Росжелдор

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Электрические машины и аппараты»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Техническое обслуживание и текущий ремонт

тяговых электрических машин локомотивов»

Тема: «Разработка технологии ремонта компенсационной обмотки тягового двигателя НБ-418Кб электровоза ВЛ-80с»

Работа защищена_________ с оценкой_______

Преподаватель

д. т. н., профессор____________ Гиоев З. Г.

Студент группы

ЭМ-V-197_______________ Тарабанов А.А.

Ростов-на-Дону

2010

В июне 1931 г. на состоявшемся Пленуме ЦК ВКП (б) была принята резолюция по вопросу «Железнодорожный транспорт и его очередные задачи». Пленум ЦК ВКП (б) постановил: «Признать, что ведущим звеном реконструкции железнодорожного транспорта в перспективе его развития является электрификация железных до­рог». В той же резолюции было отмечено: «Пленум подчеркивает особое народнохозяйственное значение дела электрификации желез­ных дорог и предлагает ВСНХ в полной мере обеспечить развертыва­ние промышленности для выполнения этого плана». Планы Комму­нистической партии успешно выполняются.

Электрификация первого магистрального участка, главным обра­зом для грузового движения, Хашури—Зестафони Закавказской дороги на постоянном токе при напряжении 3 кВ была осуществлена в 1932 г. Электрификация железных дорог на напряжении 3 кВ постоянного тока, прогрессивном для того времени, продолжалась включительно до конца 1959 г. На начало 1982 г. на электрическую тягу переведено около 44 тыс. км, из которых свыше 18 тыс.км на переменном токе напряжения 25 кВ и частоты 50 Гц.

Производство электропоездов для пригородных участков электри­фицированных железных дорог было организовано на московском заводе «Динамо» и Мытищинском вагоностроительном заводе, а производство электровозов ВЛ19 и ВЛ22 для магистральных уча­стков, начиная с 1932 г.,— на московском заводе «Динамо» и Коло­менском машиностроительном заводе. В 1934 г. на московском заводе «Динамо» им. Кирова начались работы по созданию электро­возов переменного тока промышленной частоты 50 Гц при высоком напряжении в контактном проводе. Основными достоинствами систе­мы электрической тяги на переменном токе являются: простота тяговых подстанций, большая экономия цветных металлов и лучшие тяговые свойства электровозов, что при прочих равных условиях достигается постоянным параллельным соединением тяговых двига­телей.

Однако создание электровозов переменного тока в те годы было исключительно трудным делом. Для этого требовались, прежде всего, приемлемые в условиях железных дорог выпрямители — ионные или

электронные вентили большой мощности. Отсутствие таких вентилей было основным препятствием для применения переменного тока при электрификации железных дорог. Работы завода «Динамо» им. Кирова по созданию первого электровоза переменного тока промыш­ленной частоты 50 Гц при напряжении 20 кВ в контактном проводе были закончены в 1938 г. выпуском опытного образца мощностью 2000 кВт. На этом электровозе типа ОР (однофазный ртутный) был установлен металлический многоанодный ртутный выпрямитель с откачной системой для поддержания вакуума и сеточным регулирова­нием.

Классификация электровозов и принятые обозначения

по роду тока различают электровозы постоянного и переменного тока. На электровозах постоянного тока изоляция всех силовых и вспомогательных устройств должна быть рассчитана на рабочее напряжение сети 3 кВ. На электровозах переменного тока имеются понижающие трансформаторы, поэтому рабочее напряжение тяговых двигателей и вспомогательных машин может быть выбрано независимо от напряжения сети, т. е. изоляция их будет рассчитана на меньшее напряжение. Это позволяет при прочих равных условиях применять тяговые двигатели более высокой мощности.

Электровозы различают также по назначению — грузовые, пасса­жирские, маневровые и, кроме того, по числу осей — четырех-, шести - и восьмиосные.

Всем электровозам отечественного производства присвоено обоз­начение В Л в честь Владимира Ильича Ленина. Номер в наименова­нии соответствует определенным типам электровозов: от 1 до 18 — восьмиосные постоянного тока (например, ВЛ8, ВЛ10), от 19 до 39 — шестиосные постоянного тока (ВЛ19, ВЛ23); от 40 до 59 — четырехосные переменного тока (ВЛ40, ВЛ41); от 60 до 79 — шестиосные переменного тока (ВЛ60^К); от 80 — восьмиосные пере­менного тока и двойного питания (ВЛ80^К, ВЛ82^М).

На электровозах, помимо механического, может быть применено электрическое торможение. Различают электрическое торможение рекуперативное и реостатное. К обозначению серии электровозов с рекуперативным торможением добавляют букву «р», а с реостат­ным— букву «т»: например, ВЛ80^р, ВЛ80^т.

