Введение
Электрическая тяга, в отличие от автономной тяги (с применением тепловозов), обладает следующими преимуществами. Коэффициент полезного действия (КПД) электрической тяги выше, чем КПД автономной тяги (КПД тепловоза составляет 28÷30 %). Если энергия для питания электрифицированной железной дороги поступает от тепловой электростанции, то КПД электрической тяги составляет 30÷35%. Если энергия поступает от ГЭС или АЭС, то КПД электрической тяги составляет 60÷65 %. Применение электрической тяги позволяет повысить провозную и пропускную способность участков железной дороги за счет создания электровозов большой мощности. Как известно, мощность автономного локомотива (главным образом, тепловоза) ограничена мощностью его энергетической установки (дизеля), тогда как мощность электровоза ограничена только конструктивными параметрами его электрического оборудования, поскольку через токоприемник электровоз подключается к источнику практически с неограниченной мощностью. Применение электрической тяги позволяет повысить эффективность использования природных ресурсов за счет сжигания на тепловых электростанциях низкосортного дешевого топлива (уголь, торф, газ), непригодного для работы тепловозов. Электрическая тяга оказывает меньше вредного воздействия на окружающую среду. Позволяет экономить энергетические ресурсы за счет применения рекуперации электрической энергии (т.е. выработки и возврата электрической энергии в контактную сеть при движении на спусках).
Общая часть
Асинхронные двигатели вспомогательных машин
Трехфазные асинхронные двигатели применяемые для привода вспомогательных машин электровозов, в сравнении с двигателем постоянного тока обладает как достоинствами так и недостатками.
Достоинства: простота конструкции, так как ротор выполнен с короткозамкнутой обмоткой без коллектора и щеток; высокая надежность в работе; требуют минимального ухода в эксплуатации и проще при ремонте.
Недостатки:
-имеют малый пусковой момент при большом пусковом токе(в 5-7 раз больше номинального тока) в связи с чем имеют завышенную примерно в 2 раза мощность, что увеличивает расход электроэнергии на собственные нужды также примерно в 2 раза;
-асинхронные двигатели имеют меньший КПД (70% вместо 90% для двигателей постоянного тока);
-асинхронные двигатели могут работать только при незначительном изменении питающего их напряжения и при снижении напряжения в контактной сети не ниже 19 кВ может произойти остановка асинхронных двигателей под нагрузкой при значительном пусковом токе что может привести к выходу из строя обмотки статора, примерно через 20 с, если не сработает защита. Такое явление называется опрокидыванием асинхронного двигателя.
Асинхронные трёхфазные электродвигатели типа АЭ92-4 с
короткозамкнутым ротором служат для привода вспомогательных машин электровоза (компрессора МК и центробежных вентиляторов МВ1 – М В4).
Технические характеристики АЭ92-4
Номинальное напряжение, В.......................................................................380
Номинальная мощность, кВт.......................................................................40
Номинальный ток, А.....................................................................................90
Частота тока, Гц............................................................................................50
Частота вращения ротора, об/мин...............................................................1425
КПД, %...........................................................................................................85,5
Класс изоляции.............................................................................................Н
Число полюсов...............................................................................................4
Воздушный зазор, мм....................................................................................1,1
Схема соединения обмоток статора............................................................звезда
Пределы изменения питающего напряжения, В........................................280÷470
Масса двигателя, кг.......................................................................................390÷400
Принцип работы трёхфазного асинхронного электродвигателя
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя основан на явлении образования вращающегося магнитного поля внутри статора. Для его образования должны быть выполнены два условия: пространственный сдвиг обмоток статора в пазах сердечника и сдвиг токов в этих обмотках во времени (сдвиг токов по фазе). Трехфазный асинхронный двигатель состоит из станины, статора, ротора и двух подшипниковых щитов.
Статор — состоит из шихтованного сердечника (пластин в виде колец) с пазами внутри. В пазах сердечника статора уложены три обмотки, сдвинутые относительно друг друга на 120°.
Эти три обмотки статора соединяются между собой в звезду (при трехфазном напряжении 380 В) или в треугольник (при трехфазном напряжении 220 В).
Когда к обмоткам статора подводится трехфазное напряжение, то по каждой из трех обмоток статора пойдет свой переменный ток, сдвинутый относительно тока в двух других обмотках на 120 электрических градусов (т.е. на 1/3 периода). Тогда внутри статора образуется вращающийся магнитный поток Фс. (Для практического доказательства образования Фс необходимо внутрь статора поместить стальной шарик, который начнет вращаться. Скорость вращения магнитного потока статора (об/мин) определяется формулой n ст = 60f1p, где 60 — число секунд в минуте; f — частота тока (50 Гц); р — число условных пар полюсов.
Каждые три обмотки статора образуют одну условную пару полюсов. Если статор имеет три обмотки, то р = 1 и п ст = 3000 об/мин.
Внутри статора помещен ротор. На его вал напрессован шихтованный сердечник с наружными пазами. Эти пазы ротора вдоль заливаются алюминием вместе с боковыми короткозамыкающими кольцами, т.е. ротор имеет короткозамкнутую обмотку в виде беличьего колеса.
При пуске вращающийся Фс статора пересекает проводники неподвижного ротора и наводит в них по закону электромагнитной индукции ЭДС, под действием которой по проводникам ротора и через боковые короткозамыкающие кольца пойдет свой внутренний переменный ток ротора. Теперь проводники ротора с током начинают выталкиваться из магнитного потока статора и образуется вращающий момент ротора, ротор начнет вращаться в сторону вращения магнитного потока статора, но со скоростью чуть меньшей чем n ст на величину скольжения.
При пуске проводники ротора пересекаются Фс с самой большой скоростью. Из-за этого при пуске в проводниках ротора наводится самая большая ЭДС и по проводникам ротора идет самый большой ток, при этом возрастает пусковой ток по обмоткам статора I пуск = (5÷7) I, ном
После пуска ротора его проводники будут пересекаться вращающимся Фс статора с меньшей скоростью, в результате чего уменьшается ЭДС ротора, уменьшается ток ротора и в итоге ток статора снижается до номинального.