Тяговые электрические машины высокоскоростного транспорта

Тяговая система высокоскоростного наземного транспорта

Владельцы патента RU 2734703:

Изобретение относится к электротяге транспортных средств с магнитными подвесками. Тяговая система высокоскоростного наземного транспорта содержит экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а внутри экипажа расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей и путевое полотно, выполненное в виде желоба, на днище которого расположены продольные дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса. При этом тяговая система дополнительно содержит приводные двигатели, расположенные внутри экипажа симметрично относительно продольной оси так, что валы приводных двигателей перпендикулярны днищу экипажа и к концам валов жестко прикреплены средней частью горизонтальных сторон сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей. Причем на боковых стенках путевого полотна жестоко закреплены продольные электропроводящие структуры линейных тяговых электродвигателей. Технический результат заключается в повышении надежности тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта. 2 ил.

Изобретение относится к высокоскоростному наземному транспорту (ВСНТ), а конкретнее к электрической тяговой системе для ВСНТ с линейным тяговым электродвигателем.

Недостатком такой системы является то, что существует вероятность обрыва или короткого замыкания трехфазных статорных обмоток, что обуславливает низкую надежность данной тяговой системы высокоскоростного транспорта.

Использование статорных обмоток, расположенных вдоль всей трассы путевого полотна, приводит к возможности их обрыва под действием климатических условий и человеческого фактора, отмеченное обуславливает низкую надежность прототипа.

Задачей изобретения является повышение надежности работы тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта за счет использования взаимодействия вихревых токов, индуцированных в продольных электропроводящих полосах, с магнитным полем вращающихся сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейного тягового электродвигателя.

Технический результат достигается тем, что тяговая система высокоскоростного наземного транспорта, содержащая экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а внутри экипажа вертикально расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей и путевое полотно, выполненное в виде желоба, на днище которого расположены продольные дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса, дополнительно содержит приводные двигатели, расположенные внутри экипажа симметрично относительно продольной оси так, что валы приводных двигателей перпендикулярны днищу экипажа и к концам валов жестко прикреплены средней частью горизонтальных сторон сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей, а на боковых стенках путевого полотна жестоко закреплены продольные электропроводящие структуры линейных тяговых электродвигателей.

На фиг. 1 показана тяговая система высокоскоростного наземного транспорта. На фиг. 2 приведен разрез А-А тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта.

Тяговая система высокоскоростного наземного транспорта содержит экипаж 1 (фиг. 1, 2), на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса 2, а внутри экипажа 1 расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. Обмотки сверхпроводящих катушек системы электродинамического подвеса 2 и сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3 выполнены, например, из сплава ниобий-титан (Nb-Ti), станнида триниобия (Nb3Sn) или высокотемпературного сверхпроводящего провода второго поколения. Путевое полотно 4, выполненное в виде желоба из неармированного бетона, на днище которого расположены продольные дискретные путевые структуры 5 системы электродинамического подвеса, обмоточный провод которых выполнен из меди и алюминия. Приводные двигатели 6, расположенные внутри экипажа 1 симметрично относительно продольной оси так, что валы 7 приводных двигателей 6 перпендикулярны днищу экипажа 1 и к концам валов 7 жестко прикреплены средней частью горизонтальных сторон 8 сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. На фиг. 1, 2 стрелками показаны направления вращения сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей 3. На боковых стенках путевого полотна 4 жестоко закреплены продольные электропроводящие структуры линейных тяговых электродвигателей 9, выполненные, например, либо в виде продольных сплошных полос из меди, алюминия или алюминиевого сплава АД31, либо в виде распределенной электропроводящей короткозамкнутой обмотки.

Сравнительный анализ прототипа и заявляемой тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта показывает, что благодаря использованию вращающихся сверхпроводящих катушек системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей, отпадает необходимость использования статорных обмоток линейных тяговых электродвигателей вдоль трассы путевого полотна, а это приводит к повышению надежности тяговой системы высокоскоростного наземного транспорта.

Тяговая система высокоскоростного наземного транспорта, содержащая экипаж, на днище которого расположены сверхпроводящие катушки системы электродинамического подвеса, а внутри экипажа расположены сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей и путевое полотно, выполненное в виде желоба, на днище которого расположены продольные дискретные путевые структуры системы электродинамического подвеса, отличающаяся тем, что дополнительно содержит приводные двигатели, расположенные внутри экипажа симметрично относительно продольной оси так, что валы приводных двигателей перпендикулярны днищу экипажа и к концам валов жестко прикреплены средней частью горизонтальных сторон сверхпроводящие катушки системы возбуждения линейных тяговых электродвигателей, а на боковых стенках путевого полотна жестоко закреплены продольные электропроводящие структуры линейных тяговых электродвигателей.

Источник

Высокоскоростной железнодорожный транспорт

скоростью движения v_H= v₂. При этом но­минальная мощность двигателя равна

где т]₃ — КПД зубчатой передачи (пример­но равный 0,975); 0,278 — коэффициент свя­зи между силой тяги (кН), скоростью (км/ч) и мощностью (кВт).

Для локомотивов пассажирских поездов расчетную мощность выбирают, исходя из обеспечения среднетехнической скорости на участке определенной длины. Для при­городных электропоездов (распределен­ная тяга) эта мощность составляет 200— 250 кВт, для междугородных скоростных электропоездов — 650 кВт, а для скоро­стных и высокоскоростных пассажирских локомотивов (сосредоточенная тяга) до­стигает 1200 кВт на одну движущую колес­ную пару.

Максимальная частота вращения вала тя­гового двигателя, как правило, не превы­шает 3000 об/мин из-за ограничения по ра­ботоспособности роликовых подшипников средней и тяжелой серий с консистентной смазкой. Для высокоскоростного подвиж­ного состава максимальная частота враще­ния вала современных асинхронных дви­гателей достигает 4100 об/мин, что обус­ловливает необходимость применения под­шипников новой серии.

Передача тягового момента на колесную пару сопровождается возникновением ста­тической (полезной) составляющей силы. В процессе движения локомотива кроме статической составляющей появляется ди­намическая (вредная) составляющая, обус­ловленная недостатками способа регули­рования мощности двигателя, кинемати­ческим несовершенством схемы или кон­струкции тяговой передачи и рядом других причин. Динамическая составляющая на­грузки существенно возрастает с увеличе­нием скорости. К вредным нужно отнести также динамические нагрузки, вызывае­мые переменными ускорениями корпуса тягового двигателя и редуктора. Основной причиной появления высоких динамичес­ких усилий, действующих на тяговый дви­гатель и редуктор, является взаимодейст­вие ходовых частей локомотива и верхнего строения пути.

По критериям защищенности тягового двигателя от действия динамических сил выделяют системы привода с опорой тяго­вого двигателя на ось колесной пары (опор­но-осевой) и с опорой на подрессоренную часть тележки или кузова (опорно-рамный). По степени защищенности редуктора от воздействия динамических сил также раз­личают редуктор, опирающийся на ось ко­лесной пары (опорно-осевой) или установ­ленный на раму тележки (опорно-рамный). По степени защищенности кинематичес­кой цепи от динамических моментов пере­дачи выделяют три существенных призна­ка: наличие опорно-осевых редукторов; горизонтальная или негоризонтальная мо­дификация реализации тяги; степень при­ближения к единице передаточного числа от зубчатого колеса к шестерне.

По условию относительных угловых пе­ремещений шарнирных элементов муфт (относится только к опорно-рамным при­водам) различают две группы: первая — механизмы, в которых элементы шарнир­ного соединения ведущего вала с промежу­точным звеном и звена с ведомым валом расположены в одной плоскости; вторая — механизмы, в которых шарнирное соеди­нение ведущего вала и промежуточного зве­на расположено в одной плоскости, а про­межуточного звена и ведомого вала — в другой.

По степени динамического совершенства все тяговые приводы принято подразде­лять на три класса: первый — с опорно­осевыми двигателями и редукторами; вто­рой — с опорно-рамными двигателями и опорно-осевыми редукторами; третий — с опорно-рамными двигателями и редукто­рами. На скоростном и высокоскоростном подвижном составе используются тяговые приводы третьего и второго классов.

На рис. 14.2 показаны кинематические схемы, применяемые при различных ком­поновках тяговых приводов с опорно-рам­ным двигателем и опорно-осевым (класс II) или опорно-рамным (класс 111) редуктором.

Рис. 14.2. Кинематические схемы передачи при различных компоновках тяговых приводов: а — с опор­но-рамным двигателем и опорно-осевым редуктором; б — с опорно-рамным двигателем и редукто­ром; 1 — схема первой группы с шарнирной муфтой поперечной компенсации; 2, 3 — схемы второй группы с шарнирной муфтой и коротким промежуточным валом; 4, 5 — схемы второй группы с шарнирной муфтой, длинным промежуточным валом; 6 — схема второй группы с шарнирной муфтой в полой оси вала тягового двигателя и с полым валом на оси колесной пары; 7, 8 — схемы второй группы с шарнирной муфтой с удлиненным полым валом на оси колесной пары; 9, 10 — схемы второй группы с шарнирной муфтой и длинным полым валом на оси колесной пары

В качестве примеров рассмотрим две ки­нематические схемы. Одна из них исполь­зуется на многих высокоскоростных по­ездах японских Синкансэн, на германских поездах ICE3 (платформа «Velaro»), а вто­рая — на электровозах французских вы­сокоскоростных поездов TGV, в том числе и тех, которыми были установлены миро­вые рекорды скорости: на опытных поез­дах TGV А №325 и V150.

Обе приведенные для примера схемы от­носятся к тяговой передаче второго класса с опорно-рамным расположением двигате­ля и опорно-осевым редуктором (в некото­рых случаях редуктор дополнительно опи­рается через эластичные резиновые амор­тизаторы на раму тележки). Такая техниче­ская идея тяговой передачи (схематически представлена на рис. 14.3), хорошо себя заре­комендовала в различных вариантах конст-

Рис. 14.3. Схематическое изображение тяговой передачи моторной тележки высокоскоростного элек­тропоезда с тяговым двигателем, установленном на раме тележки, и подвижной передачей к редук­тору с помощью зубчатой муфты: а — общая схема: б — вид на тележку сбоку (вдоль пути); в — вид зубчатой муфты японского высокоскоростного поезда серии 700; г — колеса зубчатой муфты поезда серии 700: 1 — колесная пара; 2 — зубчатая муфта; 3 — тяговый двигатель; 4 — шестерня редуктора; 5 — большое зубчатое колесо редуктора; б — редуктор; 7 — зубчатое колесо с внутрен­ним венцом; 8 — шестерня с наружным венцом; 9 — рама тележки

руктивного исполнения. На японском высо­коскоростном электроподвижном составе со времен первых японских высокоскоро­стных поездов серии 0 (1964 г.), включая японские поезда последнего поколения, на­пример, серии N700, а также на герман­ских высокоскоростных поездах платфор­мы «Velaro» (к ним относятся и поезда «Сапсан», эксплуатируемые в России) под­вижная кинематическая связь вала тяго­вого электродвигателя и входного вала ре­дуктора обеспечивается с помощью зубча­той муфты (она позволяет элементам ва­ла как отклоняться от продольной оси, так и перемещаться вдоль оси). На рис. 14.4 по­казана тяговая передача моторного вагона высокоскоростного поезда «Сапсан».

В качестве второго примера рассмотрим кинематическую передачу тягового приво­да высокоскоростных поездов TGV компа­нии Alstom, Франция. Первый поезд этого типа создавался в конце 1960-х — начале 1970-х годов. Для оценки работоспособнос­ти отдельных узлов и агрегатов были по­строены опытный газотурбинный высоко­скоростной поезд с электрической переда­чей TGV 001 (1969 г.) и опытный высокоско­ростной электровагон «Zebulon» (Z 7001) (1974 г.). На поезде TGV 001 использовался тяговый привод третьего класса с муфтой типа Жакмен. По результатам испытаний поезда сделали вывод о том, что для повы­шения критической (по вилянию) скоро­сти движения (более 300 км/ч) необходи­мо снизить массу тележки. В связи с этим тяговый двигатель (массой около 1400 кг) и редуктор первой ступени перенесли на раму кузова локомотива (рис. 13.42 и 14.5], на оси колесной пары разместили редуктор второй ступени с опорно-осевым подвеши­ванием. В целом конструкция привода ста­ла сложнее и, с инженерной точки зрения была шагом назад, так как являлась тяго­вой передачей второго класса, тем не ме­нее поставленная задача была решена. Эта конструкция тяговой передачи с сохране­нием основных технических решений не­сколько раз модернизировалась и исполь­зуется до настоящего времени на локомо­тивах поездов TGV (рис. 13.42; 14.5].

Рис. 14.4. Схематическое изображение тяговой передачи высокоскоростного поезда «Сапсан»: 1 — ко­лесная пара; 2 — тяговый двигатель; 3 — ротор двигателя; 4 — статор двигателя; 5 — зубчатая муфта; 6 — элемент узла подвески редуктора; 7 — шестерня; 8 — большое зубчатое колесо; 9 — корпус редуктора; 10 — ось колесной пары [изображена упрощенно без шеек). Германия, 2009 г.

Рис. 14.5 (рекомендуется рассматривать совместно с рис. 13.42). Тяговая передача электровозов поез­дов TGV: а — вид сверху на тележку электровоза; б — схематическое изображение устройства пере­дачи и компонентов ШРУС; в — схематическое изображение элементов шарнира Гука и разрез шлице­вого вала со сферическими головками: 1 — рама тележки; 2 — колесная пара; 3 — подшипники опоры редуктора второй ступени; 4 —редуктор второй ступени; 5 — ось колесной пары; 6 — редуктор пер­вой ступени; 7 — тяговый электродвигатель; 8 — реактивная тяга; 9 — кожух редуктора второй ступени; 10 — шлицевой вал; 11 — шестерня тягового двигателя; 12 — промежуточная шестерня редуктора первой ступени; 13 — зубчатое колесо редуктора первой ступени; 14 — сферические голов­ки скользящей муфты; 15 — датчик частоты вращения выходного вала редуктора первой ступени; 16 — датчик частоты вращения колесной пары; 17 —устройство сравнения частоты вращения;

18 — аварийный сигнал неисправности ШРУС; 19 — вилки шарниров 1ука; 20 — цилиндрические пазы; 21 — игольчатый подшипник; 22 — уплотнение; 23 — ведомый вал ШРУС со сферическими головками; 24 — направление продольного перемещения сферических головок

В передаче подвижная кинематическая связь между двумя ступенями осуществля­ется с помощью шарнира равных угловых скоростей (ШРУС). Его элементы — шарни­ры Гука и скользящая муфта с узлом в ви­де трех сферических (шарообразных) го­ловок [23] (вращающихся на игольчатых под­шипниках), входящих внутрь трех цилинд­рических пазов шлицевого вала. В отличие от обычных шлицевых валов в этой кон­струкции при осевом перемещении реали­зуется трение качения. Сферические голов­ки имеют возможность двигаться в осевом направлении по цилиндрическим пазам на расстояние ±120 мм, а шарниры Гука позво­ляют отклоняться элементам вала от про­дольной оси. В результате колесная пара электровоза с редуктором на оси может перемещаться относительно тягового дви­гателя. Датчики скорости постоянно пере­дают в устройство сравнения частоты вра­щения на входе и выходе ШРУС. Их несо­ответствие говорит о неисправности, и аварийный сигнал поступает в компьютер управления поездом.

Конструкция элементов кинематической цепи передачи существенно влияет на га­бариты привода, пространство, отводимое для размещения тягового электродвигате­ля на тележке, что, в свою очередь, опреде­ляет требования к тяговым двигателям по их удельной мощности.

Абсолютные значения отдельных разме­ров для приводов разных типов могут раз­личаться. В схемах с большей длиной про­межуточного вала соответственно меньше углы поворота шарниров, а, следовательно, они (по четвертому критерию) являются более совершенными. Сочетание большо­го расхождения центров муфт (так называ­емая «расцентровка») с малой длиной про­межуточных элементов приводит к неудов­летворительным результатам. Большие расцентровки муфт свойственны приводам с опорно-рамными двигателями и опорно­осевыми редукторами с горизонтальными реактивными тягами.

По типу тягового электропривода под­вижной состав можно разделить на четы­ре поколения (рис. 14.6). К первому поколе­нию относятся локомотивы и моторвагон­ные подвижные единицы, разработанные до 1970 г. Второе поколение — подвижной состав, построенный после 1970 г., имею­щий коллекторные двигатели и полупро­водниковые преобразователи. Третье и четвертое поколения подвижного состава представлены новыми разработками, осу­ществленными в основном после 1985 г., с бесколлекторными тяговыми двигателя­ми, преимущественно асинхронными дви­гателями трехфазного тока с короткозам­кнутым ротором. В тяговых преобразовате­лях подвижного состава третьего поколения используют однооперационные тиристоры, как правило, с принудительной конденса­торной коммутацией.

Рис. 14.6. Классификация электроподвижного состава по типу тягового электропривода: 1 — ре­остатный контроллер; 2 — коллекторный тяговый двигатель; 3 — тяговый трансформатор с переключаемой обмоткой; 4 — контроллер переключения числа витков трансформатора и диодный выпрямитель; 5 — сглаживающий реактор; 6 — дизель или газовая турбина; 7 — генератор посто­янного тока независимого возбуждения; 8 — сетевой LC-фильтр (возможно активный); 9 — импульс­ный преобразователь постоянного тока; 10 — тяговый трансформатор; 11 —управляемый выпря­митель; 12 — синхронный генератор; 13 — диодный неуправляемый выпрямитель; 14 — автономный инвертор тока (АИТ); 15 — тяговый асинхронный двигатель; 16 —управляемый выпрямитель или четырехквадрантный преобразователь (4qS); 17 — звено постоянного тока с LC-фильтром (для АИН); 18 — автономный инвертор напряжения (АИН); 19 — звено постоянного тока с конденсатор­ным фильтром; 20 —управляемый выпрямитель; 21 — АИТ; 22 — тяговый синхронный двигатель; 23 — АИН с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) на запираемых тиристорах или IGBT-транзис- торах, либо на IGCT-mupucmopax; 24 — выпрямитель (4qS) на GTO-mupucmopax, IGBT-транзисторах или IGCT-mupucmopax; 25 — неуправляемый выпрямитель; 26 — звено постоянного тока

Основные данные электротяговых при­водов, используемых в скоростном и высо­коскоростном подвижном составе, приве­дены в Приложении 4.

к электрическому приводу высокоскоростных поездов

Развитие электрической тяги сопровож­далось повышением мощности локомоти­вов за счет увеличения числа движущих осей и единичной мощности тяговых дви­гателей. При конструкционной скорости 300—500 км/ч требуется примерно 14 кВт мощности тягового электропривода на од­ну тонну массы поезда. Такие показатели по удельной мощности электрического тя­гового привода трудно достижимы на осно­ве коллекторных двигателей постоянного тока.

Практическое применение в электричес­кой тяге двигателей переменного тока на­чалось в Германии, Швеции и некоторых других странах. Первоначально были при­менены однофазные коллекторные двига­тели пониженной частоты 16 2 /₃ и 25 Гц. Принцип их работы аналогичен работе ма­шин постоянного тока, но процессы комму­тации в них тем сложнее, чем выше частота питающего тока. При стандартной частоте 50 Гц двигатели однофазного тока имеют низкие тяговые свойства и энергетические показатели.