В Советском Союзе на электрифицированных линиях железных дорог находятся в эксплуатации электровозы переменного тока грузовые ВЛ80к, ВЛ80^г, ВЛ80^т, ВЛ80^С, ВЛ60^К, ВЛ60^Р и пассажирские ЧС4 , а также двойного питания ВЛ82, ВЛ82^М.

Год начала/окончания выпуска...............................................................1979/1995

Завод-изготовитель.........................................................................................НЭВЗ

Осевая формула............................................................................................2 (2₀-2₀)

Сцепной вес, тс....................................................................................................192

Нагрузка от колесной пары на рельсы, тс...........................................................24

Разница нажатий на рельсы между колесами одной оси, тс............................0,5

Мощность часового режима, кВт.....................................................................6520

Мощность продолжительного режима, кВт...................................................6160

Сила тяги часового режима, кгс....................................................................45 100

Сила тяги продолжительного режима, кгс...................................................40 900

Скорость часового режима, км/ч.......................................................................51,6

Скорость продолжительного режима, км/ч.....................................................53,6

Скорость конструкционная, км/ч.......................................................................110

КПД в продолжительном режиме, %...................................................................84

Электрическое торможение...................................................................Реостатное

Тип тягового двигателя............................................................................НБ-418К6

Количество тяговых двигателей............................................................................8

Подвешивание тяговых двигателей...............................................Опорно-осевое

Зубчатая передача............................................................Двусторонняя косозубая

Передаточное отношение................................................................................88:21

Длина электровоза по осям автосцепки, мм................................................32 840

Ширина кузова, мм............................................................................................3160

Высота от головки рельса до опущенного токоприемника, мм....................5100

Диаметр колес, мм.............................................................................................1250

Система многих единиц....................................................................................Есть

Наименьший радиус кривых, проходимых при скорости 10 км/ч, м.............125
Электровоз состоит из механического, электрического и пнев­матического (тормозного) оборудования. Структурная схема электрического оборудования для одной сек­ции электровоза ВЛ80С приведена на рис.1. Согласно этой схеме напряжение контактной сети, снимаемое токоприемником. Т, через контакты главного воздушного выключателя (ГВ) подается на пер­вичную обмотку тягового трансформатора. Тр., в результате чего по ней начинает протекать переменный ток, который через корпус электровоза и колесные пары отводится в рельсовую цепь. Соглас­но принципу работы трансформатора на его вторичных обмотках наводится ЭДС взаимоиндукции.

Тяговый трансформатор имеет три вторичных обмотки. Две обмот­ки для питания тяговых электрических двигателей и одну обмотку собст­венных нужд для питания вспомогательного оборудования электровоза.

Скорость движения электровоза регулируют путем изменения, подводимого к ТЭД напряжения (33 позиции), а также путем изме­нения магнитного потока в обмотках возбуждения ТЭД (3 пози­ции). Для возможности изменения напряжения, подводимого к ТЭД, тяговые вторичные обмотки трансформатора выполнены секцио­нированными, т.е. имеют несколько выводов, с которых можно снимать различные значения напряжения (от 58 до 1218 В).

Для переключения секций вторичных обмоток тягового трансфор­матора с целью изменения напряжения, подводимого к ТЭД, слу­жит групповой переключатель (главный электроконтроллер ГК).

В качестве тяговых двигателей используются двигатели постоянно­го тока с последовательным возбуждением, поэтому измененное глав­ным контроллером переменное напряжение преобразовывается в по­стоянное (выпрямляется) в специальных преобразовательных установках (выпрямителях), которые выполнены на кремниевых вен­тилях. Каждая выпрямительная установка питает по два параллельно соединенных тяговых двигателя первой или второй тележки.

Машинист, осуществляя переключения в цепях управления с помо­щью контроллера машиниста КМЭ, дистанционно управляет главным контроллером ГК, который переключает секции вторичных обмоток тягового трансформатора таким образом, что напряжение, подводимое к ТЭД, будет увеличиваться (набор позиций) или уменьшаться (сброс позиций). Главный контроллер, замыкая и размыкая свои силовые контакты в различной комбинации, однозначно подключает к выпря­мительным установкам определенное количество секций трансфор­матора, в результате чего каждой позиции можно поставить в со­ответствие вполне определенное значение напряжения. При таком способе регулирования напряжение на ТЭД изменяется от одного значения до другого скачком, поэтому такой способ регулирова­ния напряжения на ТЭД называют ступенчатым.

