатывает полезное количество энергии только в узком диапазоне скоростей, определяемом его конструкцией и частотой источника питания переменного тока. Появление силовых полупроводников сделало возможным установить частотно-регулируемый привод на локомотив; это позволяет использовать широкий диапазон скоростей, передачу мощности переменного тока и надежные асинхронные двигатели без изнашиваемых деталей, таких как щетки и коммутаторы.
Традиционно дорожные транспортные средства ( легковые автомобили, автобусы и грузовики) использовали дизельные и бензиновые двигатели с механической или гидравлической трансмиссией. Во второй половине 20-го века начали разрабатываться транспортные средства с системами электропередачи (приводимые в действие двигателями внутреннего сгорания, батареями или топливными элементами ) - одним из преимуществ использования электрических машин является что определенные типы могут регенерировать энергию (т.е. действовать как рекуперативный тормоз ), обеспечивая замедление, а также повышая общую эффективность за счет зарядки аккумуляторной батареи.
Швейцарская Ретийская железная дорога Ge 6/6 I Крокодил локомотив, с одним большим тяговым двигателем над каждой тележкой, с приводом от соединительных тяг. 185>Традиционно это были щеточные электродвигатели постоянного тока с последовательной обмоткой, обычно работающие примерно от 600 вольт. Благодаря наличию мощных полупроводников (тиристоров и IGBT ) теперь стало возможным использование гораздо более простых и надежных асинхронных двигателей AC , известных как асинхронная тяга. моторы. Синхронные двигатели переменного тока также иногда используются, например, во французском TGV.До середины 20 века для привода часто использовался один большой двигатель. несколько ведущих колес с по шатунов, которые были очень похожи на те, что используются на паровозах. Примерами являются Пенсильванская железная дорога DD1, FF1 и L5, а также различные Swiss Crocodiles. В настоящее время стандартной практикой является использование одного тягового двигателя, приводящего в движение каждую ось через зубчатую передачу.
Тяговый двигатель с носовой подвеской для чешского ČD класс 182 локомотив Обычно тяговый двигатель подвешен по трем точкам между рамой тележки и ведомой осью; это называется «тяговый двигатель с носовой подвеской». Проблема с такой компоновкой заключается в том, что часть веса двигателя неподрессоренная, что увеличивает нежелательные силы на гусенице. В случае знаменитой Пенсильванской железной дороги GG1 два установленных на тележке двигателя приводили в движение каждую ось через гусеничный привод. Электровозы «Би-Поляр », построенные General Electric для Милуоки-Роуд, имели двигатели с прямым приводом. Вращающийся вал двигателя был также осью для колес. В случае французских TGV силовых вагонов двигатель, установленный на раме силового вагона, приводит в движение каждую ось; «треножный» привод обеспечивает небольшую гибкость трансмиссии, позволяя тележкам грузовиков поворачиваться. За счет установки относительно тяжелого тягового двигателя непосредственно на раму силового автомобиля, а не на тележку, достигается лучшая динамика, позволяющая улучшить работу на высоких скоростях.
Двигатель постоянного тока был опора электрических тяговых приводов на электровозах, дизель-электровозах, трамваях и дизель-электрических буровых установках на протяжении многих лет. Он состоит из двух частей: вращающегося якоря и неподвижных обмоток возбуждения, окружающих вращающийся якорь, установленный вокруг вала. Фиксированные обмотки возбуждения состоят из плотно намотанных катушек провода, помещенных внутри корпуса двигателя. Якорь представляет собой еще один набор катушек, намотанных вокруг центрального вала и подключенных к обмоткам возбуждения через «щетки», которые представляют собой подпружиненные контакты, прижимающиеся к выступу якоря, называемому коммутатором. Коммутатор собирает все выводы катушек якоря и распределяет их по кругу, чтобы обеспечить правильную последовательность протекания тока. Когда якорь и обмотки возбуждения соединены последовательно, весь двигатель называется «с последовательной обмоткой». Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой имеет поле с низким сопротивлением и цепь якоря. По этой причине, когда на него подается напряжение, ток становится высоким из-за закона Ома. Преимущество сильного тока в том, что внутри двигателя сильные магнитные поля, создающие большой крутящий момент (крутящее усилие), поэтому он идеально подходит для запуска поезда. Недостатком является то, что ток, протекающий в двигатель, должен быть ограничен, иначе источник питания может быть перегружен или двигатель и его кабели могут быть повреждены. В лучшем случае крутящий момент превысит сцепление, и ведущие колеса проскочат. Традиционно для ограничения начального тока использовались резисторы .
Когда двигатель постоянного тока начинает вращаться, взаимодействие внутренних магнитных полей заставляет его генерировать внутреннее напряжение. Эта противоэлектродвижущая сила (CEMF) противодействует приложенному напряжению, и протекающий ток регулируется разницей между ними. По мере увеличения скорости двигателя внутреннее генерируемое напряжение увеличивается, результирующая ЭДС падает, через двигатель проходит меньше тока и крутящий момент падает. Двигатель, естественно, перестает ускоряться, когда сопротивление поезда соответствует крутящему моменту, создаваемому двигателями. Чтобы продолжить ускорение поезда, последовательно отключаются резисторы шаг за шагом, каждый шаг увеличивает эффективное напряжение и, следовательно, ток и крутящий момент на немного дольше, пока двигатель не догонит. В старых поездах постоянного тока это можно услышать и почувствовать как серию стуков под полом, каждый из которых сопровождается рывком ускорения, поскольку крутящий момент внезапно увеличивается в ответ на новый всплеск тока. Когда в цепи не осталось резисторов, полное линейное напряжение подается непосредственно на двигатель. Скорость поезда остается постоянной в точке, где крутящий момент двигателя, регулируемый действующим напряжением, равен сопротивлению - иногда это называется уравновешивающей скоростью. Если поезд начинает подниматься по склону, скорость уменьшается, потому что сопротивление превышает крутящий момент, и снижение скорости приводит к падению CEMF и, следовательно, к повышению эффективного напряжения - до тех пор, пока ток через двигатель не создаст достаточный крутящий момент, чтобы соответствовать новому сопротивлению.. Использование последовательного сопротивления было расточительным, потому что много энергии терялось в виде тепла. Чтобы уменьшить эти потери, электровозы и поезда (до появления силовой электроники ) обычно также оснащались последовательно-параллельным управлением.
