Тяговый привод городского электрического транспорта

 

1. Процесс  естественного  изменения  скорости  тягового электродвигателя (первый  процесс)  как  процесс  автоматического ее  изменения  электродвигателем  при  изменении  нагрузки  на  валу ЭД (сопротивления движению автомобиля).
2. Процесс регулирования скорости  тягового электродвигателя (второй  процесс)  как  процесс  автоматического  ее  изменения двигателем  при  принудительном  воздействии  на  тот  или  иной элемент  электрической  цепи  водителем  или  автоматическим устройством, рассматриваемый при постоянном  значении нагрузки на валу ЭД (сопротивления движению автомобиля).

 

Указанные  процессы  являются  составной  частью  двух основополагающих  характерных  процессов,  протекающих  в  ТЭМ – первого  характерного  процесса (ПХП)  и  второго  характерного процесса (ВХП).

 

В тяговом  электроприводе  оба  характерных  процесса протекают   обычно  одновременно,  т.е.  имеет  место  синтез  двух характерных процессов (СХП).

 

При  синтезе  характерных  процессов  рабочая  точка перемещается (в  статике)  как  по  заданной  механической характеристике,  так и в вертикальном направлении. В итоге имеет место серия (семейство) механических характеристик. Рассмотренные  выше  два  характерных  процесса  могут  быть условно  отнесены  к  первому  характерному  процессу  в  замкнутой системе  как процессу,  лежащему  в  основе  определения  понятия механической  характеристики  ТЭД  в  замкнутой  системе  и

возникающему  при  действии  возмущения  типичного  для  первого характерного процесса.

Одновременно имеет место регулирование скорости движения машинистом, осуществляемое независимо от  величины нагрузки.  Принципиальное  отличие  данного  процесса  регулирования  скорости  тяговых  электродвигателей (второго  характерного процесса в замкнутой системе) от процесса изменения параметров с  целью  формирования  новой  механической  характеристики заключается  в  возможности  получения  различных  значений скорости  ЭД  при  постоянном  значении  величины  момента сопротивления. Воздействие машиниста при этом является внешним воздействием.

Практически  работа  системы  происходит  при  одновременном протекании  двух  характерных  процессов,  определяющих  скорость движения поезда. Машинист задает характеристику элементов привода  в  замкнутой  системе,  перемещение  точки  по  которой определяется  силой (моментом)  сопротивления  движению.

Машинист  регулирует  скорость  движения  состава,  а  она устанавливается  в  соответствии  с  сигналом,  поступающим  от машиниста, и нагрузкой тягового электродвигателя. На рис. 6 приведены примеры характерных процессов в ТЭП большегрузного автомобиля (наиболее близкий к метровагону пример), где ПХП и ВХП – соответственно первый  и  второй  характерные  процессы  в разомкнутой  системе, а СХП – синтез характерных процессов в замкнутой системе ТЭП.

 

Рис. 6 Механические характеристики ТЭД

 

Таким образом  данный тяговый электропривод классифицируется как 

ТЭП с однотипной энергетической установкой.

 

Пояснение: Такой ТЭП содержит в своей силовой цепи источник энергии, электродвигатель и механическую трансмиссию.

 

Трансмиссия – силовая передача, совокупность агрегатов и механизмов, передающих крутящий момент от ДВС к ведущим колёсам транспортного средства. Кроме передачи крутящего момента выполняются также задачи изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения.

Одним из видов  трансмиссии является электромеханическая трансмиссия.

 

Рис. 7 – Функциональная схема ТЭП вагона метро, 1- силовая цепь, 2 – энергетический блок, 3 – блок вспомогательного оборудования.

 
 

Рис. 8 Структурная схема  привода. Д – двигатель, Р – редуктор, СГ – синхронный генератор, В –  выпрямитель, ДПТ  – двигатель постоянного  тока, К – колесо

 

Тяговый привод ТП вагонов  модели 81-720, 81-721

представляет  собой систему тиристорно-импульсного  управления (ТИСУ) тяговыми двигателями  «Пульс» и включает в себя:

- четыре коллекторных  двигателя постоянного тока ДК-120 мощностью 115 кВт включённых по два последовательно;

- электронный  регулятор напряжения на двигателях  – блок тиристорно-импульсных  преобразователей БПТИ;

- коммутирующую  аппаратуру, смонтированную в блоке  силовой контакторной аппаратуры  БСКА, в состав которого входят 6 линейных контакторов и реверсор;

- блок управления  тяговым приводом БУТП.

Алгоритм работы БСКА и БПТИ задаётся БУТП. При этом осуществляется управление тяговым  приводом в режимах тяги и электрического реостатного торможения. Предусмотрено  также применение следящего рекуперативно-реостатного торможения с астатическим регулированием напряжения на токоприёмнике.

Блок управления тяговым приводом обеспечивает работу тягового привода, сохраняя постоянным (до выхода на автоматическую характеристику) тяговое и тормозное усилия, величина которых зависит от положения рукоятки контроллера машиниста.

Уставки тяговых и тормозных  режимов

 

 

Тяговый двигатель. Конструкция.

Двигатель имеет по четыре главных полюса (7) с расположенной на них обмоткой возбуждения и добавочных полюсов (10).  Между станиной и сердечником  добавочного полюса установлены  латунные прокладки, что позволяет более точно настраивать коммутацию двигателей на всём диапазон рабочих характеристик.

Рис.9 Продольный разрез тягового двигателя ДК-120

Для катушек  главных и добавочных полюсов  электродвигателя применяется изоляция типа «монолит», которая обеспечивает высокую надёжность катушек и улучшает их теплоотдачу.

Для токосъёма  используются четыре щёткодержателя (5). Кронштейны щёткодержателей выполнены  из пластмассы. Щётки (4) двигателей разрезные, с резиновой накладкой, четырьмя шунтами и плоским наконечником. Щёткодержатели (5) имеют специальные устройства для регулирования силы нажатия пальца щётку (4).

Коллектор (3) двигателей арочный, на стальном сборном  основании. Пластины коллектора выполнены  из меди, обладающей повышенными механическими свойствами. Концы обмотки якоря с коллекторными пластинами соединяются с помощью сварки, что значительно повышает надёжность и долговечность этого соединения. Обмотка якоря петлевая, с уравнительными соединениями (одно на паз), расположенными под передними лобовыми частями обмотки. Обмотка якоря в пазовой части крепится стеклобандажами или клиньями, а на лобовых частях – только стеклобандажами.

Для осмотра  и ухода за коллектором и щёточным аппаратом предназначены четыре коллекторных люка, закрытых двумя крышками с уплотнением (6).

Подшипниковые узлы двигателя имеют устройства (1) и (8) для добавления смазки.

Охлаждающий воздух поступает в двигатель  через патрубок (2) со стороны коллектора и выбрасывается центробежным вентилятором (9) в окна с противоположной стороны двигателя.

 

Обмотки якоря и добавочных полюсов соединяются  последовательновнутри двигателя. Маркировка выводных проводов этой группы сохраняется от входящих обмоток.

Рабочие характеристики двигателя при номинальном  напряжении 375 В и температуре обмоток 130 градусов даны на рис. Рабочие характеристики представлены семействами скоростных v(I) и тяговых F(Ia) характеристик, а также зависимостей КПД в функции тока якоря, полученных при

       Рис.10, Обмотки ДК-120                             ослаблениях возбуждения 0,28; 0,5 и 1,0.

Реактивная  ЭДС в коммутируемых секциях  для наиболее напряжённых условий  режима тяги примерно вдвое меньше допустимого значения.

В режиме торможения максимальная реактивная ЭДС  при торможении со 100 км/ч составляет 0,75 допустимого значения. Максимальное напряжение между смежными коллекторными пластинами в режиме торможения относится к скорости начала торможения 100 км/ч. Наиболее же вероятные скорости торможения находятся в диапазоне 60 – 70 км/ч. При этих скоростях начала торможения потенциальная напряжённость коллектора значительно ниже.

Приведённые показатели коммутационной и потенциальной  напряжённостей показывают, что коллектор  устойчив к возникновению круговых огней и работает практически  без искрения в установившихся режимах.

Более подробную техническую информацию о ДК-120АМ см. в приложении.

 

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДК-120 АМ

Рис. 11, 1-3 – скоростные хр-ки соответственно при коэффициенте ослабления возбуждения 1; 0,5 и 0,28. 4 - 6 – зависимости электромагнитного момента двигателя от тока в цепи якоря; 7 – 9 – зависимости КПД двигателя от тока в цепи якоря.

Общие сведения:

Электродвигатели  тяговые постоянного тока типов  ДК 117М, имеющие две модификации  ДК 117ВМ, ДК 117ДМ и ДК 120АМ, предназначены  для вагонов метрополитена с релейно-контактной системой управления. Электродвигатели типов ДК 117ДМ и ДК 120АМ используются на вагонах метрополитена, эксплуатируемых на трассах с шириной колеи 1520 мм, а электродвигатель ДК 117ВМ - на трассах с шириной колеи 1435 мм.

Структура условного  обозначения

ДК  ХХМУ2: 

 
ДК - двигатель коллекторный постоянного  тока;  
Х - порядковый номер типа (117; 120);  
Х - модификация в зависимости от конструктивного исполнения  
подвески (А, В, Д);  
М - модернизированный;  
У2 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ  
15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

Условия эксплуатации:

Номинальные значения климатических  факторов по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.  
Высота над уровнем моря до 1200 м.  
Температура окружающего воздуха от минус 50 до 40°С.  
Окружающая среда невзрывоопасная.  
Группа механического исполнения М26 по ГОСТ 17516.1-90.  
Требования техники безопасности по ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 12.2.007.1-75. 

 
Двигатели для внутригосударственных  поставок соответствуют ТУ 16-515.199-76, для поставок на экспорт ГОСТ 2582-81Е.

Нормативно-технический  документ

ТУ 16-515.199-76;ГОСТ 2582-81Е

Технические характеристики и основные параметры двигателей приведены в таблице.

Общий вид, габаритны, установочные и присоединительные  размеры электродвигателя ДК-120АМ. Двигатели имеют литые корпуса восьмигранной формы.  
Обмотки двигателей выполнены с применением изоляции нагревостойкости классов F (катушки главных и добавочных полюсов) и Н (якоря) по ГОСТ 8865-93.  
Двигатели имеют четыре главных и четыре добавочных полюса. На главных полюсах расположена обмотка возбуждения. Полюсы имеют моноблочное исполнение.  
Для якорной обмотки применены провода и пазовая изоляция на основе полиамидной пленки класса нагревостойкости. Якоря пропитывают вакуум-нагревательным способом. Крепление обмотки в пазовой части осуществляется клиньями из профильного стеклопластика, в лобовых частях - стеклобандажной лентой. Соединение обмотки якоря с коллектором производится электродуговой сваркой в среде инертных газов.  
В двигателях применены коллекторы арочного типа на стальном сборном основании. Коллекторные пластины выполнены из легированной меди.  
В двигателях установлены разрезные щетки марки ЭГ-841, имеющие повышенную износостойкость и пониженный коэффициент трения.  
В якорях двигателей применена холоднокатаная электротехническая сталь с термостойким изоляционным покрытием и пониженными удельными потерями.  
Смазка подшипников - "Литол-24".  Подшипниковые узлы имеют специальные устройства для пополнения смазки без разборки двигателей в период эксплуатации.  
Система вентиляции двигателей - аксиальная. Вход воздуха осуществляется со стороны коллектора. В двигателях установлены алюминиевые вентиляторы радиального типа с лопатками, имеющими переменный шаг для снижения уровня шума.