Кроме основного электрического оборудования на электровозе ус­тановлено вспомогательное оборудование, которое выполняет вспомо­гательные функции: приводит в действие вентиляторы для отвода из­быточного тепла от тяговых двигателей, выпрямительных установок, тягового трансформатора, реакторов и тормозных резисторов, приво­дит в действие компрессор, который создает запас сжатого воздуха не­обходимого давления для использования его при торможении и для привода пневматических аппаратов, осуществляет обогрев кабины, а также осуществляет питание цепей управления и зарядку аккумуля­торной батареи. Для привода мотор-вентиляторов охлаждения, мо­тор-насоса тягового трансформатора и мотор-компрессора служат асинхронные двигатели, к которым для их нормальной работы (устой­чивого запуска) необходимо подводить трехфазное напряжение. Для преобразования однофазного напряжения обмотки собственных нужд в трехфазное напряжение служит электромашинный преобразователь, асинхронный расщепитель фаз.

Для питания цепей управления стабилизированным напряжением 50. В и зарядки АБ служит трансформатор ТРПШ, который понижает переменное напряжение обмотки собственных нужд тягового транс­форматора до напряжения, необходимого для питания цепей уп­равления электровоза.

В режиме реостатного торможения ТЭД переводятся для работы в режиме генераторов с независимым возбуждением. Тормозная сила регулируется в основном путем изменения общего тока возбуждения ТЭД. Режим реостатного торможения возможен только для электрово­за из двух спаренных секций со всеми восемью исправными ТЭД.

Рис. 1. Упрощенная принци­пиальная схема основного эле­ктрического оборудования эле­ктровоза ВЛ80^С: Т — токопри­емник; ГВ — главный выклю­чатель; Тр — тяговый транс­форматор; ГК — главный кон­троллер; ВУ1, ВУ2 — выпрями­тельные установки ТЭД соот­ветственно первой и второй те­лежки; СР1, СР2 — сглажива­ющие реакторы в цепи ТЭД со­ответственно первой и второй тележки; Г — генераторная фаза; ФР — фазорасщепитель; МВ1, МВ2, МВЗ, МВ4 — мо­тор-вентиляторы; МК — мо­тор-компрессор; МН — масло-насос; НЭ — нагревательный элемент; ТРПШ — трансфор­матор, регулируемый подмагничиванием шунтов; АБ — аккумуляторная батарея; ЦУ— цепи управления, а также все цепи электровоза с напряжением питания 50. В; КМЭ — контроллер машиниста электровоза; U₁ — напряжение первичной обмотки тягового трансформатора; U₂ — напряжение вторичной обмотки тягового трансфор­матора; U_дв — напряжение, подводимое к ТЭД.

3. Принцип действия и устройство тягового электродвигателя НБ-418Кб
На рис. 1-1 представлена простейшая машина постоянного тока, а на рис. 1-2 дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 простейшей машины имеет два полюса / (ярмо индуктора на рис. 1-1 не показано).


Рис. 1-1. Простейшая машина постоянного тока

Рис. 1-2. Работа простейшей машины постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б)

Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Режим генератора. Рассмотрим сначала работу машины в режиме генератора.

Предположим, что якорь машины (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется э. д. с. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта э. д. с. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется э. д. с. вращения. Величина индуктируемой в проводнике обмотки якоря э. д. с.

где В — величина магнитной индукции в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; / — активная длина проводника, т. е. та длина, на протяжении которой он расположен в магнитном поле; v — линейная скорость движения проводника.

В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые э. д. с, которые по контуру витка складываются, и поэтому полная э. д. с. якоря рассматриваемой машины.

Э. д. с. Еа является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление э. д. с. в проводниках меняется. По форме кривая э. д. с. проводника в зависимости от времени t повторяет кривую распределения индукции В вдоль воздушного зазора (рис. 1-4, а).

Рис. 1- 4. Кривые э. д. с. и токапростейшей машины в якоре (а) и во внешней цепи (б)

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в этой цепи, а также в обмотке якоря возникает ток Ia. В обмотке якоря этот ток будет переменным, и кривая его по форме аналогична кривой э. д. с. (рис. 1-4, а). Однако во внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора. Действительно, при повороте якоря и коллектора (рис. 1-1) на 90° и изменении направления э. д. с. в проводниках одновременно происходит также смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой — пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными.

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Изменив знак второго полупериода кривой на рис. 1-4, а, получим форму кривой тока и напряжения внешней цепи (рис. 1-4, б). Образуемый во внешней цепи пульсирующий по величине ток малопригоден для практических целей, Для получения практически свободных от пульсаций тока и напряжения применяют более сложные по устройству обмотку якоря и коллектор. Однако основные свойства машины постоянного тока могут быть установлены на примере рассматриваемой здесь простейшей машины. Напряжение постоянного тока на зажимах якоря генератора будет меньше Еа на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря га:

Ua = Ea-Iara.

Проводники обмотки якоря с током Iа находятся в магнитном поле, и поэтому на них будут действовать электромагнитные силы (рис. 1-2, а)

направление которых определяется по правилу левой руки (рис. 1-3, б). Эти силы создают механический вращающий момент М9м, который называется электромагнитным моментом и на рис. 1-2, а равен

где Da — диаметр якоря. Как видно из рис. 1-2, а, в режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозящим.

Тяговые двигатели электровозов переменного тока работают в условиях резких изменений нагрузок; частота вращения их якорей изменяется в широких пределах. Это обусловлено частыми пусками электровозов, преодолением ими подъемов, значительными колеба­ниями напряжения в контактной сети. На тяговые двигатели воздей­ствуют также механические силы, возникающие от сотрясений и ударов при движении электровоза. Особенно велики динамические силы, воздействующие на двигатели с опорно-осевым подвешивани­ем. Большие динамические нагрузки через зубчатую передачу передаются на якорь двигателя, причем, только часть их поглощается в пружинных элементах прямозубой передачи. Все это усложняет условия работы ряда узлов двигателя и, в частности, щеточного аппарата. Кроме того, пыль, поднимающаяся с пути при движении подвижного состава, угольная пыль от истирающихся щеток, снег, влага, содержащаяся в воздухе, способствуют загрязнению и отсы­реванию изоляции узлов двигателей, снижению ее электрической прочности.

Поэтому к тяговым двигателям предъявляются особые требова­ния, обеспечивающие их надежную работу в эксплуатации. Так, необходимо, чтобы двигатели выдерживали значительные перегруз­ки, температура нагрева их обмоток не превосходила допустимую для изоляции определенного класса, коммутация была надежной, устойчивой. Кроме того, тяговые двигатели должны быть механиче­ски прочными, особенно в местах подвески к раме тележки и оси колесной пары. Мощность тягового двигателя желательно иметь по возможности большей при наименьших его массе и размерах, ограничиваемых шириной рельсовой колеи 1520 мм и диаметром колеса 1250 мм.

Этим требованиям удовлетворяют тяговые двигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Они допускают большие пере­грузки и устойчиво работают в условиях резких колебаний напряже­ния в контактной сети. При параллельном соединении таких двигате­лей, обычно выполняемом на электровозах переменного тока, обес­печивается равномерное распределение нагрузок между ними.

Назначение. Тяговые электродвигатели типа НБ-418К6 служат для преобразования электрической энергии, подводимой к ним, в механическую работу по вращению колесных пар с целью приве­дения электровоза в движение.

Напряжение на зажимах двигателя, В:

номинальное.........................................................................................................950

максимальное.....................................................................................................1180

Максимальная частота вращения, об/мин......................................................2040

Число пар полюсов, шт...........................................................................................6

Коэффициент возбуждения, %:

номинальный..........................................................................................................96

минимальный.........................................................................................................43

Расход охлаждающего воздуха, м³/мин............................................................105

КПД, %....................................................................................................................94

Класс изоляции по нагревостойкости:

катушек главных и дополнительных полюсов....................................................Н

якоря и компенсационной обмотки.......................................................................F

Сопротивление, Ом:

катушек главных полюсов...............................................................................0,008

катушек дополнительных полюсов и

компенсационной обмотки..............................................................................0,012

обмотки якоря...................................................................................................0,011

Масса, кг.............................................................................................................4350

Мощность, кВт....................................................................................................790

Ток якоря, А.........................................................................................................880

Ток возбуждения, А............................................................................................845

Частота вращения, об/мин ……………………………………….....................890

Длительный режим

Мощность, кВт.....................................................................................................740

Ток якоря, А.........................................................................................................820

Ток возбуждения, А.............................................................................................785

Частота вращения, об/мин……………………………………………………..915

Рис. 2. Поперечный (а) и продольный (б) разрезы тягового двигателя НБ-418К6: 1 — остов; 2 — катушка главного полюса; 3, 11, 12 — прили­вы; 4 — сердечник главного полюса; 5 — компенсационная обмотка; 6 — сердечник добавочного полюса; 7 — катушка добавочного полюса; 8 — крышка; 9 — букса моторно-осевого подшипника; 10 — ось ко­лесной пары; 13 — медные шины; 14, 27 — подшипниковые щиты; 15, 25 — роликовые подшипники; 16 — вал якоря; 17 — коллектор; 18 — траверса; 19 — раструб для входа охлаждающего воздуха; 20 — щеткодержатель; 21 — уравнители; 22 — якорная обмотка; 23 — сердеч­ник якоря; 24 — уплотнения роликовых подшипников; 26 — кожух для выхода охлаждающего воздуха.