Попытки применения на электроподвиж- ном составе простейших по конструкции трехфазных асинхронных двигателей были предприняты в Германии, Италии и Швей­царии еще в конце XIX в. Для питания дви­гателей использовалась специальная кон­тактная сеть трехфазного тока. Из-за слож­ности и недостаточной надежности такой конструкции и неудовлетворительных ре­гулировочных свойств трехфазная система тягового электропривода не нашла широ­кого применения.

Для обеспечения допустимой нагрузки от одной оси высокоскоростного поезда на рельсы не более 180 кН и возможности сни­зить эту нагрузку до 100 кН и ниже удель­ная масса тягового двигателя не должна превышать 1,5—2,0 кг/кВт. Удельный объ­ем тягового двигателя при размещении в стесненном пространстве экипажной час­ти электроподвижного состава должен быть ограничен и не превышать 0,5—0,8 дм 3 /кВт. Максимальная допустимая частота враще­ния вала двигателя не должна быть ниже 3000 об/мин. Тяговый двигатель должен иметь механически прочную и защищен­ную от внешних воздействий конструкцию. Электрические потери в тяговом двигателе должны быть минимизированы. Отвод теп­лоты должен надежно обеспечиваться сис­темой принудительного воздушного или, возможно, жидкостного охлаждения с при­емлемыми для подвижной единицы пара­метрами.

В 20-е годы XX века исследования отечест­венных ученых и инженеров М.П. Костенко, А.Е. Алексеева и Б.Н. Тихменева показали, что проблема увеличения мощности элек­троподвижного состава и скорости его дви­жения при одновременном повышении на­дежности может быть решена на основе перехода от коллекторных тяговых двига­телей постоянного тока на бесколлектор- ные тяговые двигатели трехфазного тока — асинхронные и синхронные, питание кото­рых должно осуществляться от специаль­ных преобразователей числа фаз и частоты переменного тока.

Замена тяговых двигателей постоянно­го тока синхронными и асинхронными ма­шинами с плавным регулированием час­тоты и напряжения трехфазного тока по­средством электронных преобразователей явилось качественно новым направлением электрического локомотивостроения. Оно позволяет:

— поднять мощность на одну движущую ось до 1200 кВт и более при сохранении допустимой нагрузки на рельсы;

— увеличить коэффициент тяги (отно­шение силы тяги к силе давления от ко­
лесной пары] на 15—20 % путем электри­ческого спаривания движущих осей;

— обеспечить не менее чем в два раза со­кращение количества отказов работы ло­комотивов из-за выхода из строя тяговых двигателей;

— сократить на 10—15 % эксплуатаци­онные расходы на содержание электрообо­рудования электроподвижного состава;

— уменьшить динамическое воздейст­вие на экипаж и железнодорожный путь вследствие снижения массы двигателя на 30—40 %;

— снизить долю сложных и трудоемких работ по ремонту тяговых двигателей, вы­свободить часть рабочей силы и поднять общий уровень культуры технического об­служивания подвижного состава;

— перейти к созданию скоростного и вы­сокоскоростного электроподвижного соста­ва нового поколения.

Однако практическое применение бескол- лекторных тяговых двигателей длительное время задерживалось тем, что не были со­зданы пригодные для коммерческого произ­водства надежные экономичные преобразо­ватели, способные преобразовывать полу­ченную из контактной сети электрическую энергию в виде переменного тока (однофаз­ного напряжением 15—25 кВ промышлен­ной или пониженной частоты) или постоян­ного тока напряжением 1,5—3,0 кВ, в элек­троэнергию трехфазного тока регулируемой частоты, изменяемого по напряжению.

Для тягового электропривода применя­ются преобразователи электрической энер­гии различных видов: переменно-постоян­ного тока (выпрямители], постоянно-пере­менного тока (инверторы], переменно-пе­ременного тока (преобразователи частоты и напряжения] и постоянно-постоянного тока (импульсные преобразователи). Пре­образователи должны обеспечивать пита­ние тяговых электродвигателей от контакт­ной сети постоянного и однофазного пере­менного тока электроэнергией требуемых параметров по роду тока, уровню напряже­ния и частоте переменного тока. При пита­нии тяговых асинхронных двигателей пре­образователи должны не только преобразо­вывать род тока и уровень напряжения, но и обеспечивать плавное регулирование на­пряжения от единиц вольта до 1,5—3,0 кВ и частоты трехфазного тока от единиц до 100—150 Гц. Удельные показатели по мас­се (кг/кВт) и рабочему объему (дм 3 /кВт) не должны превышать аналогичные показате­ли тяговых двигателей.