Если поезд начинает спускаться с уклона, скорость увеличивается, потому что (уменьшенное) сопротивление меньше крутящего момента. С увеличением скорости внутренне генерируемое напряжение обратной ЭДС повышается, уменьшая крутящий момент до тех пор, пока крутящий момент снова не уравновесит сопротивление. Поскольку ток возбуждения уменьшается за счет обратной ЭДС в двигателе с последовательной обмоткой, нет скорости, при которой обратная ЭДС превысит напряжение питания, и, следовательно, тяговый двигатель постоянного тока с одной последовательной обмоткой не может обеспечить динамическое или рекуперативное торможение.
Однако существуют различные схемы, применяемые для обеспечения тормозящей силы с использованием тяговых двигателей. Вырабатываемая энергия может быть возвращена в источник питания (рекуперативное торможение) или рассеиваться бортовыми резисторами (динамическое торможение). Такая система может довести груз до низкой скорости, требуя относительно небольшого фрикционного торможения для полной остановки груза.
В электропоезде машинисту поезда изначально приходилось управлять отключением сопротивления вручную, но к 1914 году уже использовалось автоматическое ускорение. Это было достигнуто с помощью ускоряющего реле (часто называемого «режекторным реле») в цепи двигателя, которое отслеживало падение тока при отключении каждой ступени сопротивления. Все, что нужно было сделать водителю, - это выбрать низкую, среднюю или полную скорость (называемую «последовательной», «параллельной» и «шунтирующей» в зависимости от способа подключения двигателей в цепи сопротивления), а все остальное сделает автоматика.
Электровозы обычно имеют непрерывный и одночасовой номинал. Часовая номинальная мощность - это максимальная мощность, которую двигатели могут непрерывно развивать в течение одного часа без перегрева. Такое испытание начинается с электродвигателей при +25 ° C (и наружный воздух, используемый для вентиляции, также при +25 ° C). В СССР по ГОСТ 2582-72 с изоляцией класса N максимально допустимые температуры для двигателей постоянного тока составляли 160 ° C для якоря, 180 ° C для статора и 105 ° C для коллектора. Одночасовое значение обычно примерно на десять процентов выше, чем непрерывное, и ограничивается повышением температуры в двигателе.
Поскольку тяговые двигатели используют редуктор для передачи крутящего момента от якоря двигателя на ведомую ось, фактическая нагрузка на двигатель зависит от передаточного числа. В противном случае «одинаковые» тяговые двигатели могут иметь существенно разную грузоподъемность. Тяговый двигатель, предназначенный для грузового использования, с передаточным числом низкой передачи будет безопасно создавать более высокий крутящий момент на колесах в течение более длительного периода при том же уровне тока, поскольку более низкие передачи дают двигателю больше механических преимуществ.
В дизель-электрических и газотурбинных электровозах номинальная мощность лошадиных сил тяговых двигателей обычно составляет около 81% от номинальной мощности тягач. Это предполагает, что электрический генератор преобразует 90% выходной мощности двигателя в электрическую энергию, а тяговые двигатели преобразуют 90% этой электрической энергии обратно в механическую энергию. Расчет: 0,9 × 0,9 = 0,81
Мощность отдельного тягового двигателя обычно составляет 1600 кВт (2100 л.с.).
Еще одним важным фактором при проектировании или спецификации тяговых двигателей является рабочая скорость. Якорь двигателя имеет максимальную безопасную скорость вращения, при которой обмотки надежно остаются на месте.
Центробежная сила, действующая на якорь, при превышении максимальной скорости приводит к выбросу обмоток наружу. В тяжелых случаях это может привести к "птичьему гнезду", поскольку обмотки контактируют с корпусом двигателя и в конечном итоге полностью отрываются от якоря и разматываются.
Гнездо птиц из-за превышения скорости может происходить либо при работе тяговых двигателей локомотивов с механическим приводом, либо в тяговых двигателях автономных локомотивов, перевозимых в составе поезда, движущегося слишком быстро. Другая причина - замена изношенных или поврежденных тяговых двигателей агрегатами, неправильно настроенными для применения.
Повреждение от перегрузки и перегрева также может привести к скоплению птиц на скоростях ниже номинальной, если узел якоря, а также опоры и держатели обмотки были повреждены в результате предыдущего неправильного обращения.
Из-за высокого уровня мощности тяговые двигатели почти всегда охлаждаются принудительным воздухом, водой или специальной диэлектрической жидкостью.
Типичные системы охлаждения на дизель-электрических локомотивах США состоят из вентилятора с электрическим приводом, нагнетающего воздух в канал, встроенный в раму локомотива. Резиновые охлаждающие каналы соединяют канал с отдельными тяговыми двигателями, и охлаждающий воздух проходит вниз и поперек якоря, прежде чем выбрасывается в атмосферу.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Тяговыми двигателями. |
