Автоматические характеристики тяговых двигателей

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.

Двигатель тяговый НБ-514

Общие сведения

Двигатель тяговый НБ-514 предназначен для индивидуального привода колесных пар электровозов переменного тока через двухстороннюю жесткую косозубую передачу. Подвеска тягового электродвигателя опорно-осевая.

Структура условного обозначения

НБ-514:
НБ — ндекс;
514 — орядковый номер разработки.
Климатическое исполнение У1, УХЛ и категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89Е.

Условия эксплуатации

Высота над уровнем моря до 1400 м.
Температура окружающего воздуха от 40 до минус 50°С.
Среднемесячное значение относительной влажности окружающего воздуха 80% при температуре 20°С и верхнее значение 100% при температуре 25°С.
Номинальный режим работы продолжительный.
Степень защиты IP11 по ГОСТ 14254-80.
Требования безопасности по ГОСТ 12.2.056-81.
Двигатель соответствует ГОСТ 2582-81E. ГОСТ 2582-81E

Технические характеристики

Напряжение на выводах, В

905843
850795
часовойпродолжительный

Частота вращения, об/мин -1

905925

Частота вращения максимальная, об/мин -1

независимая

Количество охлаждающего воздуха, м 3 /мин

КПД на валу, %, не менее

94,194,3

Масса двигателя без зубчатой передачи, кг

Двигатель (рис. 1) представляет собой шестиполюсную компенсированную электрическую машину пульсирующего тока с последовательным возбуждением и независимой системой охлаждения. Состоит он из остова, подшипниковых щитов, якоря, траверсы, моторно-осевых подшипников.

Габаритные размеры двигателя НБ-514
Остов двигателя имеет цилиндрическую форму, является одновременно магнитопроводом и корпусом, к которому крепятся шесть главных и шесть дополнительных полюсов, поворотная траверса, щиты с роликовыми подшипниками, кронштейн подвески двигателя, моторно-осевые подшипники, кожуха зубчатой передачи. На торцевой стенке остова со стороны коллектора укреплены устройства стопорения, фиксации и поворота траверсы. Со стороны коллекторной камеры в остове имеется два люка для осмотра и обслуживания коллектора и щеточного аппарата: один в верхней, другой и нижней части остова. Люки плотно закрываются крышками.
Сердечники главных и дополнительных полюсов собраны из штампованных листов электротехнической стали. В каждом сердечнике главного полюса проштамповано по восемь пазов открытой формы, в которые уложены катушки компенсационной обмотки. Катушки добавочных полюсов установлены в специальные профильные обоймы, закрепленные на сердечниках добавочных полюсов. Электрический монтаж полюсных катушек выполнен гибкими выводами из провода марки ПЩ. Выводы катушек соединены между собой посредством пайки их наконечников припоем ПСР25Ф. Концы катушек С1-С2 и Я1-Д2 выведены в коробку выводов, расположенную на остове.
Щеточный аппарат двигателя состоит из траверсы с поворотным механизмом, шести кронштейнов, закрепленных на изолированных пальцах траверсы, шести щеткодержателей.
Якорь двигателя состоит из сердечника, нажимной шайбы, коллектора и обмотки, уложенной в пазы сердечника. В сердечнике имеется два ряда аксиальных отверстий для прохода охлаждающего воздуха. Корпус коллектора одновременно служит передней нажимной шайбой. Все детали якоря собраны на общей втулке коробчатой формы, напрессованной на вал якоря, что обеспечивает возможность его замены. Обмотка якоря простая петлевая с уравнителями первого рода, расположенными на стороне коллектора под катушками якоря. Обмотка якоря соединена с коллекторными пластинами способом сварки. Якорь пропитан в эпоксидном компаунде ЭМТ-1.
Подшипниковые узлы с якорными подшипниками средней серии типа НО-42330Л1М имеют лабиринтные уплотнения с системой выравнивания давления в смазочных камерах и дополнительные камеры для сбора отработанной смазки.
Моторно-осевые подшипники состоят из латунных вкладышей, залитых по внутренней поверхности баббитом, и букс с постоянным уровнем смазки. Вкладыш, прилегающий к буксе, имеет окно для подачи смазки.
Охлаждающий воздух подается в двигатель через патрубок на остове со стороны коллектора и выходит из двигателя со стороны, противоположной коллектору, вверх под кузов электровоза через специальный кожух.
На рис. 2 приведены кривые частоты вращения n, вращающего момента М, КПД двигателя h в зависимости от тока якоря I а для различных значений степени возбуждения . Там же даны кривые отношения напряжения к частоте вращения U/n, E/n в зависимости от тока возбуждения I b для различных значений тока якоря I а .