14.3. Тяговые электрические двигатели

Первые опытные образцы тягового под­вижного состава с бесколлекторными дви­гателями в СССР были созданы в 1965— 1974 гг. Результатами работ инженеров и ученых явилось создание опытной приго­родной электросекции переменного тока ЭР9А; маневрового тепловоза ВМЭ24А; ма­гистрального тепловоза ТЭ120; электро­возов ВЛ80А (с асинхронными] и ВЛ80В (с синхронными] двигателями. В те же годы в Германии были построены опытные ло­комотивы с асинхронными двигателями: тепловоз DE4000 и электровоз переменно­го тока Е120. Тогда же во Франции разраба­тывался электроподвижной состав с синх­ронными двигателями. Эти пионерные ра­боты заложили фундамент для развития в 80-е и 90-е годы XX столетия тягового под­вижного состава третьего и четвертого по­колений и способствовали практическому осуществлению программы скоростного и высокоскоростного движения в Европе.

Конструкция коллекторного двигате­ля постоянного тока. На рис. 14.7 приве­дены разрезы тягового двигателя электро­возов серии ЧС2 Т (производства компании «Шкода», ЧССР) постоянного тока 3 кВ, ко­торые на протяжении длительного време­ни были основным типом локомотивов, об­служивавших скоростные поезда на линии Ленинград—Москва Октябрьской желез­ной дороги. Двигатели рассчитаны на но­минальное напряжение 1,5 кВ, ток и мощ­ность продолжительного режима, соот-

С = 0,5(£>_я+d_Q) +А + 5+е, (14.3)
где £>_я — диаметр якоря; d_Q — диаметр оси ко­лесной пары; А — расстояние от внутренней поверхности полюса до наружной поверхности корпуса двигателя по линии централи; 5 — воз­душный зазор якоря; е х 5-6 мм — наибольшее горизонтальное перемещение оси колесной па­ры относительно рамы тележки.

Формула показывает, что централь силь­но зависит от конструкции двигателя. Это
качество оценивается коэффициентом цен­трали к =0_д/С. Значение коэффициента для передачи с карданным валом составля­ет для электровозов 1,15—1,25, а для элек­тропоездов 1,1—1,18.

От конструкции тягового привода зави­сит длина тягового двигателя. Для рассмат­риваемого примера

(А +А„+Ь + A +b + A_M_), (14.4) д к ‘• 1 2 р Ml М M2 J v J

где /_к — расстояние между внутренними гра­нями колесных бандажей; — ширина кожу­ха или корпуса редуктора; Д₁₍А₂ — соответст­венно зазоры между бандажом и редуктором, редуктором и двигателем; Ь_м — ширина муф­ты привода; Д_М1,Д_М2 — зазоры между муф­той и редуктором, муфтой и двигателем, т.е. для приводов II и III классов длина двигателя дополнительно ограничивается.

Коллекторный двигатель заполняется до 25 % конструктивным зазором, отводимым для коллектора, что ограничивает актив­ный объем машины.

С другой стороны, основные проектные размеры якорей электрических машин; диаметр D_a,и длина /_я зависят от вращаю­щего момента в соответствии с требуемой тяговой характеристикой электроподвиж- ного состава:

С.Р

Из приведенных соотношений следует, что основные тяговые параметры: враща­ющий момент Л7_Н0М и мощность Р_ном зави­сят от размеров Ь_я и /_я, которые можно впи­сать в пространство, отводимое в экипаж­ной части локомотива. В асинхронной ма­шине нет коллектора, поэтому при прочих равных условиях возможно значительно увеличить единичную мощность тягового двигателя.

Дата добавления: 2019-11-16 ; просмотров: 686 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник