Motoare de tracțiune fără perii
Substanțial crește de tracțiune și de viteză posibilă, fără a crește capacitatea motoarelor electrice de tracțiune. Dar creșterea în continuare a capacității lor este din ce în ce mai dificilă. Acest lucru este împiedicat în principal de tracțiune dimensiunile motorului: lungimea sa este limitată de distanța dintre osiile bandaje, diametru - distanța dintre axul arborelui motorului și osii montate - panou D de control (a se vedea figura 3 ..). Până în prezent, în prezența rigide globale constrângeri de mărime motoare ale puterii a fost crescută prin aplicarea unei rezistente la căldură materiale izolante, îmbunătățind răcirea prin creșterea numărului de perechi de poli, aplicând o compensare bobinaj, alegerea tensiunii optime pentru motoarele de tracțiune de curent alternativ electric.
Cu creșterea puterii motorului, ansamblul perii colectoare funcționează mai mult. Starea lui determină în mare măsură durata locomotivei electrice între inspecții și reparații. Creșterea puterii motoarelor de tracțiune colectoare nu contribuie la sporirea fiabilității și eficienței lor. Prin urmare, este destul de ușor de înțeles să se încerce crearea unui motor puternic de tracțiune fără perii.
Locomotive electrice cu motoare asincrone de tracțiune. De-a lungul istoriei creării și îmbunătățirii locomotivelor electrice, de mai multe ori au încercat să utilizeze cel mai simplu și mai ieftin motor asincron. Până de curând, acest lucru nu sa putut realiza, deoarece frecvența rotației sale poate fi reglată economic numai prin schimbarea frecvenței curentului de alimentare. Convertoarele electromachine utilizate anterior pentru acest scop au fost grele și voluminoase. Aspectul tiristorilor a deschis calea pentru crearea unui convertor de frecvență ușor și fiabil.
Dispozitivul unui motor de tracțiune asincron, după cum se observă, nu este dificil. Are un stator staționar și un rotor rotativ (Figura 126). Există motoare asincrone cu un rotor scurt curbat și cu un rotor de fază. Ca motoare de tracțiune, se utilizează motoare asincrone cu rotor cu carlige veveriță. Miezul unui astfel de rotor, ca un stator, este colectat din foi de oțel electric. Bobina rotorului este formată din tije de cupru situate în canelurile miezului și închise de la capetele inelelor. Lichidarea este așa-numita <беличье колесо>.
În canelurile statorului sunt așezate trei înfășurări, deplasate unul cu celălalt cu 120 °. Aceste înfășurări se conectează de obicei <звездой> (Figura 126, a). Atunci când înfășurările sunt conectate la un circuit trifazat, un curent alternativ trece prin fiecare dintre ele și sunt create trei fluxuri magnetice variabile. Fluxurile, formând, formează fluxul rezultat, rotindu-se la o frecvență de 3000 rpm cu o pereche de poli pe fază. Fluxul magnetic rotativ al statorului motorului, care traversează înfășurarea rotorului, induce e. etc cu. Sub acțiunea lui e. etc cu. În bobina rotorului trece un curent care creează propriul flux magnetic. Fluxurile magnetice ale statorului și rotorului interacționează, în urma căruia rotorul începe să se rotească.
Fig. 126. Schema (a), statorul (b) și rotorul (c) al motorului de inducție
Viteza rotorului este oarecum mai mică decât viteza de rotație a fluxului magnetic stator, în caz contrar liniile de forță nu ar traversa înfășurarea rotorului. Diferența dintre aceste frecvențe de rotație se numește alunecare. Prin creșterea numărului de perechi de poli, este posibil să se obțină alte viteze de rotație ale fluxului magnetic: 1500, 1000, 750 rpm etc. Viteza rotorului va fi oarecum mai mică decât aceste valori.
De obicei, alunecarea este de 1 - 3% din frecvența sincronă. În consecință, dacă frecvența tensiunii de alimentare variază într-o gamă largă și astfel frecvența sincronă, viteza de rotație a rotorului se va schimba și ea. Dar, în plus față de frecvență, este necesar să se regleze tensiunea aplicată motorului de inducție pentru a obține o caracteristică de tracțiune, aproximativ la fel ca atunci când se utilizează motoare de curent continuu cu excitație în serie.
Reglarea tensiunii se efectuează, ca și în cazul locomotivelor electrice de curent alternativ, prin comutarea înfășurării secundare a tracțiunii
transformator cu ajutorul etapelor principale ale controlerului GK (Figura 127). Apoi, în instalația de redresor B, tensiunea este rectificată și alimentată la invertorul I. În redresor, tensiunea aplicată invertorului este controlată fără probleme.
Deschiderea și închiderea tiristoarelor invertorului într-o anumită secvență, primesc o tensiune trifazată, care este furnizată la înfășurarea statorului a motorului asincron AD. Să ne amintim că o tensiune obișnuită trifazată este aplicată motoarelor asincrone obișnuite și, în consecință, unui curent variabil sinusoidal. În acest caz, fiecare fază a tensiunii de alimentare este deplasată față de cealaltă cu 120 ° el. așa cum se arată în Fig. 128. Pentru claritate, variația de tensiune a fiecărei faze este prezentată pe axe separate. Când tensiunea trifazată este generată pe o locomotivă electrică cu motoare asincrone, tiristoarele invertorului creează o tensiune în formă de pas în fiecare fază. Frecvența tensiunii aplicate motorului de inducție este controlată prin schimbarea frecvenței de comutare a acestor tiristoare.
În invertor există un dispozitiv special care restaurează în mod fiabil proprietățile de control ale tiristoarelor atunci când inversarea este întreruptă. Inversarea motoarelor de tracțiune se realizează prin comutarea circuitelor de comandă a tensiunii de la invertor, deoarece schimbarea direcției de rotație a motorului de inducție este suficientă pentru a schimba oricare două faze de intrare ale tensiunii de alimentare.
Bazat pe dezvoltarea cercetării și a instituțiilor de învățământ la Novocerkassk Locomotiva electrică Instalația construită de curent alternativ motoare electrice de tracțiune asincrone VL80a VL80K electrice pe bază. Puterea fiecărui motor de tracțiune este de 1200 kW, t. E. 1,5 ori mai mare decât VL80K electric motor cu colector. O opțiune (12 axe, modul oră putere 11400 kW) locomotive electrice cu motoare de tracțiune asincrone a fost desemnată VL86F. A fost dezvoltat în colaborare cu firma finlandeză Stromberg.
Locomotive electrice cu motoare sincrone cu supape. Ca motoare de tracțiune fără perii pe o locomotivă electrică, este posibilă utilizarea motoarelor sincrone cu convertizoare statice (poarta) - așa-numitele motoare de supape.
Să explicăm principiul motorului supapei. Pe statorul său există o înfășurare trifazată, iar pe rotor există o înfășurare a excitației DC (Figura 129). Începutul și sfârșitul înfășurării de excitație sunt conectate la două inele izolate electric una de cealaltă. Înfășurările de fază ale statorului sunt conectate <звезду>; ele sunt conectate la un invertor I (sau la o sursă de curent continuu). Invertorul SI este alimentat de către redresorul B, conectat la înfășurarea secundară a transformatorului de tracțiune. Dacă, de exemplu, în orice moment dat tiristoare deschise VS1 VS5 și invertor, curentul de redresor V trece prin VS1 tiristor, înfășurări statorice și I // tiristor KS5, OM excitație înfășurării și a reveni la redresor. Când direcția actuală săgețile în înfășurările I, II și fluxului statoric rezultat excitație înfășurării, care interacționează cu fluxul bobinei de excitație creează un cuplu, iar rotorul se rotește în sensul acelor de ceasornic. Trecerea de la un anumit borne de comandă ale înfășurării statorului poate asigura rotirea continuă a rotorului.
Fig. 127. Diagrama structurală a unei locomotive electrice cu motoare asincrone
Fig. 128. Diagrama tensiunii de fază a unui motor de tracțiune asincron
Fig. 129. Schema schematică a motorului supapei
Astfel, conform principiului de funcționare, motorul supapei este similar cu o mașină de curent continuu, în care colectorul este înlocuit cu un sistem de supape controlate de putere ale unei instalații de invertor. Spre deosebire de un motor de curent continuu, motorul ventilului are numai trei ieșiri comutate cu o înfășurare trifazată în loc de câteva sute de plăci colectoare. În plus, înfășurarea excitației în motorul supapei a devenit mobilă, iar armătura - imobila. Comutarea curentului în bobină permite o tensiune considerabilă între borne - până la câteva mii de volți. Amintiți-vă că un colector mecanic convențional funcționează satisfăcător la o tensiune între plăcile colectorului de cel mult 30-32 V (37-42 V maxim admisă). Comutarea conductorilor de înfășurare a statorului în ordinea cerută și, în consecință, schimbarea poziției rotorului este efectuată de un sistem de comandă având un senzor special de poziție a rotorului.
Motorul supapei este o mașină multifazică, a cărei înfășurare a armăturii este alimentată de un convertizor controlat sincron cu rotația rotorului prevăzut cu înfășurarea de excitație. Astfel, motorul supapei constă dintr-o mașină electrică, un convertizor de supapă și un sistem de comandă care le conectează.
Novocherkassk Electric Locomotive Plant a construit inițial un prototip al locomotivei electrice VL80V cu opt axe, cu motoare de tracțiune a supapelor. După testare, a fost produs un lot mic de locomotive electrice similare pentru testele operaționale. Locomotivele electrice sunt echipate cu un sistem automat de control care funcționează în modurile de tracțiune și frânare electrică. La excitatia electrica locomotiva electrica a motoarelor de supapa este folosita de la redresoarele-drivere, care schimba curentul de excitatie proportional cu curentul bobinarii armaturii motorului. Rotorul motorului are șase poli, curentul înfășurat pe câmp este alimentat prin două inele și perii.
Viteza motorului este controlată de schimbarea tensiunii aplicate. Tensiunea înfășurării secundare și, în consecință, a redresorului este reglată aproximativ la fel ca la locomotivele electrice de curent alternativ cu motoare colectoare. Numai on-off de la înfășurările reglate și neregulate ale transformatorului este exclusă, iar tensiunea lor este ușor crescută. După ce tensiunea nominală este aplicată motoarelor, se obține o creștere suplimentară a vitezei prin controlul fluxului de câmp magnetic.
Pe locomotivele electrice experimentale VL80V, circuitul de rectificare și de conversie a curentului diferă oarecum de cel prezentat în Fig. 129. În Fig. 129, redresorul B și invertorul I sunt arătate separat, adică este prezentat un așa-numit circuit cu o legătură DC directă. Pe locomotiva VL80V, redresorul și invertorul sunt combinate.
Scule de spalat
Trimiteți-le prietenilor: