Pojem komutace stejnosměrných strojů obvykle zahrnuje jevy spojené se změnou směru proudu v cívce kotvy při jeho přechodu z jedné paralelní větve kotvy do druhé a při sepnutí kartáčů této spínané cívky.
Problémy spojené s výskytem a kompenzací jalové energie. d.s., vznikající při procesu změny proudu v cívce kotvy, a otázky jiskření pod kartáči, způsobené spínacími jevy, tvoří obsah teorie spínání. Posuzování stupně jiskření upravuje norma 183 pro elektrické stroje (tab. 4).
Spolu s čistě spínacími problémy ve vztahu k trakčním motorům pro městskou dopravu je mimořádně důležitý problém odolnosti těchto motorů proti vzniku kruhového požáru podél rozdělovače jak ve stacionárním, tak v přechodném režimu. Čistě spínací jevy ve stacionárním režimu u moderních trakčních motorů nastávají s relativně malým jiskřením a střední hodnotou jalového emf. (ech), jehož hodnota u motorů s jednootáčkovou cívkou kotvy nepřesahuje 2 V. Pouze u motorů s dvouotáčkovou cívkou dosahuje hodnota EC 2,3 V.
Charakteristika stupně jiskření
Stav komutátoru a kartáčů
Žádné jiskření (tmavé přepínání)
Slabé místo jiskření pod malou částí štětce
Žádné černění na komutátoru ani karbonové usazeniny na kartáčích
Slabé jiskření pod většinou kartáče
Vzhled stop zčernání na komutátoru, které lze snadno odstranit otřením povrchu komutátoru benzínem, stejně jako stopy uhlíkových usazenin na kartáčích
Jiskření pod celým okrajem štětce. Povoleno pouze pro krátkodobé rázy a přetížení
Vzhled stop zčernání na komutátoru, které nelze odstranit otřením povrchu komutátoru benzínem, stejně jako popálení a zničení kartáčů
Výrazné jiskření pod celou hranou kartáče s velkými odletujícími jiskrami. Povoleno pouze pro okamžiky přímého (bez stupňů reostatu) zapnutí nebo reverzace strojů, pokud komutátor a kartáče zůstanou ve stavu vhodném pro další provoz
Výrazné zčernání komutátoru, které nelze odstranit otíráním komutátoru benzínem, stejně jako připálení a zničení kartáčů
Volba vhodného provedení přídavných pólů s relativně vysokým poměrem magnetizační síly přídavných pólů k reakci kotvy a mírné sycení jádra přídavných pólů zajišťuje správnou kompenzaci jalového emf. v širokém rozsahu zatížení. Velký vliv na spínání má stav pracovní části kolektoru. Bylo zjištěno, že házení kolektoru nad 0,06 mm již vede k jiskření.
V praxi je třeba vzít v úvahu přítomnost mírného jiskření v motorech za určitých provozních podmínek. Toto jiskření u motorů s jednootáčkovou cívkou kotvy obvykle nepřesahuje stupeň. Při dvojnásobném přetížení motorů s dvouotáčkovou sekcí kotvy dosahuje jiskření dvou bodů. Jiskření je pro komutátor a kartáče prakticky neškodné.
Stupeň jiskření se může prudce zhoršit v důsledku nevyhovujícího stavu komutátoru nebo použití kartáčů nesprávné značky. Takové jiskření může vést k postupnému hoření a opotřebení komutátoru a velmi rychlému opotřebení kartáčů.
Při správném provozu a správné kvalitě motoru jeho komutace za stacionárních podmínek obvykle nevytváří omezení pro použití motoru v praktickém rozsahu zatížení.
Významnější omezení při výběru a používání motoru tvoří maximální napětí mezi deskami, která určují odolnost motoru vůči výskytu záblesků a kruhových světel na komutátoru.
Jak ukázaly četné studie, když je mezi sousedními deskami kolektoru napětí 50 V, oblouk, který vzniká mezi deskami, nezhasne a vede ke kruhovému požáru na kolektoru. Při napětí 45 V je možná i možnost kruhového ohně. Stabilní provoz trakčních motorů lze zajistit při napětí nejvýše 37-38 V.
Maximální napětí mezi deskami (v nekompenzovaném stroji) při zatížení lze určit následovně.
Maximální napětí mezi deskami bez zohlednění působení reakce kotvy se rovná:
Nejintenzivnějším režimem z hlediska stability spínání je režim oslabeného pole. Zvětšení vzduchové mezery a zvýšení (při dané rychlosti otáčení) hodnoty n. S. hlavní pól snižuje zkreslení pole reakcí kotvy a snižuje hodnotu ek.
Účinným prostředkem pro snížení zkreslujícího účinku reakce kotvy je použití kompenzačního vinutí. Existuje řada metod pro stanovení maximálních mezilamelových napětí kompenzovaných motorů. Tyto metody jsou poněkud složité a nejsou v této knize popsány.
Výpočty ve vztahu k trakčním motorům pro městskou dopravu ukazují, že použití kompenzačního vinutí umožňuje snížit vliv reakce kotvy na hodnotu ek přibližně 2krát a v režimech zeslabeného pole v režimu motor a brzdění snižte hodnotu ek přibližně o 30 % (nebo zvyšte hodnotu přípustného výkonu 2krát.
Na Obr. 5 znázorňuje kompenzovaný trakční motor. N. s. kompenzační vinutí je 50% z celkového n. S. přídavné póly nekompenzovaného motoru a 50 % n. s., kompenzující reakci kotvy a vytvářející komutační pole, vzniká n. S. přídavné póly. V každé polovině hrotu hlavního pólu jsou 2-4 drážky, do kterých je umístěno kompenzační vinutí. Pro snadnou instalaci je jádro hlavního pólu odnímatelné, takže instalace hlavního a přídavného pólu do jádra cívek se provádí nezávisle na kompenzačním vinutí.
Rýže. 6. Rázový proud
Kompenzované motory se vyznačují zvýšenou konstrukční složitostí. Kromě složitého kompenzačního vinutí a hrotu hlavního pólu je nutné zkonstruovat také speciální vinutí pole hlavního pólu.
Použití kompenzačního vinutí u některých typů motorů by však mělo být považováno za vhodné.
Vše výše uvedené platí pro ustálený stav. Během přechodných podmínek se mohou objevit jevy, které zhoršují spínání stroje. Mezi tyto jevy patří:
a) zpoždění změny toku přídavných pólů od změny proudu kotvy v důsledku přítomnosti vířivých proudů v masivních částech magnetického obvodu;
b) vznikem transformátorové elektřiny. d.s. ve zkratované cívce kotvy při změně hlavního pole;
c) zpoždění změny hlavního pole od změny budícího proudu a zvýšených hodnot proudu kotvy při opakovaném zapínání.
Existuje praxí ověřená metoda pro hodnocení stability spínání motoru během přechodových procesů, založená na provedení experimentu „nárazového spínání“. Tento experiment spočívá ve stanovení minimálního napětí, při kterém dojde ke kruhovému požáru na motoru po jeho vypnutí na 1-2 sekundy a opětovném zapnutí při tomto napětí (definice „kruhového požárního napětí“). Na Obr. Obrázek 6 ukazuje oscilogram proudu během experimentu „nárazového zapnutí“ motoru se sekvenčním buzením. Proudový ráz, dosahující dvojnásobku ustálené hodnoty, je způsoben zpožděním náběhu hlavního pole. Experiment rázového přepínání musí být proveden pro režim nejvíce zeslabeného pole. Stroj je považován za vyhovující z hlediska stability spínání za přechodových podmínek, pokud je kruhové napětí alespoň o 30 % vyšší než jmenovité napětí komutátoru.
Výpočet spínání trakčního motoru spočívá v určení hodnoty jalového e. d.s. a N.S. vinutí přídavných pólů. Na druhé straně reaktivní e. d.s. se vypočítá po stanovení vodivosti svodového toku drážky. Indukce ve vzduchové mezeře pod přídavným pólem, nutná pro kompenzaci jalového e. d.s., lze určit podle vzorce:
U motorů pro městskou dopravu je magnetizační síla přídavného pólu 1,2 N. S. kotevní reakce.
Zavedení nemagnetického těsnění mezi jádro přídavného pólu a třmen snižuje rozptyl jádra přídavného pólu, zlepšuje spínání motoru v širokém výkonovém rozsahu a zvyšuje spínací odpor motoru v nestacionárních režimech . Při opravách a montáži motoru musíte pečlivě sledovat správnou instalaci nemagnetických těsnění.
Podmínky pro zařazení do kolejových vozidel.
Při určování rozměrů trakčních motorů je třeba vyjasnit podmínky pro osazení motoru do podvozku (nebo rámu nástavby).
Pokud je osa hřídele motoru umístěna rovnoběžně s osou vozu, musí být mezi rámem motoru a osou vozu mezera (nejméně 10 mm), to znamená, že střed převodovky (A) musí být větší. než polovina součtu průměru motoru a průměru nápravy nejméně o 10 mm:
Na druhou stranu lze střed určit z počtu zubů a ozubeného modulu
Maximální průměr velkého ozubeného kola pro daný průměr kola je určen na základě minimální mezery mezi spodním bodem skříně ozubeného kola a kolejnicí. Tato mezera musí být minimálně 110 mm pro tramvaje a 85 mm pro vozy metra.
Pomineme-li mezivýpočty, můžeme dojít k závěru, že při vnějším průměru rámu 515 mm, převodovém poměru 6, s modulem 8 je minimální průměr kola pro vozy metra 780 mm a při průměru lože 485 mm převodový poměr 8 a modul 8, minimální průměr kola u tramvaje je také 780 mm. Kolo této velikosti bylo použito pro vozy metra typu E a tramvajové vozy MTV-82. Když je motor namontován podélně na vozíku (kolmo k ose), je délka motoru omezena základnou vozíku. S dvoustupňovou převodovkou je obtížné namontovat do troleje motor o délce větší než 900 mm.
U trolejbusu s dvoustupňovou centrální převodovkou je motor umístěn poměrně vysoko a průměr rámu motoru do jisté míry určuje úroveň podlahy v kabině. V tomto ohledu může zvětšení vnějších rozměrů rámu nad 515-520 mm způsobit potíže při umístění motoru. U koncových pohonů (kloubový trolejbus TS-1) tato omezení prakticky neexistují. Maximální vnější rozměry rámu do značné míry určují maximální průměr kotvy. Při průměru kola 780 mm a kulatém rámu je maximální průměr kotvy motoru pro vozy metra 280-290 mm. U trolejbusů s centrální převodovkou je maximální průměr kotvy pro kruhový rám 300 mm a pro osmihranný rám – 320 mm.
U motorů tramvají s vlastním větráním s omezenou délkou (aby se vešly do podvozku) způsobuje výrazné zmenšení průměru kotvy nepřijatelné zvětšení její délky.
Všechny tyto okolnosti umožňují postavit celou řadu vozidel pro městskou dopravu na jediném průměru armatury 280 mm.
Výše uvedené vzorce platí pro stacionární režim motoru.
Při přechodových procesech vznikají složité jevy, které mohou výrazně ovlivnit spínání motoru a režim dynamického brzdění, a to především v důsledku zpoždění procesu změny magnetického pole hlavního a přídavného pólu od procesu změny proudu.
Na základě elektromagnetických a tepelných výpočtů trakčního motoru, kontroly uložení motoru na voze a následných geometrických a mechanických výpočtů lze vypracovat jeho návrh.
Kapitola 8
OPRAVY ELEKTRICKÝCH STROJŮ
CHARAKTERISTIKY PROVOZNÍ SPOLEHLIVOST A ROZSAH OPRAVNÝCH PRACÍ
Podél silniční sítě je počet poruch trakčních elektromotorů v poměru k celkovému počtu poruch zařízení EPS 17-20 %. Počet poruch na metr (1 milion km) je 0,26. Jak dokládá rozbor technického stavu elektrického lokomotivního parku na silniční síti, od roku 1983 má počet poruch trakčních motorů tendenci narůstat. Nejméně spolehlivé jsou následující trakční motory (vzhledem k počtu používaných typů), %: TL-2K1-27; DPE-400 – 24,7; NB-406 – 22,4, stejně jako 2AL-4846eT a NB-412k. U konstrukčních prvků činí poruchy trakčních motorů, %; kotva – 30-57, vinutí pólu – 3-12, propojovací kabely – 11-20, držáky kartáčů a držáky – 3-20, ložiska kotvy motoru – 5-18.
Poruchy pomocných strojů tvoří 6-8 % z celkového počtu poruch zařízení EPS. Poškození motorů ventilátorů je 0,51 případů na metr, motorů kompresorů – 0,59, rozdělovačů fází – 0,22. Největší počet poruch vyžadujících záložní lokomotivu je u kompresorových motorů – 50 %, ventilátorů – 18, ostatních pomocných strojů – 32 %.
Poruchy trakčních transformátorů a tlumivek dosahují 0,15–0,33 případů na metr.
Při údržbě-2 elektrických strojů je zkontrolována sběrná komora a odstraněny závady. Odstraňte stopy po všestranné palbě a přesunech. V zimním období se kontroluje izolační odpor a provozuschopnost sněhových zábran.
Proveďte vnější kontrolu pomocných strojů otevřením poklopů sběrače a výměnou opotřebovaných kartáčů.
Sledují stav izolátorů, čistí je a kontrolují spolehlivost upevnění hlavních vstupních přípojnic. Zkontrolujte spodní část nádrže z kontrolního příkopu a doplňte olej do konzervátoru.
Před TO-3 se kontroluje chod pomocných strojů, měří se izolační odpor trakčních motorů. Sběrné komory jsou vyčištěny, opotřebené kartáče vyměněny a stroje profouknuty.
U TR-1 se provádí práce TO-3 a navíc: kontrolují držáky kartáčů, v případě potřeby brousí komutátor, kontrolují izolační odpor pomocných strojů a stav radiálního ventilátoru. Vizuálně zjistěte stav nádrže trakčního transformátoru, jeho armatur a olejového systému, dále stav izolátorů, kvalitu upevnění celé přípojnice a hladinu oleje. V případě potřeby doplňte olej na normální hladinu.
Pro plnění trakčních transformátorů se používá transformátorový olej TKp. Vzorek se odebírá ihned po instalaci elektrické lokomotivy na stání oprav.
S TR-2 se provádějí práce v rozsahu TR-1 a navíc: doplňte mazivo do ložisek kotvy motoru podle návodu; v pořadí priority vyjměte držáky kartáčů pro kontrolu; komutátory, které mají otřepy nebo dotažení lamel komutátoru, se očistí, zkosí a komutátor se brousí a vyleští. Změřte izolační odpor vinutí trakčního transformátoru. Snížení odporu o více než 30 % ve srovnání s hodnotou na typovém štítku není povoleno.
U TR-3 jsou trakční motory a pomocné stroje demontovány a opraveny s kompletní demontáží. Rozsah opravy je stanoven na základě výsledků diagnostiky.
Při provozu trakčního transformátoru, minimálně 6x za 3 měsíců, a také po dlouhodobém pobytu elektrické lokomotivy (12 měsíce a více) je olej kontrolován pro analýzu jeho kvality podle vyřazovacích norem. Odebírají se tři vzorky oleje: první – ihned po uvedení do opravy, aby se zjistilo číslo kyselosti a reakce vodního extraktu; druhý – po nalití zaschlého oleje do nádrže pro zjištění elektrické pevnosti! třetí – po minimálně 1 hodinách po nalití oleje do transformátoru Standardy vyřazení oleje: číslo kyselosti KOH na 0,4 g oleje – více než 0,2 mg, reakce vodného extraktu je kyselá s celkovým číslem kyselosti 0,007 mg KOH a vyšší, obsah mechanických nečistot – více než 25%, obsah vody – stopy, elektrická pevnost – 125 kV, bod vzplanutí – pod XNUMX°C.
DIAGNOSTIKA TRAKČNÍHO MOTORU
Rýže. 16. Zařízení pro sledování polohy částí magnetického systému:
I – samovyrovnávací tyče; 2, 7 — ložiska; 3 — krk rámu; 4 – hřídel; 5 – průchodka s měřicí tyčí; 6 — šroub pohybu pouzdra; 8 — pojistný kroužek; 9 — šroubová rukojeť; 10 — číselník se stupni; 11 — šipka ukazatele úhlu natočení hřídele.
Rýže. 15. Sada kuličkových sond
Diagnostika ve stacionárních podmínkách. Trakční motory na stejnosměrný a pulzní proud se vyznačují nedostatečnou stabilitou spínání, což vede k častým případům všestranného požáru, snižuje výrobní schopnosti elektrické lokomotivy (omezení komutace), snižuje životnost spínací jednotky a zvyšuje cenu úkon. Po zkušebních testech není možné plně nakonfigurovat spínání motoru. V provozní praxi se vyskytují případy výrazného zhoršení komutace vlivem výrazného chvění a zhoršení technického stavu spínací jednotky, izolace kotvy a magnetického systému. I přes rozsáhlou kontrolu jsou při provádění přejímacích zkoušek po opravě uváděny do provozu motory s nízkou spínací stabilitou, která je příčinou poruch elektrických lokomotiv. Proto je vhodné provést soubor diagnostických kontrol ve všech fázích provozu opravy trakčního motoru. Účelem těchto kontrol je posoudit technický stav trakčního motoru po provozu v plánovaném období, jakož i kvalitu provedených oprav v tomto období a identifikovat závady zjistitelné po demontáži. Úplný rozsah oprav je objasněn s ohledem na výsledky diagnostických kontrol (tabulka 67).
Rýže. 17. Kontrola symetrie vinutí kotvy:
1 – kotva; 2 – elektromagnet; 3 – pravítko; 4 – milivoltmetr; 5 – pinová zástrčka.
Sada zařízení pro diagnostické a kontrolní kontroly. Indikátor jiskry II-5 je založen na záznamu vysokofrekvenční složky napětí, která se objevuje na kartáčích opačné polarity v důsledku změn magnetického toku způsobených komutačními poruchami. Stupnice ukazovacího zařízení (M82) je metodou odborných posouzení rozdělena na zóny přípustného a nepřípustného jiskření. Lze použít jak při zkušebních, tak provozních zkouškách k identifikaci motorů s nepřijatelným stupněm jiskření (viz položka 2, obr. 5). Aby se eliminoval vliv strojů elektricky připojených k testovanému motoru, je vybaven speciálním filtrem. Vývoj VNIIZhT.
Rýže. 18. Funkční schéma spínacího ovládacího zařízení:
1 – sběrač; 2 — hlavní kartáč stroje; 3 — kartáčový snímač; 4 – diody, které oddělují signál podle polarity; 5 – lineární klíč; 6 – volič amplitudy; 7—atenuátor úrovní výběru; 8 – dělič napětí; 9 – integrátor; 10 — atenuátor integrační časové konstanty; 11 — instalační přepážka „O“; 12 – symetrický stejnosměrný zesilovač; 13 — vibrátor smyčkového osciloskopu; 14 — ručičkový mikroampérmetr; 15 — potenciometr pro nastavení „O“ smyčky.
Spínací řídicí zařízení PKK-2m průměruje jiskrové impulsy na náběžné (běžné) hraně kartáče odděleně od podkomutovaných a překomutovaných úseků a zaznamenává výsledek zprůměrování číselníkovým úchylkoměrem. Komutační skóre je stanoveno metodou expertních posouzení (obr. 18). Používá se pro stolní a laboratorní výzkum. Senzorem zařízení je měřicí kartáč 3, který je instalován na odpovídající hraně hlavního 2. Vývoj OmIIT. Stupeň jiskření může být indikován digitálním zařízením a zaznamenán digitálním tiskařským zařízením.
Zařízení pro detekci mezizávitového zkratu ve vinutí kotvy – bezkontaktní pulzní zařízení založené na polovodičových zařízeních – bylo vyvinuto VNIIZhtom a prochází pilotním testováním. Hlavními prvky zařízení jsou: generátor pulzního napětí, induktor a indukční snímač. Závada je signalizována rozsvícením signálky.