Читать еще: Что значит компрессорный двигатель

Электромеханические характеристики двигателя НБ-514 В комплект поставки по отдельному заказу входят: двигатель ДТЖИ.652355.006-01СБ(6ТН.155.113-01); паспорт двигателя ДТЖИ.652355.006-01ПС(6ТН.155.113-01ПС); технический паспорт якоря;
крышка ДТЖИ.735532.001-01(8ТН.314.065); запасные части к двигателю — по перечню заказа.

Основные характеристики тягового электродвигателя электрического автомобиля

В современных авто электродвигатель может быть от переменного или постоянного тока. Основной его задачей является передача на движитель авто крутящего момента. Основными характеристиками ТЭД помимо максимального крутящего момента и мощности, являются: частота вращения, ток и напряжение.

В автомобилях чаще используют коллекторные двигатели (один из них благодаря способности вращаться в обратную сторону, может работать как генератор). Но, в отдельных моделях устанавливают электрические моторы и других типов – магнитоэлектрические моторы, подразделяющиеся на двигатели переменного и постоянного тока. Тяговые двигатели электрические, установленные в электромобилях, от других электромоторов не отличаются по конструкции.

Медный довод: создан уникальный двигатель для электромобилей

В России разработан мотор для электромобилей, обладающий рядом преимуществ перед зарубежными аналогами. Чтобы создать магнитное поле, необходимое для движения колес, в нем применяют обычную медную катушку. Двигатель увеличивает время пробега машины без подзарядки на 15% и исключает внезапную остановку из-за перегрева. При этом цена отечественного мотора в 3–4 раза ниже, чем у зарубежного. Разработчик планирует выпустить собственную линейку беспилотных грузовиков, оборудованных такими двигателями. Подобные машины уже тестируются иностранными компаниями, которые занимаются грузоперевозками.

Железо, медь и математика

Чаще всего в электромобилях используют моторы на постоянных магнитах. Однако такие двигатели имеют ряд существенных недостатков.

В постоянном магнитном поле проводник (рамка, по которой протекает ток) начинает двигаться. Движение передается на колеса машины, и она едет. Но когда проводник смещается в магнитном поле, по законам физики в нем возникает противоположно направленная сила (противо-ЭДС). Она уменьшает силу тока в проводнике, и в итоге автомобиль не может развить скорость более 60 км/ч. Чтобы ее увеличить, нужно уменьшить поле постоянного магнита — это снизит противо-ЭДС. Но чтобы сделать это, нужно потратить электроэнергию. В результате коэффициент полезного действия (КПД) двигателя падает, следовательно, аккумулятор быстрее разряжается.

–– Наш мотор, образно говоря, состоит из железа, меди и математики, –– рассказал технический директор компании «Электротранспортные технологии» Илья Федичев. –– Мы создаем магнитное поле с помощью медной катушки, через которую проходит ток. И поэтому можем спокойно им управлять: увеличивать для большей мощности и уменьшать для скоростного разгона авто без снижения КПД. По нашим расчетам, на российском моторе машина проедет примерно на 15% дольше –– конечно, при условии, что скорость и качество дороги будут такими же, как для авто с зарубежным двигателем.

Читать еще: Что такое двигатель дци

Магнитные катушки с пропускаемым через них током известны в качестве источников магнитного поля с XIX века. Однако задействовать поле в работе электродвигателя –– очень непросто. Инженеры говорят, что их главное достижение — создание особой конструкции двигателя, которая и позволила обойтись без постоянных магнитов, заменив их на медную катушку — она создает магнитное поле с нужным направлением и интенсивностью.

Перегрев не страшен

Еще один недостаток действующих электромоторов –– размагничивание постоянного магнита из-за нагрева двигателя. Дело в том, что для каждого магнита есть точка Кюри –– температура, при которой он теряет свои свойства. Когда электромобиль внезапно начинает терять скорость, это значит, что магнит просто перегрелся. Он больше не создает поле для движения рамки, и автоматика принудительно уменьшает мощность мотора. Конечно, ситуация, при которой машина долго едет на максимальной скорости, встречается нечасто, однако способствовать перегреву может и жара.

Российский электромотор не имеет постоянного магнита, поэтому внезапное отключение ему не грозит. Также ему не нужны сложные, громоздкие и дорогостоящие системы охлаждения, как машинам на электродвигателях с постоянными магнитами. Инженеры провели эксперимент, нагревая мотор собственной разработки и зарубежные аналоги. Оказалось, что отечественный двигатель сохраняет характеристики при температуре до 150 ºС, в то время как иностранные модели перестают работать уже при 100 ºС.

Тем не менее большинство специалистов в мире всё же отдают предпочтение двигателям с постоянными магнитами, сообщил заведующий кафедрой электротехники и промышленной электротехники МГТУ им. Н.Э. Баумана Александр Красовский.

–– Следует учесть, что применяемая дополнительная «обмотка возбуждения», то есть та самая медная обмотка, потребляет дополнительную электрическую энергию аккумулятора, что несколько снижает КПД созданного двигателя, –– рассказал эксперт. –– Наличие обмотки ведет еще и к некоторому увеличению массы и габаритов двигателя. Зато к преимуществам предложенного российскими учеными аналога относится выгодная цена –– двигатели с постоянными магнитами имеют более сложную конструкцию, поэтому и стоят дороже.

Российский двигатель такой же мощности, как и зарубежный, дешевле не только благодаря простоте конструкции, но и применяемым материалам. Ведь 90% рынка постоянных магнитов занято Китаем, и производители диктуют цену на товар по своему усмотрению. Монополия может привести к внезапному скачку цен на постоянные магниты, а следовательно, и на электромоторы. Да и сегодня произведенный в Китае мотор стоит около 300 тыс. рублей, еще около 100 тыс. рублей уйдет на перевозку и налоги. Стоимость отечественного мотора при серийном производстве составит около 80 тыс. рублей.

Будущее за электромобилями

Электрические машины не наносят вреда экологии, поэтому власти Москвы планируют всячески поощрять их применение. На данный момент все электрокары имеют право на бесплатную парковку в любой точке столицы, сообщалось на конференции Forbes «Как заработать с помощью искусственного интеллекта в России». Также руководители мэрии предложили проекты по удешевлению оформления ОСАГО для электромобилей и предоставлению льгот для проезда по платным трассам. Некоторые компании, имеющие отношение к разработке транспортных средств, увидели и техническое преимущество электромобилей перед машинами на двигателях внутреннего сгорания.

–– Появление таких моторов –– значимое событие для машиностроения, особенно для формируемого рынка беспилотных транспортных средств, –– отметил эксперт в области робототехники и систем автоматизации транспорта Виталий Савельев. — Неприхотливость подобного мотора и высокий ресурс работы без обслуживания дают возможность эксплуатировать технику на его базе более эффективно. Развитие двигателей такого типа позволяет получить высокие тяговые характеристики одновременно с низким энергопотреблением, что увеличивает запас хода электромобиля. В перспективе электромоторы могут использоваться и на водных видах транспорта –– с их помощью можно создать практически бесшумные и энергоэффективные яхты и катера.

Разработчик отечественного двигателя в скором времени планирует выпустить линейку беспилотных грузовиков, которые могут быть востребованы, например, в компаниях, связанных с грузоперевозками, почтовой и курьерской доставкой.

При этом некоторые крупные зарубежные автоконцерны совместно с логистическими компаниями уже тестируют тягачи, рассчитанные на эксплуатацию без водителей.

Через несколько лет электромобили вытеснят с рынка машины с двигателями внутреннего сгорания, предполагают в компании-разработчике. Когда цена на литиевые батареи, используемые в электрокарах, упадет, ездить на них станет гораздо выгоднее. По информации зарубежных экспертов, стоимость батарей в последнее время быстро снижается. Так, в 2016 году цена литиевых аккумуляторов составляла $400–600 на киловатт-час емкости, а год назад — уже $250–300.

Читать еще: Двигатели ваз классика технические характеристики таблица

Устройство

Основные элементы конструкции тяговой лебедки: канатный барабан, механические редукторы, муфты, тормозная система, электродвигатель и пусковая аппаратура — все узлы монтируются на общей сварной раме. Барабан представляет собой стальной или чугунный двухребордный цилиндр для многослойного наматывания троса. Крепится на тихоходный вал редуктора с одной стороны и на подшипниковую опросу с другой. Крепление каната к барабан прижимными планками. Редукторы одноступенчатые, двухступенчатые, трехступенчатые с цилиндрической или червячной передачей.

Сварная рама;
Барабан;
Редуктор;
Электродвигатель;
Блок резисторов;
Кулачковый контролер;
Тормоз колодочный;
Муфта;
Подшипник;
Выносная опора;
Электрический щит;
Канат (трос).

Виды передач

Основной трудностью при попытках соединить вал дизеля напрямую с колёсными парами является разгон тепловоза и запуск дизеля. Делались попытки применить для этого сжатый воздух (то есть дизель при трогании с места работал как пневматический двигатель), однако запасов сжатого воздуха в баллонах не хватало для нормального разгона локомотива.

Механическая передача

Механическая передача включает фрикционную муфту и коробку передач с реверс-редуктором; она обладает малым весом и высоким КПД, однако при переключении передач неизбежно возникают рывки. На практике её используют на локомотивах малой мощности (мотовозах), дизель-поездах, дрезинах и автомотрисах.

Электрическая передача

Более эффективной передачей стала электрическая, при которой вал дизеля вращает якорь тягового генератора, питающего тяговые электродвигатели (ТЭД). В свою очередь вращательное движения якоря ТЭД передаётся колёсной паре с помощью осевого редуктора. Редуктор представляет собой соединённые зубчатые колёса, располагающиеся на якоре ТЭД и оси колёсной пары. В случае электропередачи поддерживается гиперболическая тяговая характеристика, когда увеличение сопротивления движения вызывает увеличение силы тяги, а уменьшение — ускорение локомотива. Электропередача позволяет соединять несколько секций тепловоза и управлять ими по системе многих единиц из одной кабины. Минусом её является большая масса и относительная дороговизна необходимого оборудования. В случае электропередачи возможно использование электродинамического торможения, суть которого заключается в использовании ТЭД в качестве генераторов, за счёт сопротивления вращению вала якоря которых осуществляющих торможение тепловоза (вырабатываемая электроэнергия гасится в тормозных резисторах). По сравнению с пневматическими тормозами электродинамическое торможение более эффективно, меньше износ тормозных колодок, снижается опасность юза колёсных пар.

Первоначально в тепловозах использовалась передача постоянного тока, однако в дальнейшем (в СССР это был конец 1960-х годов) передачу стали постепенно переводить на переменный ток. Первоначально на переменном токе стал работать генератор, после которого ток всё же выпрямлялся с помощью выпрямительной установки, далее поступая на ТЭД постоянного тока. В СССР первыми серийными тепловозами с передачей переменно-постоянного тока стали грузопассажирский экспортный ТЭ109, пассажирский ТЭП70 и грузовой 2ТЭ116.

Первый в мире тепловоз с асинхронными ТЭД переменного тока был построен компанией Brush Traction, а первым отечественным опытом использования асинхронных ТЭД стал опытный тепловоз ВМЭ1А. Особенностью использования асинхронных ТЭД является необходимость управления частотой их вращения для получения необходимой характеристики. В 1975 году в СССР на базе тепловоза ТЭ109 был построен опытный тепловоз ТЭ120 с электрической передачей переменного тока, где и генератор, и ТЭД использовали переменный ток. Электрической передачей переменного тока оснащён современный отечественный маневровый тепловоз ТЭМ21.

Использование генераторов и ТЭД переменного тока позволяет увеличить их мощность, а также снизить массу, повысить надёжность эксплуатации и упростить их обслуживание. Использование асинхронных тяговых двигателей, ставшее возможным после появления полупроводниковых тиристоров, значительно снижает возможность боксования тепловоза, что позволяет уменьшить массу локомотива, сохраняя его тяговые свойства. Даже в случае использования промежуточного выпрямительного блока применение генератора переменного тока и асинхронных ТЭД оказывается экономически оправданным. Передачи постоянного тока отличаются сравнительной простотой конструкции и продолжают использоваться на тепловозах мощностью до 2000 л. с.

Гидравлическая передача

В гидравлической передаче механическая энергия вала дизеля передаётся колёсной паре с помощью гидравлического оборудования (гидромуфт и гидротрансформаторов). В общем виде гидравлическое оборудование представляет собой комбинацию насосного колеса, связанного с валом двигателя, и турбинного колеса, соединённого с осью колёсной пары. Насосное и турбинное колесо находятся на небольшом расстоянии друг от друга, а промежуток между ними заполнен жидкостью (маслом), передающей энергию вращения насосного колеса турбинному. Регулировка передаваемого крутящего момента осуществляется изменением количества рабочей жидкости (масла) на лопатках насосного и турбинного колеса. Гидравлическая передача легче, чем электрическая, не требует расхода цветных металлов, но обладает меньшим КПД. В СССР применялась главным образом на маневровых тепловозах, а также на магистральных тепловозах малой мощности (ТГ102, ТГ16, ТГ22).

Делались также попытки создания тепловоза с воздушной и газовой передачей, однако они были признаны неуспешными.

Пульт машиниста маневрового тепловоза ЧМЭ3

голоса

Рейтинг статьи

Автоматические характеристики тяговых двигателей

Электрический двигатель постоянного тока

Похожие статьи

Модернизация схемы испытания тяговых двигателей.

Математическое моделирование процесса испытаний двигателей.

Моделирование параметров системы автоматического.

К вопросу о совершенствовании технологии ремонта тяговых.

О некоторых особенностях уравнений А. В. Гапонова для.

Модернизированная схема испытаний асинхронных тяговых.

Оценка эффективности применения универсального стенда для.

Перспектива применения электродвигателей в автомобилях

Способ прогрева тепловозов от внешнего источника.