Э.С. Вохмянин, В.Ю.Чумаков. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Э.С. Вохмянин, В.Ю.Чумаков.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ11 И ВЛ11м.
г. Екатеринбург
2003.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ.
1.1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ.
Тяговые электродвигатели в режиме тяги служат для преобразования электрической энергии в
механическую энергию, то есть для образования силы тяги электровоза. В режиме электрического
торможения они служат для превращения кинетической энергии поезда в электрическую энергию.
Тяговые электродвигатели работают в более тяжелых условиях, чем стационарные
электродвигатели, так как подвержены воздействию внешней среды (пыли, влаги, снега, колебаниям
температуры внешней среды), вибрации от воздействия пути на электровоз, изменению нагрузки в широких
пределах
и колебаниям напряжения в контактной сети. Поэтому к тяговым электродвигателям
предъявляется ряд особых требований. Они должны иметь:
 иметь большую мощность при малых габаритах;
 обладать высокой перегрузочной способностью и выдерживать частые пуски;
 обеспечивать изменение скорости в широких пределах;
 иметь хорошую коммутацию при динамических воздействиях на него на него колесной пары, колебаний
напряжения в контактной сети и запыленности внешней среды остова;
 иметь высокую прочность;
 устойчиво работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора.
1.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.
Проводник с током в магнитном поле постоянного магнита. На проводник с током,
помещенный в магнитное поле постоянного магнита, действует электромагнитная сила. Эта сила стремится
вытолкнуть его за пределы поля, перемещая проводник перпендикулярно магнитным силовым линиям
поля. Направление этой силы определяется правилом Левой руки: ладонь левой руки расположить так,
чтобы магнитные силовые линии поля входили в нее, четыре вытянутых пальца расположить по
направлению тока, расположенный под прямым углом большой палец укажет направление
электромагнитной силы F (рис.1, а)
Рис. 1. Проводник с током в магнитном поле постоянного магнита (а),
виток с током в магнитном поле постоянного магнита (б),
образование электромагнитной силы (в).
Примечание: электромагнитные силы образуются в результате взаимодействия магнитного
поля проводника с внешним магнитным полем (рис.1,в) С правой стороны магнитные силовые линии
обеих полей направлены согласованно, а с левой стороны – направлены навстречу друг другу.
Магнитное поле с правой стороны внешнего магнитного поля усиленное, а с левой стороны – наоборот
ослабленное. Под действием усиленного магнитного поля проводник выталкивается в сторону
ослабленного магнитного поля с силой F. Эта сила пропорциональна силе тока, индукции магнитного
поля и длине проводника.
Виток с током в магнитном поле постоянного магнита. На каждую сторону проводника,
изогнутого в виде витка, помещённого в магнитное поле постоянного магнита вертикально, также действует
электромагнитные силы F. Их направление также определяется по правилу левой руки (рис.1,б). Эти две
силы образуют пару сил, под действием которой образуется электромагнитный момент М. Он вызывает
поворот витка, в данном примере, по часовой стрелке и выражается формулой М = F  Д, где Д –
расстояние между витками или плечо этих сил. Виток будет поворачиваться до тех пор, пока он пересекает
магнитные силовые линии поля, т.е. пока он не займет положение, перпендикулярное магнитным силовым
линиям поля. Дальнейший его поворот прекратится, так как вращающий момент М будет равен нулю.
1
Вывод: один виток с током помещенный в магнитное поле постоянного магнита, не будет
вращаться постоянно.
Электродвигатель. Для того чтобы вращающий момент был постоянным, необходимо между
постоянными магнитами расположить несколько таких витков. В то время, когда один виток расположен
перпендикулярно магнитным силовым линиям и его М = 0 , другой – в это же время пересекает магнитные
силовые линии поля и создает вращающий момент. Затем этот момент будет создавать следующий виток и
т.д. Такое конструктивное решение для создания постоянного вращающего момента и используется в
электродвигателе.
Основные элементы электродвигателя (рис.2).
Для крепления всех деталей применяют остов, который является одновременно и магнитопроводом.
Вместо постоянных магнитов применяют электромагниты, называемые главными полюсами. Они состоят из
сердечника, собранного из листов электротехнической стали, и катушки. Главные полюсы создают
основной магнитный поток двигателя. Катушки полюсов соединяются между собой последовательно и
образуют обмотку главных полюсов или обмотку возбуждения.
- витки (секции), образующие обмотку якоря, комплектуют в катушки и закрепляют в круглом сердечнике.
Он изготавливается из листов электротехнической стали. Этот сердечник напрессован на вал, который
вращается в подшипниках, закреплённых в подшипниковых щитах остова. Обмотка и сердечник вместе
составляют якорь и называются, соответственно, обмотка якоря и сердечник якоря;
- для подвода тока к обмотке якоря применяют щёточный аппарат и коллектор, в пластины которого
впаяны секции обмотки якоря.
Рис.2. Разрез электродвигателя постоянного тока.
В тяговом электродвигателе обмотка возбуждения и обмотка якоря соединяются между собой
последовательно и подключаются к контактной сети. Так как на каждую сторону секций обмотки якоря
действуют электромагнитные силы F, в результате взаимодействия этих сил, как рассматривалось выше, и
образуется непрерывный вращающий момент М. (рис. 3,а). Этот момент вращает якорь с некоторой
частотой n.
Поскольку электромагнитные силы образуются в результате взаимодействия магнитного поля с
внешним полем, то образование вращающего момента электродвигателя можно сформулировать так:
”Вращающий момент электродвигателя образуется в результате взаимодействия магнитного поля
якоря с магнитным полем главных полюсов “
При вращении секций обмотки якоря в магнитном поле главных полюсов в них индуцируется э.д.с.
(электродвижущая сила). Её направление определяется Правилом левой руки (Рис. 3, б): если ладонь
правой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии поля входили в ладонь, отогнутый большой
па-лец совместить с направлением движения проводника, то
вытянутые четыре пальца
укажут
направление индуцированной э.д.с. Из Рис.3,б видно,
направление её противоположно току,
протекающему по секции, а значит и приложенному к нему напряжению. Поэтому, чтобы якорь не прекратил
вращение, приложенное к нему напряжение, должно быть больше суммарной э.д.с. всех его секций. Так как
2
эта э.д.с. направлена против тока, протекающего по секциям обмотки якоря, её называют противо-э.д.с., а
поскольку она индуцируется при вращении якоря, её называют ещё и э.д.с. вращения.
а)
б)
Рис.3. Электрическая схема электродвигателя (а), образование э.д.с. (б).
Таким образом, при работе электромашины в режиме электродвигателя:
 электромагнитный момент М частота вращения n совпадают по направлению, что характеризует отдачу
машиной механической энергии;
 в проводниках обмотки якоря возникает э.д.с., направленная против тока и внешнего напряжения, что
вызывает необходимость потребления машиной электрической энергии.
1.3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.
Вращающий момент. Вращающий момент, образующийся на валу якоря, складывается из
вращающих моментов, действующих на каждый виток обмотки якоря. Его величина зависит от силы тока,
протекающего по обмотке якоря, и величины магнитного потока главных полюсов:
М=См  Ф
где См – постоянный коэффициент электрической машины, зависящий от её конструкции: число вит
ков обмотки якоря, длины якоря, диаметра коллектора, числа полюсов, размера их и т.д.;
 – сила тока в обмотке якоря;
Ф – величина магнитного потока.
Напряжение на зажимах. Напряжение на зажимах равно сумме противо-э.д.с и падению
напряжения на обмотках двигателя:
Uд = Е +  д Rд
где Uд – напряжение на зажимах;
 д – сила тока двигателя;
Rд – сопротивление обмоток.
Противоэлектродвижущая сила или противо-э.д.с. Противо-э.д.с., как указывалось выше,
наводится в проводниках обмотки якоря при пересечении ими магнитных силовых линий магнитного потока
главных полюсов при вращении якоря.
Называется она так, потому что направлена против напряжения приложенного к двигателю. Её
величина зависит от величины магнитного потока и частоты вращения якоря:
Е=Се Ф n
где Се – постоянный коэффциент противо-э.д.с.;
Ф – величина магнитного потока;
n- частота вращения якоря;
Закон Ома:
Uд
 д = ----------------- – при пуске, до начала вращения якоря;
Rд + Rп
3
Uд – E
 д = ---------------------- – при пуске, якорь начал вращаться;
R д + Rп
Uд - E
 д = ---------------------- – пуск закончен.
Rд
где Uд – напряжение на коллекторе;
Rд – сопротивление обмоток;
E – противо-э.д.с. ;
Rп – величина сопротивления пускового резистора.
Частота вращения якоря. Частота вращения якоря вытекает из закона Ома:
Uд - E
U д - Се Ф h
Rд
Rд
 д = --------------- = ---------------- отсюда:
.
Uд – (  д Rд )
n ----------------С Ф
Мощность, к.п.д. и нагревание. Мощность тяговых электродвигателей выражается формулой:
Р = д U кол.
Эта мощность расходуется на преобразование электроэнергии, потребляемой тяговыми
электродвигателями из контактной сети, в механическую энергию. Это преобразование сопровождается
рядом потерь:
Р эл.- электрические потери, возникающие из-за нагрева меди проводников обмоток двигателя;
Рмаг. –магнитные потери от перемагничивания магнитной системы сердечников полюсов и якоря, а также
от вихревый токов;
Рщ. – переходные потери в щёточном аппарате, т.е. падение напряжения на щётках (два вольта для
щёток с шунтами);
Рмех. – механические потери от трения в подшипниках, щёток о коллектор, якоря о воздух.
Р отд.
Размер потерь характеризуется отдачей или к.п.д.:  = --------------------
Р потр.
где Р отд. –отдаваемая мощность с учетом всех потерь;
Р пот. – потребляемая мощность.
Мощность подразделяется на максимальную, часовую, и длительную.
Максимальная мощность. Максимальная мощность это мощность которую может развивать
двигатель в течение короткого промежутка времени без появления кругового огня и механических
повреждений.
Часовая мощность. Часовая мощность это мощность при часовом токе и номинальном
напряжении на коллекторе (1500 В) и составляет для тягового электродвигателя ТЛ-2К1 670 кВт.
Длительная мощность. Длительная мощность это мощность при длительном токе и
номинальном напряжении на коллекторе и составляет для тягового электродвигателя ТЛ-2К1 575 кВт.
Увеличение часовой и длительной мощности тяговых электродвигателей достигается увеличением,
соответственно, часового и длительного тока, а для их увеличения снижают температуру нагрева обмоток
тягового электродвигателя принудительным их охлаждением от мотор-вентиляторов.
Часовой ток. Часовой ток это такой ток, который, протекая по обмоткам тягового
электродвигателя в течение одного часа, нагревает их от холодного состояния до предельно-допустимой
температуры для данного класса изоляции. Для тягового электродвигателя ТЛ-2К1 он равен 480 А.
Длительный ток. Длительный ток это такой ток, который, протекая по обмоткам тягового
электродвигателя длительно (не менее 8 часов) и нагревает их от холодного состояний до предельнодопустимой температуры для данного класса изоляции и не превысит её при любой продолжительности
прохождения этого тока. Для тягового электродвигателя он равен 410 А.
Реверсирование тяговых двигателей. Реверсирование тяговых двигателей применяется для
изменения направления движения электровоза. Оно выполняется изменением направления тока в
обмотках возбуждения или в обмотках якорей. На электровозах последних
серий – изменением
направления тока в обмотках якорей. Для изменения направления тока реверсивно-селективная рукоятка
контроллера машиниста переводится из положения Вперед в положение Назад. При этом получает питание
4
катушка соответствующего вентиля реверсора ПкР и его кулачковые элементы производят переключения в
цепи обмоток якорей (рис.4).
Рис.4. Схема реверсирования тяговых двигателей.
Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Ослабление возбуждения тяговых
электродвигателей выполняется путем перевода тормозной рукоятки контроллера машиниста на позиции
ОП1, ОП2, ОП3 или ОП4.
Рис.5. Схема ослабления возбуждения тяговых электродвигателей.
При этом параллельно двум обмоткам возбуждения тяговых двигателей подключается резистор
ослабления возбуждения Rов (рис.5), имеющий четыре секции: 1-2, 2-3, 3-4, 4-6. Ток, пройдя по обмоткам
якоря, протекает по обмоткам возбуждения и параллельно через соответствующую секцию резистора Rов,
подключенную контакторами К1 на ОП1, К1 и К2 на ОП2, К1 и К3 на ОП3 и К1 и К4 на ОП4. Степень
ослабления возбуждения на позиции ОП1 =75%, на ОП2 = 55%, на ОП3 = 43% и на ОП4 = 36%, т.е. на
каждой из позиций ОП по обмоткам возбуждения протекает ток, равный части тока якоря в процентном
отношении указанном выше. Остальная же часть тока якоря протекает по резистору ослабления
возбуждения.
Свойство обратимости. Свойство обратимости заключаются в том, что если якорь тягового
двигателя внешних механических сил привести во вращение и сохранить магнитное поле главных полюсов,
то в его проводниках, пересекающих магнитное поле главных полюсов, возникает э.д.с. При замыкании
якоря на внешнюю цепь, то ней потечёт ток. Это свойство двигателя называется обратимостью
электрической машины, то есть двигатель может работать как в режиме двигателя, так и в режиме
генератора, превращая механическую энергию в электрическую. Свойство обратимости двигателя
используется при электрическом торможении.
1.4. ПОНЯТИЕ О КОММУТАЦИИ.
Коммутацией называется процесс изменения направления тока в секциях обмотки якоря
при переходе их из одной параллельной ветви обмотки якоря в другую.
Она необходима для сохранения постоянным направления тока в секциях обмотки якоря при
прохождении ими под каждым из главных полюсов. Это, в свою очередь, сохраняет постоянным
направление электромагнитных сил, создающих вращающий момент.
Процесс коммутации разделяется на три стадии (рис. 6):
1 - со щёткой соприкасается первая коллекторная пластина коллектора. Часть тока 2я обмотки якоря
величиной я протекает по коммутируемой секции (проводники 1-4) и проводник 3 в правую параллельную
ветвь обмотки якоря, а вторая половина – по проводнику 2 в левую параллельную ветвь этой обмотки.
2 - со щёткой соприкасаются 1 и 2 коллекторные пластины коллектора. Половина тока обмотки якоря
величиной я протекает по проводникам обмотки якоря 2 и 3, соответственно, в левую и в правую ветвь
обмотки. По коммутированной секции, в идеальном случае, ток не проходит.
5
3 - со щёткой соприкасается только 2 коллекторная пластина коллектора. Теперь половина тока обмотки
якоря величиной я протекает по коммутируемой секции по проводнику 2 в левую параллельную ветвь
обмотки якоря, т.е. коммутируемая секция перешла из правой параллельной ветви обмотки якоря в левую и
в ней направление тока изменилось на противоположное.
Характерной является вторая стадия. Процесс коммутации начинается в момент соприкосновения со
щёткой первой коллекторной пластины и заканчивается в момент схода с неё второй коллекторной
пластины и происходит за время Тк = 0,001 – 0,0001 сек. За это время на этой стадии коммутации
происходит следующее:
 в коммутируемой секции ток спадает до нуля, а затем в момент схода щётки с первой пластины, в конце
этой стадии, изменяет свое направление, Поэтому в этой секции, из-за изменения направления тока,
индуцируется э.д.с. самоиндукции. Кроме того, щётка соединяет более двух пластин и в коммутации
участвует несколько секций. Изменение направления тока в них, а значит и магнитного потока, приводит к
появлению в этих секциях э.д.с. взаимоиндукции. Сумма этих двух э.д.с. и составляет реактивную э.д.с. е р,
которая наводит в коммутируемой секции добавочный ток коммутации к. Величина этого тока выражается
формулой:
ер
к = 
rк
где: ер – реактивная э.д.с.; rк – сопротивление коммутируемой секции.
 величина тока коммутации к большая по причине того, что незначительно сопротивление коммутируемой
секции, и большая величина реактивной э.д.с. Её составляющие э.д.с. самоиндукции и э.д.с.
взаимоиндукции большие по величине из-за большой скорости изменения направления тока, так как время
коммутации незначительно:
 направление тока коммутации к
такое же, как и начале коммутации так как реактивная э.д.с.
препятствует изменению направления тока;
Исходя из того, что между коллекторными пластинами и краями щётки проходят два различных тока
и, учитывая направление тока коммутации, можно сделать вывод:
- величина тока между щёткой (сбегающий её край) и 1- ой коллекторной пластиной будет равна: 1 = я+к
(плотность тока повышенная);
- величина тока между щёткой (набегающий её край) и 2-ой коллекторной пластиной будет равна: 2=я- к
( плотность тока пониженная).
При сходе со щётки первой коллекторной пластины между её сбегающим краем и пластиной, из-за
повышенной плотности тока, возникает искрение. При соответствующих условиях оно может
превратиться в дуговой разряд, а затем и в круговой огонь.
Рис. 6 .Три стадии процесса коммутации.
1.5 КЛАССЫ КОММУТАЦИИ.
1-искрение отсутствует. Тёмная коммутация.
1¼ -слабое точечное искрение под небольшим краем щётки.
½ - слабое точечное искрение под большим краем щётки.
2- искрение под всем краем щётки.
3- искрение под всем краем щётки и наличие крупных вылетающих искр.
Классы 3 и 3 не допустимы.
6
1.6. ПУТИ УЛУЧЩЕНИЯ КОММУТАЦИИ.
Существуют два пути улучшения коммутации. Первый путь это уменьшение величины тока коммутации,
а второй – компенсирование реактивной э.д.с. в коммутируемой секции.
Уменьшение тока коммутации выполняется следующим образом:
 увеличением сопротивления коммутируемой секции: применение графитированных щёток с повышенным
внутренним сопротивлением, применение разрезных щёток, наличие политуры на рабочей поверхности
коллектора;
 уменьшением реактивной э.д.с. путем уменьшения индуктивности обмотки якоря: неглубокие пазы в
сердечнике якоря для катушек его обмотки (4,5 – 5 см), применение одновитковых секций, уменьшение
длины секций, укорачивание шагов обмотки якоря, выравнивание индуктивности катушки обмотки якоря
путём укладки одной её стороны на дно одного паза сердечника, а другой стороны – сверху другого паза,
уменьшение толщины щетки (уменьшается э.д.с. взаимоиндукции).
Компенсирование реактивной э.д.с. в коммутируемой секции.
Для этой цели на геометрической нейтрали, устанавливают дополнительные полюсы, т.е. там, где
располагается коммутируемая секция. Их магнитный поток в этой зоне направлен против магнитного потока
якоря, что приводит к тому, что магнитный поток якоря в этой зоне полностью компенсируется и в
коммутируемой секции не индуцируется э.д.с. вращения. Кроме того, магнитный поток этих полюсов
индуцирует в коммутируемой секции компенсирующую э.д.с. ек, направленную против реактивной э.д.с. ер.
Поэтому ток коммутации практически становится равным нулю.
Для того, чтобы
магнитный поток дополнительных полюсов был направлен точно в зону
коммутации сердечники выполняются узкими. Для исключения рассеивания их магнитного потока на остов и
на соседние главные полюсы между остовом и сердечниками устанавливают диамагнитные прокладки и
катушки крепят к сердечникам при помощи диамагнитных угольников. Диамагнитные прокладки, кроме того,
исключают насыщение сердечников магнитным потоком главных полюсов.
Автоматическое действие обмотки данных полюсов достигнуто последовательным их соединением
с обмоткой якоря. При увеличении тока в обмотке якоря, увеличивается реактивная э.д.с в коммутируемой
секции на эту же величину увеличивается ток в обмотке дополнительных полюсов и э.д.с., индуцируемая
этими полюсами в этой секции.
1.7. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ.
Воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле главных полюсов называется
реакцией якоря.
Её происхождение объясняется следующим образом (рис.7):
 при протекании тока только по обмотке возбуждения создаётся магнитное поле главных полюсов. Оно
распределяется симметрично продольной оси машины, поэтому его называют продольным;
 при протекании тока только по обмотке якоря, создаётся магнитное поле якоря. Оно направлено поперёк
оси полюсов и его называют поперечным.
 на самом же деле при работе электрической машины ток протекает, как по обмотке возбуждения, так и по
обмотке якоря. Это приводит к тому, что магнитное поле якоря накладывается на магнитное поле главных
полюсов и результате образуется результирующее магнитное поле главных полюсов.
Оно распределяется в основном по краям полюсов. Например, по северному полюсу оно
распределяется следующим образом. Под его правым краем усиленное, так как магнитные силовые линии
поля возбуждения и поля якоря направлены согласованно. Под левым краем – магнитное поле
ослабленное, так как магнитные силовые линии поля якоря направлены встречно таким же линиям поля
главных полюсов. Магнитное поле по краям южного полюса распределяется наоборот.
7
Рис.7. Магнитное поле машины постоянного тока:
поле от обмотки возбуждения (а); поле от обмотки якоря (б); поле результирующее (в).
Таким образом, результирующее магнитное поле главных полюсов получилось искаженным и
несимметричным. Из-за этого, что физическая нейтраль сместилась относительно геометрической на
некоторый угол  (у двигателей против вращения).
Примечание: геометрическая нейтраль это условная линия, перпендикулярная оси главных
полюсов. Физическая нейтраль это условная линия, перпендикулярная оси магнитного поля
возбуждения, соединяющая точки окружности якоря с индукцией равной нулю.
1.8. ВРЕДНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ РЕАКЦИИ ЯКОРЯ.
Вредные последствия реакции якоря заключаются в следующем:
 из-за смещения физической нейтрали проводники коммутируемой секции, находящиеся на
геометрической нейтрали, оказались под воздействием искаженного магнитного поля главных полюсов. В
них, кроме реактивной э.д.с., индуцировалась э.д.с. вращения. Это привело к увеличению тока коммутации,
а значит и к ухудшению коммутации;
 результирующее магнитное поле полюсов, по сравнению с собственным полем, получилось несколько
ослабленным: уменьшение магнитного потока под одним краем полюса происходит в большей степени, чем
увеличение его под другим краем полюса;
 при вращении якоря напряжение между коллекторными пластинами секций, которые проходят под краем
полюсов с усиленным полем, увеличивается. Под крем с ослабленным полем – уменьшается. Поскольку
напряжение увеличивается в 2-2,5 раза против расчётного межламельного напряжения, коммутация резко
ухудшается и создаются условия для образования кругового огня.
1.9. МЕРЫ, УМЕНЬШАЮЩИЕ ВРЕДНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ РЕАКЦИИ ЯКОРЯ.
Меры, уменьшающие вредные последствия реакции якоря, заключаются в следующем:
 увеличение воздушного зазора между якорем и полюсами до оптимальной величины. Для электродвигателя типа ТЛ-2К1 расстояние межу якорем и главными полюсами равно 4,5 мм, а между якорем и
дополнительными полюсами 7 мм;
 применение специальной формы воздушного зазора или формы листов сердечников главных полюсов,
затрудняющих проникновение магнитного потока якоря в сердечники главных полюсов (рис.8);
Рис.8. Меры, уменьшающие реакцию якоря, у тяговых электродвигателей
8
без компенсационной обмотки:
увеличение воздушного зазора по краям сердечника главных полюсов (а); применение полюсных
наконечников сердечника в виде рога (б); применение гребенки: один полюсной наконечник сердечника
листа срезается в длину 100 мм и высоту 12 мм и сердечник набирается чередованием наконечников
специальной формы (тяговый электродвигатель типа ДПЭ-400 у электровоза ВЛ22) (в); применение
полюсных наконечников специальной формы (тяговый электродвигатель НБ- 412 у электровоза ВЛ22)
(г).
 наиболее эффективной мерой является применение компенсационной обмотки. Она укладывается в пазы
на полюсной дуге сердечников главных полюсов и создает магнитное поле, направленное против
магнитного поля якоря. Поэтому реакция якоря (искажение магнитного поля главных полюсов) под главным
полюсом полностью компенсируется. Для автоматического действия этой обмотки она соединяется
последовательно с обмоткой якоря. При увеличении тока в обмотке якоря, увеличивается его магнитный
поток и на эту же величину увеличивается ток и магнитный поток компенсационной обмотки.
1.9. 1.КРУГОВОЙ ОГОНЬ НА КОЛЛЕКТОРЕ.
Круговой огонь это мощная электрическая дуга возникающая на коллекторе при соответствующих
условиях механического и электрического характера. Эти причины вызывают искрение, преходящее в
дуговой разряд, а затем и в круговой огонь.
Причинами механического характера, вызывающими круговой огонь являются:
 неправильно настроенная коммутация на заводе-изготовителе или в депо после ТО или ТР неправильно
установлена траверса;
 заволакивание межламельного пространства медью коллекторных пластин или неправильно снятые
фаски с коллекторных пластин, что затрудняет выдувание щёточной пыли.
 грязный коллектор, миканитовый (изоляционный) конус, изоляторы кронштейнов, выступание
миканитовых пластин коллектора;
 неправильно установлены щёткодержатели относительно коллектора;
 перекос или тугое перемещение щёток в щёткодержателе из-за неправильно выполненных зазоров;
 неправильно отрегулировано давление на щётки, непросушенные щётки или не притёртые к коллектору;
 установка щёток различных марок;
 выработка коллектора или его биение выше нормы.
Причины электрического характера:
 увеличение межламельного напряжения на коллекторе, происходящее в двух случаях. Первый случай боксование в режиме тяги: увеличивается частота вращения якоря, противо-э.д.с., напряжение на всём
коллекторе, а значит и межламельное напряжение. Второй - рекуперативное торможение, когда
напряжение в контактной сети возрастает до величины 4000 В, особенно на П соединении тяговых
электродвигателей, или в обоих режимах броски напряжения в контактной сети;
 увеличение реакции якоря приводящее к неравномерному распределению межламельного напряжения по
окружности коллектора. Её увеличение может иметь место в режиме рекуперативного торможения из-за
неправильно установленного соотношении я / в (более 2,3 на П и более 4 на СП соединении тяговых
электродвигателей)
или же в режиме тяги при глубоком ослаблении возбуждения: параллельное
соединение тяговых двигателей с применением позиций ОП3 и ОП4 тормозной рукоятки контроллера
машиниста.
При увеличении межламельного напряжения
до 34-36 В, да ещё при наличии причин
механического характера, возникшее искрение переходит в дуговой разряд. Воздух вокруг дуги
ионизируются, то есть становится токопроводящим. В зависимости от состояния коллекторно-щёточного
узла, его чистоты и влажности воздуха дуга соединяет коллекторные пластины между плюсовыми и
минусовыми щёткодержателями (чистый коллектор, конус, сухой воздух) или коллекторные пластины всего
коллектора (круговой огонь) при грязном коллекторе, конусе и влажном воздухе. В этом случае воздух уже
ионизируется уже вокруг всего коллектора и дуга перебрасывается на остов или сердечники полюсов.
Последствия кругового огня: оплавление меди по петушкам, по концам ламелей, почернение
коллектор, обгар изоляционного (миканитового) конуса и повреждение глазури изоляторов кронштейнов
щёткодержателей.
Меры, исключающие образование кругового огня: правильно настроенная коммутация, правильное содержание коллекторно-щёточного узла и правильная эксплуатация.
Примечание: межламельное напряжение определяется по формуле:
2 P Uк
Uк = ----------------;
К
где
для тягового электродвигателя ТЛ-2К1 оно равно
2 3 1500
Uк ------------------- = 17,1 В
525
Uк - межламельное напряжение;
P – число пар полюсов;
Uк – напряжение на коллекторе;
9
K – число коллекторных пластин;
2. ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ11 И ВЛ11М ТИПА ТЛ-2К1.
Технические данные.
Часовой режим.
Длительный режим.
Ток, А…………………………………….480
Ток, А……………………………410
Мощность, кВт………………………….670
Мощность, кВт………………...575
Частота вращения,
Частота вращения,
об/мин………………………………….790
об/мин…………………………..830
К.п.д…………………………………….0,931
К.п.д…………………………….0,936
Напряжение на коллекторе, В…………………………………………….1500
Наибльшая частота вращения
при среднеизношеных бандажах, об/мин. …………………………… 1690
Класс изоляции по нагревостойкости:
обмотки якоря ………………………………………………………………. В
полюсной системы ………………………………………………………… F
Передаточное число …………………………………………………….. . 88/23
Сопротивление обмоток при температуре 200С, Ом:
главных полюсов ………………………………………………………… 0,025
дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и якоря …. 0,0356
Количество вентилирующего воздуха, м3 /мин.
не менее……………………………………………………………………..…95
Масса без шестерен, кг…...………………………………………………...5000
Максимальная частота вращения, об/мин……………………………… ..1690
Подвешивание тягового электродвигателя ТЛ-2К1 опорно-осевое. С одной стороны он через
моторно-осевые подшипники опирается на колёсную пару, а с другой – на раму тележки через маятниковую
подвеску.
Вращающий момент то вала якоря на колёсную пару передаётся через двухстороннюю косозубую
передачу.
Электродвигатель имеет высокий коэффициент использования мощности (0,74) при наибольшей
частоте вращения. Эксплутационные свойства двигателя отражены на его электромеханических
характеристиках (рис.9)
Система вентиляции независимая, аксиальная, с подачей воздуха сверху в коллекторную камеру и
выбросом вверх с противоположной стороны вдоль оси двигателя.
10
Рис. 9. Электромеханические характеристики
тягового электродвигателя ТЛ-2К1 при U=1500 В
Основные элементы: остов 3, два подшипниковых щита 1 и 4, шесть главных 13, шесть
дополнительных 10 полюсов, якорь 6 и щеточный узел 2 (рис.10).
11
Рис. 10
Остов. Остов служит для размещения основных элементов тягового электродвигателя и является
магнитопроводом. Он имеет две горловины 8 под подшипниковые щиты (рис.12), верхний 4 и нижних 9
коллекторных люка (рис.11), вентиляционный люк 12 для подвода охлаждающего воздуха, люк с кожухом 5
для его выброса, кожух 6 для ликвидации давления воздуха в остове. Два прилива 7 под буксы моторноосевых подшипников (рис.12), четыре прилива 10 для транспортировки и четыре кронштейна 11 для
крепления кожухов зубчатой передачи 9 (рис.11). Сзади - два предохранительных носика 4 (рис.12) на
случай обрыва маятниковой подвески электродвигателя и площадку 6 для крепления её кронштейна.
Рис. 11. Общий вид тягового электродвигателя ТЛ-2К1:
1- стопорная гайка малой шестерни; 2- вал якоря; 3- трубка; 4- крышка верхнего смотрового люка;
5, 6 – кожуха для выхода охлаждающего воздуха; 7 – буксы МОП; 8- вкладыши МОП; 9- нижние смотровые
люки; 10 – приливы для транспортировки; 11- приливы для крепления кожухов зубчатой передачи: 12 –
вентиляционный люк для подвода охлаждающего воздуха.
Рис.12. Остов тягового элекродвигателяТЛ-2К1:
1-дополнительный полюс; 2- главный полюс; 3- резьбовые отверстия; 4- предохранительные
носики; 5 – компенсационная обмотка; 6-площадка для крепления кронштейна маятниковой
подвески; 7 - прилив для крепления буксы МОП; 8 – горловина для крепления подшипниковых
щитов.
Подшипниковые щиты. Подшипниковые щиты (Рис.13) служат для размещения моторно-якорных
подшипников вала якоря, то есть для его центровки и сохранения запаса смазки. Они запрессовываются в
горловины остова нагретые индукционным нагревателем до температуры 100 – 150 градусов. Для
выпрессовки щиты имеют резьбовые отверстия 1. На концы вала якоря и в отверстия щитов
запрессовываются
детали подшипниковых узлов (рис.13).
На каждый конец вала якоря (рис.14) напрессовываются заднее упорное кольцо 8, внутреннее
кольцо 7 якорного подшипника переднее и переднее упорное кольцо 6. В центральное отверстие каждого
12
щита запрессовывается наружное кольцо 2 подшипника с роликами и сепаратором. Оно фиксируется
передней 5 и задней 3 крышками с лабиринтами, которые соединяются между собой и со щитом при
помощи гаек со шпильками. Подшипниковый щит с передней и задней крышками образует подшипниковую
камеру.
На переднее упорное кольцо напрессовывается лабиринтовое кольцо 4. Подшипники имеют на
внутренних кольцах один бурт и обеспечивают разбег якоря в остове в пределах 6.3-8 мм, который
обеспечивает выравнивание нагрузок между левой и правой зубчатыми передачами. При сборке
подшипников подшипниковые камеры заполняются смазкой ЖРО в количестве 1,5 кг. При необходимости
на ТР через трубку 3 в подшипниковом щите прослушивают работу моторно-якорных подшипников и
добавляют по 150-170 гр. смазки ЖРО.
Рис.13. Подшипниковый щит:
1-отверстие под подшипник;
2-резьбовые отверстия.
Рис.14. Подшипниковые узлы:
узел со стороны коллектора (а), узел со стороны противоположной коллектору: 1-подшипниковые щиты; 2-наружные кольца подшипников; 3задние крышки щитов; 4-лабиринтные кольца; 5передние крышки щитов; 6-передние упорные кольца; 7- внутренние кольца подшипников; 8-задние
упорные кльца.
Главные полюсы. Главные полюсы служат для создания основного магнитного потока тягового
электродвигателя. Главный полюс состоит из сердечника 4 и катушки 6 (рис.15). Сердечник шихтованный,
то есть набран из листов электротехнической стали толщиной 0, 5 мм покрытых лаком и склепанных
трубчатыми заклепками 10. Шихтованный сердечник уменьшает вихревые токи, что уменьшает нагрев
сердечников. В два прямоугольных отверстия сердечника 4 запрессовываются сплошные стальные
стержни 3 с резьбой под четыре полюсных болта 9. Головки болтов, крепящие верхние полюсы,
заливаются компаунд-
Рис. 15. Главный полюс: 1- остов; 2-стальной фланец; 3 – сплошной стальной стержень; 4 –
сердечник; 5- стальной фланец; 6- катушка; 7 – пазы под витки катушки компенсационной обмотки; 8виток катушки компенсационной обмотки.
13
ной массой. В полюсной дуге сердечника 4 проштамповывается 10 пазов 7 для укладки витков
компенсационной обмотки. Катушка 6 главного полюса намотана из шинной меди на широкое ребро и
имеет 19 витков. К началу и к концу катушки припаяны гибкие выводы из медного, многожильного и
изолированного провода сечением 95 мм 2 с наконечниками. Изоляция катушки межвитковая, корпусная и
покровная класса F. Для исключения повреждения изоляции катушки, во время сборки, между ней и
сердечником устанавливается металлический флянец 5. При монтаже полюса между его сердечником и
остовом 1 устанавливается стальная прокладка 2 толщиной 0, 5 мм.
Катушки шести полюсов соединяются между собой последовательно и образуют обмотку главных
полюсов ( обмотку возбуждения), которая имеет выводы из остова с маркировкой и К и КК. Выводы
выполняются из медного, многожильного и изолированного провода сечением 120 мм 2 и защищаются
брезентовыми чехлами.
Дополнительные плюсы (добавочные полюсы). Дополнительные полюсы служат для улучшения коммутации. Дополнительный полюс состоит из сплошного, стального сердечника 4 и катушки 5
(рис.16) . Сердечник сплошной, так как индукция под полюсом мала и вихревые токи незначительны,
Катушка дополнительного полюса намотана из шинной меди и имеет 10 витков. Межвитковая, корпусная и
покровная изоляции класса F. Выводы катушек этих полюсов изготавливаются в двух вариантах. При
первом варианте один вывод гибкий из изолированного провода сечением 95 мм 2, а второй – жесткий и
изготовлен из листовой меди сечением 6  20 мм (рис.17,а). При втором варианте (рис.17,б) оба вывода
гибкие, Один изготовлен из медного, многожильного и изолированного провода сечением 95мм 2 , а второй из медной плетенки ПШ. Эта конструкция выводов более надежна, поэтому в настоящее время только она и
применяется.
Рис.16. Дополнительный полюс: 1- остов; 2- болт; 3- диамагнитная прокладка; 4- сердечник;
5- катушка; стальной фланец; 7- бронзовые угольники.
Рис.17. Варианты изготовления выводов катушки дополнительного полюса: 1- гибкий вывод из провода;
2- катушка; 3- жесткий вывод из шинной меди; 4 – гибкий вывод из медной плетенки.
Катушка крепится на сердечнике при помощи бронзовых угольников, приклёпанных к седечнику, а
сердечник к остову – через латунную (диамагнитную) прокладку толщиной 8 мм. Так же, как и у главных
полюсов, между катушкой и сердечником устанавливается стальной флянец.
Катушки шести полюсов соединяются последовательно и образуют обмотку дополнительных полюсов, соединённую последовательно с обмоткой якоря.
Компенсационная обмотка. Компенсационная обмотка служит для полной компенсации реакции якоря под каждым из главных полюсов.
Катушка обмотки намотана из мягкой медной шинки. Она имеет 10 изолированных витков
(Рис.14.) Каждые два витка изолированы вместе,
поэтому готовая катушка имеет 5 двойных витков.
Затем эти витки покрываются корпусной и покровной
изляцией класса F. Одна сторона катушки укладывается в пазы полюсной дуги сердечника одного полюса, а другая – в пазы полюсной дуги сердечник сосед-
14
него полюса. (Рис.15.) и каждый её двойной виток крепится текстолитовыми клиньями.
Примечание: При укладке всей катушки в сердечник одного полюса, из-за различного направления
тока в каждой из пяти сторон катушки, она
Рис. 18. Катушка компенсационной обмотки:
не будет иметь магнитного потока.
1-боковой вывод; 2-центральный вывод;
Катушки шести полюсов обмотки соединяются
3-витки катушки.
последовательно и образуют компенсационную обмотку, соединённую последовательно с обмоткой якоря.
Рис.19. Упрощенная развернутая схема компенсационной обмотки
(вместо 5 витков в катушке на рисунке изображено 3 витка).
Якорь. Якорь (рис.20) служит для создания магнитного потока который, взаимодействуя с магнитным потоком главных полюсов создает вращающий момент тягового электродвигателя.
Основные элементы якоря: вал 8, втулка 4, сердечник 5, обмотка 6, коллектор (1,3) , и задняя нажимная шайба 7 (рис.20).
Рис.20. Якорь тягового электродвигателя ТЛ-2К1.
1,3- коллектор; 2- уравнительные соединения обмотки якоря; 4- втулка;
5- сердечник; 6- обмотка якоря; 7- задняя нажимная шайба; 8- вал; 9-маслоотбойное кольцо; 10гайка; 11,12- стеклобандажи лобовых частей обмотки якоря.
Вал изготавливается из осевой стали, Служит для напрессовки элементов якоря и шестерён
зубчатой передачи (рис.20,,21).
15
Рис.21. Вал и втулка якоря:
1-вал; 2- втулка барабанного типа.
Втулка барабанного типа (рис.21). Служит для напрессовки задней нажимной шайбы, сердечника
якоря, крепления обмотки якоря и напрессовки коллектора. Состоит из цилиндрической части и барабана.
Барабан втулки с торцов имеет круглые вентиляционные отверстия, а внутри – ребра жёсткости с
продолговатыми вентиляционными отверстиями.
Сердечник 5 набран из листов электротехнической стали толщиной 0,5мм (рис.20). Имеет по
окружности 75 пазов под катушки обмотки якоря. Один ряд вентиляционных отверстий и центральное
отверстие под барабан втулки. Сердечник напрессовывается на барабан втулки по шпонке и фиксируется
на нём задней нажимной шайбой 7 и корпусом 3 коллектора. Задняя нажимная шайба по шпонке
напрессовывается на барабан втулки, а коллектор – на цилиндрическую часть втулки также по шпонке.
Корпус 3 коллектора выполняет роль передней нажимной шайбы.
Обмотка якоря петлевая. Состоит из 75 катушек, в каждой из них 7 секций. В секции два,
вертикально расположенных, проводника. Обмотка имеет 25 уравнительных соединений по три проводника
в каждом, то есть всего 75 проводников Шаг секций по коллектору 1-2, шаг катушек по пазам 1-13, шаг
уравнительных проводников по коллектору 1-176. Форма катушки обмотки якоря изображена на рисунке
22,а. Катуша имеет пазовую часть и две лобовых части.
При сборке якоря пазовая часть катушки укладывается в пазы сердечника якоря, передняя лобовая
часть на корпус коллектора, а задняя – на заднюю нажимную шайбу. Межвитковая изоляция проводников и
секций, корпусная и покровная изоляция катушек класса В. Катушки обмотки якоря в пазовой части
закреплены текстолитовыми клиньями (рис.22,б), а в лобовых частях – с натягом обматываются
стеклобандажной лентой (рис.20).
а)
б)
Рис.22. Катушка обмотки якоря:
форма катушки якоря (а), крепление катушки обмотки якоря в пазовой части (б):
1- секция катушки обмотки якоря; 2- две стороны различных катушек, уложенных в один паз сердечника
якоря; 3- текстолитовый клин.
Коллектор. Коллектор осуществляет коммутацию, то есть сохраняет постоянным направление
тока в секциях обмотки якоря под каждым из главных полюсов.
Коллектор состоит из корпуса 4 и нажимного конуса 6, изготовленных отливкой из стали (рис.23).
Между ними располагаются 525, легированных серебром, медных коллекторных пластин 1 и между ними столько же миканитовых пластин. Пластины изолируются от корпуса и конуса с боков миканитовыми
манжетами (конусами) 7 и 3, а снизу - миканитовым цилиндром 2. Корпус и нажимной конус соединяются
между собой болтами 5. Выступающая часть миканитовой манжеты 7, расположенной на нажимном конусе,
с
16
Рис.23. Коллектор тягового электродвигателя ТЛ-2К1:
1- коллекторная пластина; 2- миканитовый цилиндр; 3, 7- миканитовые манжеты; 4- корпус коллектора;
5- болт; 6- нажимной конус; 8-балансировочный груз.
натягом
бандажируется стеклобандажной лентой. Последний слой этой ленты покрывается
электроизоляционной эмалью НЦ-929 или ГФ-92ХС до получения ровной, глянцевой поверхности. Эта
часть коллектора называется изоляционной или миканитовый конус. Собранный коллектор
напрессовывается по шпонке на цилиндрическую часть втулки якоря, устанавливается маслоотбойное
кольцо 9 и закручивается корончатая гайка 10 (рис.20).
Нижняя часть коллекторных пластины имеют форму ”ласточкина хвоста”, обеспечивающая их
надёжное крепление между корпусом коллектора и нажимным конусом (рис.24). В верхней части они имеют
выступы, называемые ”петушками”. В их прорези, при сборке якоря, впаиваются секции катушки обмотки
якоря и её уравнительные соединения. Для облегчения веса коллектора, что уменьшает центробежные
силы, и для снятия напряжений, возникающих при нагревании коллектора, в них просверливаются
отверстия. С обеих сторон коллекторной пластины снимаются фаски размером 0,2 мм  45о и на 1,5+/0,1мм углубляются (продораживаютя) миканитовые пластины.
Рис.24. Коллекторная пластина (ламель):
1-край коллекторной пластины (конец ламели); 2- ласточкин хвост; 3- петушок; 4-коллекторная
пластина; 5-миканитовая пластина.
Щёточный узел. Щёточный узел служит для подвода тока через коллектор к обмотке якоря.
Основные элементы щёточного узла: поворотная траверса 1, (рис.25) пальцы кронштейнов 2 с
изоляторами, щёткодержатели 4 и щётки.
Рис.25. Щёточный узел: основные элементы щёточного узла (а): 1-траверса; 2-палец кронштейна с
изоляторами; 3- кронштейн; 4-щёткодержатель; разжимное устройство траверсы (б): 1-траверса;
6-шарнирный (стяжной болт); 7-муфта.
Траверса служит для крепления щёточного аппарата и для настройки коммутации. Изготовлена в
17
Рис.26. Фиксация траверсы: 1- траверса; 2-регулирукмая прокладка; 3-болт; 4-стопорная планка;
5-фиксатор; 6-поворотная шестерня; 7- стопорные устройства.
виде стального разрезного кольца с зубьями по наружной окружности. В разрезе имеет разжимное
устройство, которое служит для сжатия траверсы перед её поворотом и разжатия её в подшипниковом
щите после его окончания. Зубья траверсы входят в зацепление с зубьями поворотной шестерни 6
(рис.26), которая закреплена при помощи валика около нижнего коллекторного люка. Его квадратный конец,
выполненный под ключ-трещётку, выходит наружу остова. В подшипниковом щите положение траверсы
зафиксировано фиксатором 5 (рис.26), расположенного около верхнего коллекторного люка, и двумя
стопорными устройствами 7. На заводе изготовителе, после настройки коммутации, положение траверсы
отмечается рисками на остове и на траверсе.
Пальцы кронштейна служат для крепления кронштейнов щеткодержателей. Палец состоит из
стальной шпильки 1 с резьбой, опрессованной сверху пресс-массой АГ-4В и фарфорового изолятора 3,
плотно насажанного на слой пресс-массы при помощи пасты АСТ-Т (рис. 24). Перед насадкой изолятора на
выступ шпильки под ключ одевается миканитовая шайба. Пальцы ввернуты в траверсу по два рядом для
крепления одного кронштейна.
Рис.27. Палец кронштейна: 1- стальная шпилька; 3- фарфоровый изолятор;
7- слой пасты АСТ-Т, 8- слой прессмассы АГ-4.
Кронштейны служат для крепления щёткодержателей. Кронштейн 3 (рис.28) стальной, разъёмный и
состоит из двух половин.
Рис.28. Узел кронштейн- щёткодержатель:1- пальцы кронштейнов; 2- изоляторы;43кронштейн; 4- шпилька; 5- щёткодержатель;6- щётка.
Кронштейн закрепляется на двух пальцах и обе его половины стягиваются одним болтом. На
торцевой поверхности верхней половины (на рис. 28 она изображена снизу) имеется шпилька 4 и
“гребёнка” для крепления щёткодержателя, а также резьбовые отверстия для крепления выводных
проводов и перемычек между щёткодержателями. Щёткодержатели 2 служат для установки щёток (рис.29).
Щёткодержатель изго-
18
Рис.29. Щёткодержатель: 1-пружина; 2-корпус;
щётки; 3-щетка; 4- нажимной палец; 5-регулировочные винты.
Рис. 30. Электрощётка: 1-половинка
2-резиновые амортизаторы; 3-медный
4-наконечник; 5-медный конопаточный
порошок.
товлен из кремнистой латуни. Имеет привалочную поверхность с овальным отверстием и “гребёнкой” для
крепления его на шпильке кронштейна при помощи гайки с пружинящей шайбой, окно для установки двух
щёток 3 и нажимной механизм. Он включает в себя две пружины 1 , работающие на растяжение и
нажимные пальцы 4. Механизм обеспечивает постоянное давление на щётку независимо от её высоты и
прекращает его при минимальной высоте. Натяжение пружин, которыми устанавливается давление на
щётки, производится винтами 5. Медные, плетёные шунты обеих щёток крепятся винтом к корпусу
щёткодержателя (на Рис.29 не изображены).
Щётки служат для создания скользящего контакта между коллектором и щёткодержателем (Рис. 30.).
Щётки электорографитированные, на сажевой основе, разрезные, с резиновыми амортизаторами, типа
ЭГ-61 размером 2 (8  50  60) мм. В каждый щёткодержатель устанавливаются две щётки.
Щётка состоит из двух половин 1, резиновых амортизаторов 2, медных плетёных шунтов 3 и
припаянных к ним медных лужённых наконечников 4. Крепление медных шунтов в отверстиях щеток
производится при помощи медного порошка методом конопатки. При этом переходное сопротивление
между шунтом щёткой не должно быть более 1,25 Мом. В противном случае произойдет выгорание
конопаточного порошка и перегорание медного шунта. Электрографитированные щётки, отличаются от
ранее выпускаемых щёток типа ЭГ-2А, отсутствием зольности, что способствует образованию устойчивой
политуры на рабочей поверхности коллектора и способствует повышению коммутационных свойств щёток.
Система вентиляции. Система вентиляции независимая. Охлаждающий воздух поступает через
люк с коллекторной стороны, охлаждает коллектор и через пространство между его ребрами жёсткости
проходит тремя путями (рис.12):
 в воздушном зазоре между якорем и полюсами;
 через отверстия в сердечнике;
 через отверстия во втулке и вокруг её внутреннего диаметра;
Схема соединения обмоток. Тяговый электродвигатель типа ТЛ-2К1 двигатель последовательного
возбуждения, поэтому его обмотки соединяются следующим образом:
 шесть катушек главных полюсов соединены последовательно и образуют обмотку главных полюсов
(обмотку возбуждения). Она имеет выводы из остова с маркировкой К и КК. (рис 32, б).
 шесть катушек обмотки дополнительных полюсов, шесть катушек компенсационной обмотки и обмотка
якоря соединены последовательно в следующей очерёдности: вывод Я, перемычка между плюсовыми
щёткодержателями, плюсовые щётки, коллектор, секции обмотки якоря, коллектор, минусовые щётки, их
щёткодержатели, перемычка между ними, катушки обмоток: ДП, КО, КО, ДП, КО, ДП, КО, КО, ДП, КО, КО,
ДП, выводЯЯ (рис 31,а).
Примечания:
 на схеме катушки дополнительных полюсов ДП обозначены нечётными номерами 1, 3, 5, 7, 9, 11, а
катушки компенсационной обмотки обозначены буквами H, S, H, S, H, S;
 между собой обмотки возбуждения двух спаренных тяговых электродвигателей соединяются
последовательно с обмотками якорей этих двигателей в силовой схеме электровоза при помощи
кулачковых элементов тормозных переключателей.
19
Рис.31. Схема соединения обмоток тягового электродвигателя ТЛ-2К1 со стороны коллектора:
Схема соединения обмотки якоря, катушек дополнительных полюсов и катушек компенсационной
обмотки (а); схема соединения катушек главных полюсов (обмотка возбуждения (б).
Примечания:
 катушка главного полюса намотана на ребро из мягкой ленточной меди ЛММ, размерами 1,95  65
мм, изогнутая по радиусу для обеспечения прилегания к внутренней поверхности остова. Межвитковая
изоляция выполнена из асбестовой бумаги в два слоя толщиной 0,2 мм и пропитана лаком КО-919 ГОСТ
16508-70. Корпусная изоляция выполнена из восьми слоев стеклослюдинитовой ленты ЛСЭП-934-ТП 0,
13  30 мм ГОСТ13184-78 с полиэтилентерефталантной пленкой на лаке марки ПЭ-934 и одного слоя
ленты технической лавсановой термоусаживающейся толщиной 0,22 мм ТУ-17 ГССР8-79, наложенных с
перекрытием в половину ширины ленты;
 катушка дополнительного полюса намотана из шинной меди размерами 6  20 мм. Межвитковая
изоляция выполнена из асбестовых прокладок толщиной 0,5 мм, пропитанных лаком КО-919. Корпусная
изоляция катушки такая же, как и катушки главного полюса;
 катушка компенсационной обмотки намотана из мягкой медной шинки ПММ размерами 3,28  22 мм.
Межвитковая изоляция состоит из одного слоя стеклослюдяной ленты, уложенной с перекрытием
половину ширины ленты. Корпусная изоляция выполнена из шести слоев стеклослюдинитовой ленты
ЛСЭК-5-СПЛ толщиной 0,11мм ГОСТ13184-78 и одного слоя ленты технической лавсановой
термоусаживающей толщиной 0,22мм ТУ-17 ГССР 8-78, уложенных с перекрытием в половину ширины
ленты;
 секция обмотки якоря состоит из двух проводников, выполненных из медной ленты размерами
0,9  8,0 мм марки ЛММ и
изолированных одним слоем с перекрытием в половину ширины
стеклослюдинитовой лентой ЛСЭК-5-СПл толщиной 0,09 мм. Точно также изолирован каждый пакет из
семи проводников. Корпусная изоляция пазовой части катушки состоит из
шести слоев
стоклослюдинитовой ленты ЛСЭК-5-СПл размерами 0,01 20 мм, одного слоя фторопластовой ленты
толщиной 0,03мм и одного слоя стеклоленты ЛЭС толщиной 0,1 мм, уложенных с перекрытием в
половину ширины ленты;
 уравнительные соединения изготавливают из трех проводников размерами 1 2,8 мм марки ПЭТВСД.
Изоляция каждого провода состоит из стеклослюдинитовой ленты ЛСНК-5-СПл размерами 0,1 20 мм,
одного слоя фторопластовой ленты толщиной 0,03мм. Вся изоляция уложена с перекрытием в
половину ширины ленты. Изолированные провода соединяются в секцию одним слоем стеклоленты,
уложенной с перекрытием в половину ширины ленты.
3. ВИДЫ РЕМОНТОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ИХ КРАТКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА.
Правилами ремонта для тяговых электродвигателей установлены три вида ремонта: деповский ТР3,
средний СР и капитальный КР. Пробег электровоза между каждым из них составляет 750 тыс. км.
Краткий перечень работ, выполняемый при деповском ремонте ТР-3:
 разборка электродвигателя без снятия полюсных катушек с сердечников, осмотр и ремонт остова,
подшипниковых щитов, шапок МОП, их вкладышей. Ремонт механической части якоря. Магнитная
дефектоскопия конусов вала и внутренних колец якорных подшипников;
 обточка, продорожка, снятие фасок и шлифовка коллектора. Ревизия щёточного узла.
 пропитка полюсных и якорных катушек, если
сопротивление изоляции менее 1 МОм. и не
восстанавливается после сушки, катушки были пропитаны при изготовлении или ремонте масленнобитумным лаком и
после смены ослабших бандажей якоря.
Пропитка полюсных катушек производится без снятия полюсов с остова, а якорных – без снятия клиньев в пропиточном лаке ФЛ-98.
После пропитки катушек и их сушки, покрытие их и остова изнутри электроизоляционной эмалью ЭП-91.
Сборка, покраска остова снаружи и испытание электродвигателя на испытательной станции.
Примечание: на ТР3 у тяговых двигателей электровозов ЧС производится магнитная
дефектоскопия карданного вала, его поводков, цапф, крестовин и корпусов игольчатых подшипников.
Краткий перечень работ, выполняемый при среднем ремонте СР: дополнительно к ТР3 производится:
 у полюсных катушек снятие корпусной изоляции. Осмотр межвитковой изоляции, замер омического
сопротивления катушек и проверка их на межвитковое замыкание. Замена жёстких выводов на гибкие.
Укладка новой корпусной изоляции, пропитка, сушка и покрытие электроизоляционной эмалью ЭП-91.
20
 у якоря снятие бандажа, если он ослаб, имеет ожоги дугой или расслоения. Осмотр видимых частей
обмотки якоря и пайки в петушках. Двойная пропитка обмотки, сушка и покрытие эмалью ЭП-91. Сборка,
покраска и испытание электродвигателя на испытательной станции.
Капитальный ремонт КР: ремонт всех узлов с полной разборкой и с доведением всех размеров
до чертежных. Замена изоляции коллектора и изоляции катушек всех обмоток. Сборка, покраска и
испытание электродвигателя на испытательной станции.
3.1. ПОНЯТИЕ ОБ ИСПЫТАНИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.
Перед испытанием тяговых электродвигателей убеждаются в правильности установки щёток на
нейтраль, проверяют свободность вращения якоря вручную. На холостом ходу проверяют работу
коллекторно-щёточного узла при вращении якоря в обе стороны.
 замеряет омическое сопротивление обмоток при температуре 20 градусов окружающего воздуха. Его
отклонение от номинального не должно быть более 10%;
 испытывают на нагревание обмотки при номинальном напряжении и часовом токе в течение 1 часа по
методу возвратной работы;
Предельно допустимые температуры в градусах для классов изоляции.
Обмотка якоря
Обмотка полюса
Коллектор
В
F
Н
120
130
95
140
155
95
160
180
105
Примечание: количество воздуха номинальное для тягового электродвигателя ТЛ-2К1 95 м 3/мин.
 проверяют частоту в обе стороны при часовом токе и номинальном напряжении. Отклонение частоты
вращения должно быть не более +/- 3%;
 проводят испытание на повышенную частоту вращения. Для тягового электродвигателя ТЛ-2К1
2260 об./мин;
 проверяют электрическую прочность витковой изоляции в течение 5 мин, напряжение на 50% сверх
номинального напряжения;
 проверяют биение коллектора. Оно допускается не более 0,08мм;
 проверяют коммутацию при вращении в обе стороны. Её проверяют в трех режимах:
- напряжение на коллекторе номинальное (1500 В), ток якоря двойной часовой 960 А, ток возбуждения
номинальный;
- напряжение на коллекторе наибольшее (2000 В), частота вращения наибольшая для испытаний 2260
об/мин. Ток возбуждения наименьший, соответствующий ОВ4, то есть 36% от тока якоря;
- напряжение на коллекторе наибольшее (2000 В), ток якоря наибольший пусковой, ток возбуждения
наименьший, соответствующий ОВ4 .
 проверяют сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса, которое должно быть не менее
3 МОм;.
 проверяют электрическую прочность изоляции переменным током в течение 1 мин напряжением: КР –
8800 В, СР-7000 В, ТР3 – 6000 В.
3.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ УКЛАДКИ И КРЕПЛЕНИЯ ОБМОТКИ ЯКОРЯ.
 на миканитовый манжет корпуса коллектора
укладывают и закрепляют заранее изолированные
уравнительные соединения. Их проводники с шагом по коллектору 1-176 заводят в прорези петушков
коллекторных пластин;
 в пазы сердечника укладывают прокладки из стеклослюдинита, а на нажимную шайбу и уложенные
уравнительные соединения – миканитовые прокладки.
 в пазы сердечника якоря с шагом 1-13 укладывают его катушки и их секции с шагом 1-2 заводят в прорези
петушков коллекторных пластин. Между двумя сторонами различных катушек в пазу предварительно
укладывают прокладки из слюдинита;
 в пазовой части катушки обмотки якоря закрепляют текстолитовыми клиньями;
 производят пайку секций обмотки якоря и уравнительных соединений;
 производят первичную пропитку обмотки якоря в пропиточном лаке ФЛ-98 и сушку ее в сушильных печах.
 на лобовые части катушек обмотки якоря с натягом укладывают стеклобандаж;
 производят вторичную пропитку обмотки якоря в этом же лаке, сушку, покрытие электроизоляционной
эмалью ЭП-9, механическую обработку коллектора и динамическую балансировку якоря с обеих сторон.
Примечания.
21
Краткие сведения об обмотках якорей.
Обмотки якорей электрических машин электровоза выполняются двух видов:
 волновая обмотка(рис.32,34). Форма волновой обмотки в развернутом виде напоминает волну. В
простой волновой обмотке секции, расположенные под различными полюсами соединены
последовательно. Поэтому эту обмотку называют ещё и последовательной;
 петлевая обмотка (рис.32,33). Форма катушка петлевой обмотки напоминает петлю. В простой
петлевой обмотке секции, расположенные под каждой парой полюсов, образуют параллельные ветви,
потому ее называют еще параллельной.
Любая из этих обмоток разделяется щётками на параллельные ветви. В волновой обмотке,
независимо от числа пар полюсов, их всегда две. В петлевой обмотке их число равно числу полюсов.
Число параллельных ветвей и определяет область применения обмотки.
Сравнение обмоток по току. Наибольшая величина тока, которую можно пропустить по
обмотке якоря, определяется его величиной в одной параллельной ветви. Чем больше параллельных
ветвей, тем меньший по величине ток протекает в каждой из них (ток обмотки делится на их число).
Поскольку число параллельных ветвей больше в петлевой обмотке, она способна пропустить больший
ток, чем волновая обмотка. Эта обмотка применяется в тяговых двигателях электровозов серии
ВЛ11, (ВЛ11 м), ЧС и в генераторе преобразователя, работающих при больших токах.
Рис.32. Форма якорных обмоток при волновой (а) и петлевой (б) обмотках.
Рис.33. Общий вид петлевой обмотки (а) и схема соединения её секций (б).
22
Рис. 34. Общий вид волновой обмотки (а) и схема соединения её секций (б).
Сравнение обмоток по напряжению. Величина напряжения, приложенная к обмотке,
определяется количеством секций обмотки якоря в одной параллельной ветви. При одинаковом
количестве секций в обмотках обоих типов, количество секций в одной параллельной ветви в волновой
обмотке больше (делится на два). Поэтому эта обмотка подключается под большее напряжение
(меньше падение напряжения на каждой секции), чем петлевая. Волновую обмотку применяют в
двигателях вспомогательных машин, работающих при напряжении на коллекторе 3000 В.
Особенность петлевой обмотки. Особенность петлевой обмотки заключается в том, что
каждая её параллельная ветвь расположена под определенной парой главных полюсов. Из-за того, что
технологически нельзя изготовить все главные полюсы с одинаковой намагниченной силой и идеально
выполнить воздушные зазоры между якорем и полюсами, в параллельных ветвях индуцируется
различные по величине э.д.с.. Разность этих э.д.с. вызывает появление в параллельных ветвях обмотки
якоря уравнительных токов. Эти токи, из-за малой величины сопротивлений параллельных ветвей,
имеют значительную величину. Уравнительные токи, проходя через щетки, перегружают одни щётки
и разгружают другие. Для отвода их от щёток применяют уравнительные соединения, которые
соединяют точки обмотки якоря с одинаковым потенциалом.
3.3. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПОВОРОТА ТРАВЕРСЫ.
 отсоединяют провода от кронштейнов двух верхних щёткодержателей и отводят их в сторону от траверсы;
 отворачивают болт фиксатора до выхода фиксатора из паза обоймы на остове;
 фиксатор разворачивают на 180 градусов и утопляют в паз обоймы во избежание зацепления за пальцы
кронштейнов щёткодержателей и накладку при повороте траверсы;
 отворачивают на 3-4 оборота болты стопорных устройств;
 через нижний коллекторный люк, вращая шпильку разжимного устройства на траверсе в направлении на
”себя”, устанавливают щель в месте разреза не более 2 мм;
 поворачивая плавно ключём-трещёткой поворотную траверсу подводят к верхнему коллекторному люку
два щёткодержателя со стороны вентиляционного люка, а затем остальные щёткодержатели, вращая
траверсу в обратном направлении;
 при повороте траверсы через нижний коллекторный люк щеткодержатели подводят к люку в обратной
последовательности;
Поворот траверсы в оба направления исключает попадание зуба поворотной шестерни в разрез траверсы.
После окончания осмотра или ремонта щёточного узла траверсу устанавливают по рискам. Закрепляют
провода, отнятые от верхних кронштейнов, разжимают траверсу, вращая шпильку разжимного устройства
“от себя”, наблюдая через верхний люк за совпадением фиксатора с пазом на траверсе и завертывают
болты стопорных устройств до отказа.
3.4. ТРЕБОВАНИЯ К КОЛЛЕКТОРНО-ЩЁТОЧНОМУ УЗЛУ В ЭКСПЛУАТАЦИИ.
 коллектор должен иметь сухую, гладкую поверхность, темно или светло-орехового цвета (наличие политуры), без следов кругового огня, задиров и царапин;
 глубина продорожки коллекторного миканита должна быть в норме и правильно должны быть фаски с
коллекторных пластин;
 миканитовый конус должен быть чистым, гладким, без трещин в электроизоляционной эмали НЦ-929. Не
иметь отслоенной этой эмали и следов ожога электрической дугой;
 траверса должна быть правильно установлена в подшипниковом щите и разжата;
 пальцы кронштейнов щёткодержателей должны быть прочно завернуты в траверсу. Их фарфоровые
изоляторы должны быть чистыми, не иметь трещин, отколов, следов ожога дугой и не должны
проворачиваться на пальцах;
23
 щёткодержатели должны быть правильно установлены относительно коллектора, обеспечивать
нормальную работу щёток и давление на них. Не должны иметь следов ожогов дугой;
 щётки перед постановкой в щёткодержатель должны быть просушены и притёрты к коллектору. Не
должны иметь трещин, отколов, обрывов медного шунта больше нормы. Щётки должны иметь нормальную
высоту и правильно установлены в окнах щёткодержателей без перекосов и заеданий.
3.5. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ИХ ХАРАКТЕРНЫЕ
ПРИЗНАКИ НА ЕГО КОЛЛЕКТОРЕ.
 оплавление меди коллектора по концам ламелей и петушкам, обгар миканитового конуса, обожжённая
дугой глазурь изоляторов кронштейнов: следствие кругового огня по различным причинам;
 местный нагрев коллектора (посинение коллекторных пластин), при этом возможно выгорание изоляции
катушки в пазу сердечника якоря: межвитковое замыкание в катушке обмотки якоря;
 подгорание двух смежных коллекторных пластин: обрыв секций обмотки якоря;
 задир коллектора: не закреплен медный шунт одной из щёток, падение щёткодержателя из-за
неправильной установки, куржак на коллекторе (образуется в зимний период, если электровоз после
поездки, оставлен с опущенными токоприёмниками);
 смазка на коллекторе: избыток смазки в моторно-якорном подшипнике или нарушен лабиринт задней
крышки подшипникового щита;
 влага на коллекторе: неплотное прилежание люков, выдача электровоза из теплого стойла без просушки
тяговых электродвигателей от калориферной установки.
3.6. БРАКОВОЧНЫЕ РАЗМЕРЫ КОЛЛЕКТОРНО-ЩЁТОЧНОГО УЗЛА В ЭКСПЛУАТАЦИИ.
 высота щётки мм……………………………………………… менее 25
откол щётки % от площади……………………………………более 10
 обрыв жил медных шунтов %……………………………… более 15
давление на щётку кг………………………………………… более 3,7
 разница этих давлений в
одном щёткодержателе или
щёткодержателях одной полярности % ………………… более 10
 зазор между щёткой и щёткодержателем
по толщине щётки м……………………………………………более 1
 расстояние между корпусом
щёткодержателя и рабочей
поверхностью коллектора мм……………………………… более 5
менее 2
тоже самое до петушков мм………………………………… менее 4
 глубина продоржки коллектора мм………………………….менее 0,5
 биение коллектора мм……………………………………… более 0,1
 выработка коллектора мм…………………………………… более 0, 2
( по разрешению начальника локомотивной службы до 0, 5 мм)
4. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ.
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ.
Вспомогательными машинами называют агрегаты, обеспечивающие собственные нужды электровоза.
К ним относятся:
 мотор-вентиляторы, охлаждающие обмотки тяговых электродвигателей, резисторы их силовой цепи,
индуктивные шунты, обмотки электродвигателя НБ-431П компрессора и создающие притиводавление в
кузове;
 мотор-компрессоры, питающие сжатым воздухом пневматическую схему электровоза и тормозные
устройства поезда;
 вспомогательные мотор-компрессоры, служащие для подъёма токоприёмников при отсутствии сжатого
воздуха на электровозе;
 генераторы управления, питающие цепи управления и заряжающие аккумуляторные батареи;
 преобразователи (мотор-генераторы), питающие обмотки возбуждения тяговых электродвигателей в
режиме рекуперативного торможения;
Электродвигатели всех вспомогательных машин – электромашины постоянного тока. Состоят из элементов, имеющих назначение аналогичное назначению элементов тяговых электродвигателей, и подобное
им конструктивное исполнение. Номинальное напряжение на коллекторах всех электродвигателей 3000 В,
поэтому расчётное межламельное напряжение почти в два раза выше, чем у тяговых электродвигателей.
24
Однако коммутация относительно устойчива, так как, во-первых, величина тока в обмотках якорей
небольшая, а, во-вторых отсутствует реверсирование. Кроме того, для ограничения величины пускового
тока и бросков тока при колебаниях
напряжения в контактной сети, в цепь электродвигателей
вспомогательных машин включаются пусковые и демпферные резисторы. Пусковые резисторы,
включаемые в цепь более мощных электродвигателей, автоматически выводятся из их цепи при
уменьшении пускового тока до величины, близкой к номинальной, а демпферные – остаются включенными
постоянно. Но, несмотря на применение этих резисторов, пусковой ток по величине кратковременно
превышает в 5-7 раз номинальное значение. Для сокращения времени действия таких больших пусковых
токов необходимо, чтобы при пуске электродвигатели развивали большой вращающий момент,
приводящий к быстрому увеличению частоты якоря, а, следовательно, противо-э.д.с. и к уменьшению
пускового тока электродвигателя.
Этому требованию соответствует электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, т.к. у них, со слабо насыщенной магнитной системой, увеличение тока сразу же сопровождается
увеличением магнитного потока и
вращающий момент возрастает более интенсивно, чем у
электродвигателей с другим системами возбуждения. Однако, при такой системе возбуждения, нельзя
включать электродвигатели без механической нагрузки, так как это приведёт к недопустимому увеличению
частоты вращения якоря.
Электродвигатели вентиляторов и компрессоров, имеющих на валу механическую нагрузку,
выполняют именно с такой системой возбуждения.
Электродвигатели преобразователей включается без нагрузки, т.к. приводимые ими во вращение
генераторы, начнут работать только после сбора схемы рекуперативного торможения. При этом ток
генераторов, а следовательно, и механическая нагрузка электродвигателей, изменяется в широких
пределах. Во избежание превышения наибольшей допустимой частоты вращения, при отсутствии или
минимальной нагрузке генераторов, их электродвигатели выполняют со смешанной системой возбуждения.
При такой системе возбуждения генератора преобразователя его обмотка возбуждения питается от
генератора управления и создает такой магнитный поток, который не позволяет электродвигателю
превысить допустимую частоту вращения якоря даже при минимальной нагрузке генератора.
Как указывалось выше, электродвигатели вспомогательных машин не реверсируются, что
позволяет все их обмотки соединить последовательно внутри машины и иметь только два выводных
провода с маркировкой Я и КК, за исключением электродвигателя ТЛ-110М вентилятора. Кроме того, в
отличие от тяговых электродвигателей, электродвигатели вспомогательных машин имеют самовентиляцию.
При такой системе вентиляции в двигателе устанавливается вентилятор с радиальными лопатками,
вращающийся вместе с якорем. Исключение составляет тихоходный электродвигатель НБ-431П
компрессора, обмотки которого охлаждаются от мотор-вентилятора. Как и у тяговых электродвигателей,
щёткодержатели устанавливаются на поворотной траверсе, позволяющей отрегулировать положение
щёток на нейтрали и добиться их безыскровой работы.
Все электродвигатели имеют четырех полюсную систему возбуждения, за
исключением
электродвигателя, П-11М вспомогательного компрессора, и волновую обмотку якоря, т.к. напряжение их на
коллекторах составляет 3000В. Исключение составляет генератор преобразователя, который имеет
петлевую обмотку, так как номинальный ток его обмотки якоря равен 800 А.
4.2. МОТОР-ВЕНТИЛЯТОР.
Мотор – вентилятор это агрегат, состоящий из электродвигателя, генератора управления и
центробежного вентилятора. Приводом этого агрегата является электродвигатель последовательного
возбуждения типа ТЛ – 110М. На его удлинённый вал якоря, с одной стороны напрессовано по шпонке
колесо центробежного вентилятора, а с другой стороны – якорь генератора управления типа
НБ-110.
4.2.1. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ТИПА ТЛ-110М МОТОР-ВЕНТИЛЯТОРА.
Технические данные.
Мощность, кВт………………………………………………53,1
Напряжение на коллекторе, В…………………………..3000
Ток якоря, А…………………………………………………20,6
Частота вращения, об/мин………………………………..990
Сопротивление обмоток при температуре 200 С, Ом:
якоря…………………………………………………………2,7
главных полюсов ………………………………………….2,9
дополнительных полюсов ……………………………… 0,97
Класс изоляции по нагревостойкости:
полюсной системы……………………………………….. F
обмотки якоря…………………………………………… В
К.п.д…………………………………………………………..0,873
25
Режим работы………………………………………………продолжительный.
Система вентиляции…………………………………… самовентиляция.
Возбуждение……………………………………………… последовательное.
Маса, кг……………………………………………………….1590
На электровозах ВЛ11м установлены электродвигатели типа ТЛ-110В, аналогичные по устройству
электродвигателю ТЛ-110М, но имеющие мощность 53, 9 квт.
Основные элементы (рис.35): остов 4, два подшипниковых щита 1 и 9, четыре главных (14,15) и четыре дополнительных (12,13) полюса, якорь (5, 6, 7, 8), вентилятор 10, щеточный узел (2, 3,1).
Остов. Остов 4 цилиндрической формы. (рис. 35). Служит для крепления основных элементов и является магнитопроводом. Имеет два отверстия под
подшипниковые щиты, приливы 28 для
транспортировки, лапы 27 для крепления к фундаменту, приливы 29 для крепления коробки 30 с выводами
и со стороны противоположной коллектору, окна 26 для выхода охлаждающего воздуха.
Подшипниковые щиты. Подшипниковые щиты служат для размещения моторно – якорных подшипников, то есть для центровки вала якоря, и создания запаса смазки. Оба щита крепятся к остову 4
болтами. Подшипниковый щит со стороны коллектора имеет смотровой люк, закрытый съемной крышкой
25 с отверстиями для засасывания охлаждающего воздуха. Кроме этого, он имеет приливы 31 для
крепления лап остова генератора управления и продолговатые отверстия для прохода охлаждающего
воздуха от генератора управления. Как и в тяговом электродвигателе, на валу якоря и в отверстиях щитов,
смонтированы детали подшипниковых узлов. На вал якоря с двух сторон напрессованы передние упорные
кольца 16, внутренние кольца 17 якорных подшипников 19 и задние упорные кольца 18. В отверстиях щитов
запрессованы наружные кольца подшипников 19 с роликами и сепараторами. Наружное кольцо подшипника
со сто-
26
Рис.35. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы электродвигателя ТЛ-110М.
1- подшипниковый щит; 2- траверса; 3-коллекторная пластина; 4-остов; 5- передняя нажимная
шайба; 6- сердечник якоря; 7- задняя нажимная шайба; 8- обмотка якоря; 9- подшипниковый щит;
10- вентилятор; 11- вал; 12- катушка дополнительного плюса; 13- сердечник дополнительного
полюса; 14 – катушка главного полюса; 15- сердечник главного полюса; 6- переднее упорное
кольцо;17- внутреннее кольцо подшипника; 18- заднее упорное кольцо; 19- наружное кольцо с
роликами и сепаратором; 20- наружная крышка подшипника; 21- задняя крышка подшипника; 22нажимной конус; 23- корпус коллектора; 24- маслобойное кольцо; 25- коллекторный люк; 26вентиляционное окно; 27- лапа; 28- кронштейны для транспортировки; 29- прилив; 30- коробка для
выводов; 31- приливы для крепления генератора управления; 32- щёткодержатель; 33- трубка.
роны коллектора зафиксировано в щите передней 20 и задней 21 крышками с вертикальными
лабиринтами, скрепленными между собой и со щитом болтами. Внутреннее пространство между крышками
образует подшипниковую камеру, заполненную при сборке на 2/3 объёма смазкой ЖРО в количестве 250300 грамм. Устройство подшипникового щита со стороны противоположной коллектору отличается тем, что
роль задней крышки выполняет сам подшипниковый щит. Добавление смазки производят через трубки 33.
Главные полюсы. Главные полюсы (рис.35,б) служат для создания основного магнитного потока
двигателя. Полюс состоит из шихтованного , клёпанного сердечника 15 и катушки 14. Катушка намотана из
изоляционного провода прямоугольного сечения и имеет 287 витков. Корпусная и покровная изоляции
класса F Монолит: катушка изолирована стеклослюдинитовой лентой и вместе с сердечником пропитана в
эпоксидном компаунде под давлением.
Дополнительные полюсы (добавочные). Дополнительные полюсы (рис.35,б) служат для
улучшения коммутации. Полюс состоит из сплошного, стального сердечника 13 и катушки 12. Она имеет
120 витков и намотана из изолированного провода прямоугольного сечения. Удерживается на сердечнике
при помощи латунных угольников. Сердечник крепится к остову через диамагнитную прокладку толщиной
3мм. Изоляция катушки аналогична изоляции катушки главных полюсов. Воздушный зазор между якорем и
главными полюсами составляет 4 мм, а между якорем и дополнительными полюсами 5,7мм
Якорь. Якорь служит для создания магнитного потока, который взаимодействует с магнитным потоком главных полюсов, создает вращающий момент двигателя. Якорь состоит из вала 11, коллектора (3, 22,
3), передней нажимной шайбы 5, сердечника 6, задней нажимной шайбы 7 и обмотки якоря 8.
Сердечник якоря набран из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеет 3 ряда аксиальных отверстий диаметром 22, 20 и 18 мм, центральное отверстие под вал якоря, по окружности 43 паза
под катушки обмотки якоря и углубления под стеклобандаж, крепящий эти катушки. Сердечник
напрессовывается на вал по шпонке.
Обмотка якоря волновая. Она имеет 43 катушки, в катушке 8 секций, в секции два витка из
изолированного провода
круглого сечения. Корпусная и покровная изоляции класса В (в
стеклослюдинитовая лента, фторопласт и стеклолента). Секции обмотки якоря впаиваются в прорези
петушков коллекторных пластин. Для полного заполнения прорези применяют медные клинья. После этого,
обмотка якоря, как в пазовый так и в лобовых частях крепиться бандажами из стеклобандажной ленты.
Коллектор. Коллектор обеспечивает коммутацию, то есть сохраняет постоянным направление тока
в секциях обмотки якоря под каждым из главных полюсов. Состоит из корпуса 23 и нажимного конуса 22.
Между ними располагаются 343 медных коллекторных пластин 3 и столько же миканитовых. Они
изолируются от корпуса и нажимного конуса с боков миканитовыми манжетами (конусами), а снизу –
миканитовым цилиндром. После изоляции пластин, корпус и нажимной конус стягиваются болтами. Как и у
тягового электродвигателя, выступающая часть миканитовой манжеты, расположенной на нажимном
конусе, с натягом бандажируется стеклобандажной лентой и последний её слой покрывается
электроизоляционной эмалью НЦ-929 до получения ровной и гладкой поверхности. Собранный коллектор
напрессовывается на вал якоря по шпонке. Эту часть коллектора называют изоляционным или
миканитовым конусом. Для исключения попадания смазки на коллектор из подшипниковой камеры
подшипникового щита, между корпусом коллектора и задней крышкой подшипникового щита,
устанавливается маслоотбойное кольцо 24.
Щёточный узел. Щёточный узел служит для подвода тока через коллектор к обмотке якоря. Состоит из поворотной траверсы 2, четырех изоляционных пальцев с закреплёнными на них щёткодержателями
32 со щётками.
Поворотная траверса 2 представляет из себя стальное кольцо с продолговатыми отверстиями для
её поворота и крепления к подшипниковому щиту. На ней закреплены четыре стальных пальца
опрессованных пресмассой АГ-4 с насажанными на них фарфоровыми изоляторами. На конце пальца
имеется плоская поверхность с гребёнкой и отверстие для крепления щёткодержателя. В каждом
щёткодержателе установлена щётка типа ЭГ-61 размером 10 25  50 мм.
Вентиляция электродвигателя независимая. Вентиляция осуществляется вентилятором 10 с
27
радиальными лопатками, напрессованным на вал якоря по шпонке. Охлаждающий воздух засасывается в
отверстия в крышке генератора управления с коллекторной стороны, проходит между его якорем и
полюсами и через продолговатые отверстия в подшипниковом щите электродвигателя вентилятора
поступает к коллектору. Одновременно воздух засасывается через отверстия в коллекторном люке
электродвигателя. Проходит в воздушном зазоре между якорем и полюсами, затем через три ряда
аксиальных
отверстий в сердечнике и выбрасывается наружу через отверстия в крышке 26 с
противоколлекторной стороны.
Схема соединения обмоток. Так как электродвигатель ТЛ-110м является двигателем с последовательным возбуждением, то все его обмотки соединяются последовательно по следующей схеме (рис.35,
36): вывод Я, перемычка между плюсовыми щеткодержателями, плюсовые щетки коллектор, секции обмотки якоря, коллектор, минусовые щётки и щёткодержатели, перемычка между минусовыми
щёткодержателями, катушки четырех дополнительных полюсов, соединённых последовательно, средний
вывод С1, четыре катушки главных полюсов, соединенных последовательно, вывод С2,
Рис.36. Схема соединения катушек обмоток
главных и дополнительных полюсов с обмоткой якоря двигателя ТЛ-110М.
Рис. 37. Схема соединения
обмотки якоря двигателя
ТЛ110М.
Примечания:
 средний вывод С1 используется при формировании электровоза в три секции для подключения
параллельно обмотке главных полюсов резистора ослабления возбуждения. Кроме этого, наличие
среднего вывода облегчает замер, как омического сопротивления обмоток, так и сопротивления
изоляции этих обмоток;
4.3.МОТОР-КОМПРЕССОР.
Мотор – компрессор агрегат, состоящий из электродвигателя и компрессора, смонтированных на
одном фундаменте.
На электровозах ВЛ11 и ВЛ11м приводом компрессора КТ-6эл служит электродвигатель типа НБ-431П
или типа ТЛ-122, соединенный упругой муфтой с коленчатым валом компрессора.
4.3.1. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ НБ-431П И ТЛ-122 МОТОР-КОМПРЕССОРА.
Технические данные.
НБ-431П
ТЛ-122
Мощность, Квт…………………………………………21…………………………………..25
Напряжение, В………………………………………...3000………………………………. 3000
Ток якоря, А……………………………………………9, 5………………………………… 12, 5
Сопротивление демпферного резистора Ом … 27…………………………………. 27
Сопротивление обмоток при температуре 200С, Ом:
обмотки якоря…………………………………………22 ………………………………… 19,7
обмотки главных полюсов ………………………… 12 …………………………………..8,7
обмотки дополнительных полюсов ………………..6 ………………………………… 5,75
Частота вращения, об/мин…………………………..440………………………………… 515
Класс по нагревостойкости …………………………А ……………………………………F
К.п.д. без демпферного резистора……………… .0,7866…………………………….. 0,748
Режим работы……………………………………… повторно-кратковременный, ПВ 50%
28
Возбуждение ………………………………………… последовательное
Масса, кг……………………………………………… 1085……………………………….1000
Основные элементы (рис.38): остов 3, два подшипниковых щита 17 и 12, четыре главных (4, 6) и
четыре дополнительных (14, 15) полюса, якорь с коллектором(19, 1 ,2, 7, 8, 10) и щёточный узел (18, 20) .
Назначение и устройство основных
элементов обоих электродвигателей, за небольшим
исключением, аналогично устройству и назначению основных элементов электродвигателя ТЛ-110М мотор
– вентилятора. Отличия в устройстве заключается в следующем.
Подшипниковые щиты. Подшипниковый щит 17 со стороны коллектора выполнен без отверстий и
имеет снизу окно
размером 120 120 мм, к которому подсоединяется брезентовый патрубок от
вентиляционного канала для подачи охлаждающего воздуха, поступающего от мотор-вентилятора.
Внутреннее кольцо якорного подшипника 21 фиксируется на валу якоря со стороны передней крышки не
упорным кольцом, а торцевой шайбой. Подшипниковый щит со стороны противоположной коллектору имеет
продолговатые отверстия, закрытые сеткой для выхода охлаждающего воздуха.
Главные и дополнительные полюсы. Катушки главных 16 и дополнительных 14 полюсов обоих
электродвигателей изготовлены их изолированного провода круглого сечения. Катушка главного полюса
Рис.38. Электродвигатель НБ-431П мотор – компрессора.
1-коллектор; 2- передняя нажимная шайба; 3- остов; 4- сердечник главного полюса; 5- болты; 6катушка главного полюса; 7- сердечник якоря; 8- задняя нажимная шайба; 9- окно с сеткой для
выхода охлаждающего воздуха; 10- якорный подшипник; 11- стеклобандажи; 12-подшипниковый
щит; 13- лапы; 14- катушка дополнительного полюса; 15- сердечник дополнительного полюса; 16болты; 17- подшипниковый щит; 18- стальной изолированный палец щёткодержателя; 19- шпонки;
20- траверса; 21- якорный подшипник; 22- упорная шайба.
электродвигателя ТЛ-122 имеет 460 витков, а дополнительного полюса – 393 витка. Вместо изоляции типа
Монолит катушки имеют съемную корпусную и покровную изоляцию катушек класса F (стеклолента,
лавсановая лента). Диамагнитные прокладки у дополнительных полюсов выполнены из дюралюминия
толщиной 1 мм у электродвигателя НБ-431П и 3 мм – у электродвигателя ТЛ-122. Воздушный зазор между
якорем и главными полюсами у электродвигателя НБ-431П составляет 3 мм, а между якорем и
дополнительными полюсами – 6 мм. У электродвигателя ТЛ-122 зазор между якорем и главными полюсами
составляет 4,0 мм, а между якорем и дополнительными полюсами – 6 мм.
Обмотка якоря. Обмотка якоря волновая, имеет 49 катушек, в катушке 7 секций, в секции два витка
изолированного провода круглого сечения. Корпусная и покровная изоляция катушек класса В
(стеклослюдинитовая лента, фторопласт, стеклолента).
29
Рис.39. Схема соединения катушек
обмоток главных и дополнительных
полюсов с обмоткой якоря двигателя НБ-431П.
Рис. 40. Схема соединения обмотки якоря двигателя НБ-431П.
4.4. ГЕНЕРАТОРЫ УПРАВЛЕНИЯ.
Генераторы управления служат для зарядки аккумуляторных батарей и питания цепей управления
при работающих мотор – вентиляторах. Приводятся в действие электродвигателями вентиляторов. На
электровозах ВЛ11 применяются генераторы управления типа НБ-110, а на электровозах ВЛ11м – НБ110В.
Я кори этих генераторов напрессованы, соответственно, на вал электродвигателей вентиляторов
ТЛ-110М и ТЛ-110В, а их остовы – закреплены к подшипниковым щитам этих электродвигателей.
4.4.1. ГЕНЕРАТОРЫ УПРАВЛЕНИЯ НБ-110 И НБ-110В.
Технические данные
Мощность, Квт……………………………… 8
Напряжение, В……………………………... 64
Ток якоря, А…………………….…………… 125
Ток возбуждения, А………………………... 3,9
Частота вращения, об/мин……………….. 990
Сопротивление обмоток при температуре 200 С,Ом:
обмотки якоря………………………………. 0,0222
обмотки главных полюсов ……………. 6,01
дополнительных полюсов………………….0,01316
Класс изоляции по нагревостойкости:
полюсной системы …………………….….. F
обмотки якоря…………………………… … В
Режим работы……………………………… продолжтельный
Возбуждение…………………………………независимое
К.п.д……………………………………………0,826
Масса, кг……………………………………….300
Основные элементы (рис.41): остов 10, четыре главных (7, 11), четыре дополнительных полюса
(на рис.37. не изображены), якорь с коллектором (2, 3, 4,6, 14, 17, 20) и щёточный узел 5.
Остов.
Остов 10 цилиндрической формы с лапами. Крепится при помощи болтов 9 к
подшипниковому щиту электродвигателя ТЛ-110М (В), подшипниковых щитов не имеет, со стороны
коллектора закрыт крышкой с вентиляционными отверстиями.
Главные полюсы. Главный полюс состоит из шихтованного, клёпанного сердечника 7 и катушки 1.
Катушка намотана из изолированного провода круглого сечения и имеет 510 витков. Корпусная и покровная
изоляция класса F Монолит.
Дополнительные полюсы. Дополнительный полюс состоит из сплошного сердечника с
диамагнитной прокладкой толщиной 1мм и катушки (на рис.41 не изображен). Катушка намотана из
изолированного провода прямоугольного сечения, имеет 18 витков. Корпусная и покровная изоляция
класса F Монолит.
Воздушный зазор между якорем и главными полюсами 2,2 мм, а между якорем и дополнительными
полюсами – 3 мм.
30
Рис.41. Генератор управления НБ-110 (НБ-110В).
1-коллекторный люк; 2- втулка; 3- втулка коллектора; 4- пластмассовый корпус коллектора; 5 –
изоляционный палец; 6 – передняя нажимная шайба; 7- сердечник главного полюса; 8,9-болты; 6, 10остов; 11- катушка главного полюса; 12- подшипниковый щит электродвигателя ТЛ-110; 13-сердечник
якоря; 14- вал электродвигателя ТЛ-110; 15- заклёпки; 16- крышка остова; 17- втулка якоря; 21коллекторная пластина; 18,19-гайка; 20- обмотка якоря; 22- траверса.
Якорь. Якорь состоит из втулки 17, выполненной вместе с задней нажимной шайбой, шихтованного
сердечника 13, передней нажимной шайбы 6, обмотки 20 и коллектора (4, 3, 21).
На втулку 17 напрессовывается сердечник вместе с передней нажимной шайбой по шпонке и фикфиксируется гайкой 18, навернутой на её резьбовую часть. Затем втулка 17 по шпонке напрессовывается
на вал якоря электродвигателя ТЛ-110М. Сердечник по наружной окружности имеет 27 пазов под катушки
обмотки якоря. Обмотка якоря волновая, имеет 27 катушек, в катушке 4 секции по два витка
изолированного провода прямоугольного сечения. Корпусная и покровная изоляция катушек класса В
(стеклослюдинитовая лента, фторопласт, стеклолента). Крепление катушек обмотки якоря по всей длине
стеклобандажами.
Коллектор. Коллектор представляет из себя стальную втулку 3,на которой пластмассой 4 залиты
107 медных и миканитовых пластин 21 (пластмассовый корпус). Коллектор напрессован на втулку 2. Эта
втулка напрессована на конец вала якоря двигателя ТЛ-110М и зафиксирована на нем корончатой гайкой
19.
Щеточный узел. Щёточный узел состоит из поворотной траверсы 22, на которой закреплены
четыре стальных пальца, опрессованных пресс-массой АГ-4. На каждом из них закреплен один
щёткодержатель с одной щёткой типа ЭГ-2А размером 163232 мм.
Вентиляция генератора. Вентиляция генератора независимая и осуществляется вентилятором
электродвигателя ТЛ110-М. Охлаждающий воздух засасывается через вентиляционные отверстия в
крышке остова со стороны коллектора, проходит через отверстия в коллекторном люке 1, в воздушном
зазоре между якорем и полюсами, по вентиляционным каналам электродвигателя ТЛ-110 и выходит через
вентиляционные отверстия в крышках 26 со стороны противоположной коллектору этого электродвигателя.
Схема соединения обмоток (рис.42). Генератор НБ-110 имеет независимое возбуждение, поэтому
катушки его обмоток соединяются в следующей последовательности: вывод Д2, четыре катушки
дополнительных полюсов, перемычка между минусовыми щёткодержателями, минусовые щётки, коллектор,
секции обмотки якоря, плюсовые щётки и щёткодержатели, перемычка, вывод Я1.Катушки четырёх главных
полюсов соединены последовательно и имеют выводы Ш1 и Ш2.
Рис.42. Схема соединения катушек полюсов и обмотки якоря генератора НБ-110.
4.5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НБ-436В.
31
Преобразователь НБ-436В
предназначен для питания обмоток возбуждения тяговых
электродвигателей по схеме независимого возбуждения в режиме рекуперативного торможения. Состоит
из генератора и двигателя, который является его приводом. Обе электрические машины смонтированы на
общем валу и в одном остове.
Технические данные.
Двигатель
Генератор
Напряжение на коллекторе, В……………………………….3000…………………………38
Ток якоря, А……………………………………………………..15……………………………800
Мощность, Квт………………………………………………….40,7………………………….30,4
Сопротивление обмоток при температуре 200 С,Ом:
обмотки якоря…………………………………………………..6,3…………………………..0,00331
обмотки последовательного возбуждения………………..9,07
обмотки протвовозбуждения………………………………………………………………….0,00493
обмотки независимого возбуждения ………………………1,06…………………………..0,62
обмотки дополнительных полюсов………………………….1,698……………………….0,62
Класс по нагревостойкости:
полюсной системы…………………………………………….F……………………………..F
обмотки якоря…………………………………………………...В…………………………….В
Частота вращения, об/мин…………………………………...1290……………………… 1290
Возбуждение……………………………………………………смешанное ………………. независимое
Вентиляция …………………………………………………… самовентиляция…………. самовентиляция
Масса, кг…………………………………………………………1900
К.п.д. без демпферного резистора…………………………..0,857………………………. 0,755
4.5.1. ДВИГАТЕЛЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НБ-436В.
Основные элементы (рис.44): общий с генератором остов 4, один подшипниковый щит 8, четыре
главных 39 и четыре дополнительных 8 полюса, якорь с коллектором (6, 9,10), щеточный узел (2, 3).
Назначение основных элементов двигателя и их устройство аналогично назначению и устройству
двигателей типа ТЛ-110М (В) и НБ-431П. Исключение составляет то, что имеется один подшипниковый щит
1 и волновая обмотка якоря состоит их 49 катушек, в катушке 7 секций, в секции по четыре витка
изоляционного провода круглого сечения. Корпусная и покровная изоляция класса В (стеклослюдинитовая
лента, фторопласт и стеклолента). Основное отличие заключается в устройстве полюсной системы и её
действии. Полюсная система четырех полюсная. Система возбуждения смешанная.
Главные полюсы. На сердечниках 39 главных полюсов расположены катушки двух обмоток.
Катушка 40, соприкасающаяся с остовом, катушка независимой обмотки возбуждения (в дальнейшем –
НОВ). Вторая катушка 41 – катушка обмотки последовательного возбуждения (в дальнейшем – ПОВ).
Катушка НОВ изготовлена из изолированного провода прямоугольного сечения и имеет 234 витка. Катушка
ПОВ также изготовлена из изолированного провода прямоугольного сечения и имеет 95 витков. Изоляция
катушек класса F Монолит.
НОВ служит для создания основного магнитного потока главных полюсов и получает питание от
цепей управления при включении кнопки Возбудитель. ПОВ выполняет роль защитной обмотки и включена
в силовую цепь электродвигателя последовательно с обмоткой якоря. Магнитные потоки обеих обмоток
имеют согласованное направление, поэтому магнитный поток каждого полюса равен Фгп=Фнов+Фпов.
Действие обмотки последовательного возбуждения. При возникновении короткого замыкания
в контактной сети или в крышевом оборудовании электровоза (до быстродействующего выключателя)
напряжение в контактной сети спадает до нуля. Прохождение тока по обмотке якоря и последовательной
обмотке возбуждения прекращается, но так как главные полюса сохранили свой магнитный поток,
созданный независимой обмоткой возбуждения, а якорь вращается по инерции, то двигатель переходит в
режим генератора. Этот режим является для него опасным, так как цепь его обмотки якоря и
последовательной обмотки возбуждения замыкается через место короткого замыкания (рис.43) и по ним
протекает ток короткого замыкания. Однако, наличие обмотки последовательного возбуждения приводит к
тому, что протекающий по ней ток короткого замыкания в направлении противоположном ранее
протекаемому по ней току, создает сильный магнитный поток, направленный против магнитного потока
независимой обмотки возбуждения. Происходит интенсивное размагничивание главных полюсов
магнитным потоком, созданным током короткого замыкания и опасный режим прекращается.
Примечания:
 причиной разносного вращения является обрыв независимой
обмотки возбуждения. В этом случае магнитный поток главных полюсов создается одной обмоткой последовательного
возбуждения, имеющей в своих четырёх катушках по 95 витков.
Магнитный поток главных полюсов, из-за отсутствия маг-
32
нитного потока независимой обмотки, резко уменьшается.
Двигатель начинает работать в режиме глубокого ослабления
возбуждения, что приводит к повышенной частоте вращения
якоря и к разрушению обоих электромашин.
Повышенная частота вращения прекращается при помощи
реле оборотов 28 (Рис.44), установленного на подшипниковом
щите 26 генератора преобразователя (схемное обозначение
РО12). Реле срабатывает при частоте вращения 1950 об/мин и
выключает контактор, подключающий электродвигатель преобразователя к контактной сети;
Рис.43. Схема размагничивания главных полюсов двигателя преобразователя Нб-436В.
 в подобном случае при переходе в режим генератора двигателя с последовательным возбуждением,
процесс размагничивания главных полюсов происходит автоматически из-за изменения направления
тока в его обмотке возбуждения;
33
Рис.44. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы двигателя
и генератора преобразователя НБ-436В.
1-подшипниковый щит; 2- траверса; 3- щёткодержатель; 4- остов; 5- корпус; 7,15,32,35- болты,
шпильки; 8- сердечник дополнительного полюса; 9- сердечник якоря; 10- катушка дополнительного
полюса; 11, 12- задняя нажимная шайба; 13- обмотка якоря; 14- сердечник главного полюса; 16- сердечник
якоря; 17- катушка НОВ; 18- катушка ОПВ; 19- передняя нажимная шайба; 20- корпус коллектора; 21щётки; 22- траверса; 23- уравнительные соединения; 25- вентилятор; 26- подшипниковый щит; 27- вал
якоря;28- реле оборотов; 29- якорный подшипник; 30- вентиляционные окна; 31- коллекторный люк; 33люк, 34- шпонка; 36- коллекторный люк; 37- якорный подшипник; 38-подшипниковый щит; 39- сердечник
главного полюса; 40- катушка НОВ;41- катушка ПОВ; 42,43- лист сердечника якоря; 44- сердечник
дополнительного полюса; 46,47- пальцы кронштейнов щёткодержателей.
Схема соединения обмоток (рис.45, 46). Четыре катушки независимой обмотки соединены
последовательно и имеют выводы Н1-НН1. Обмотка якоря соединяется с катушками дополнительных
полюсов и с катушками обмотки последовательного возбуждения в следующей последовательности: вывод
Я1, плюсовые щёткодержатели и щётки, коллектор, секции обмотки якоря, коллектор, минусовые щётки и
щёткодержатели, перемычка, катушки ДП, ПОВ, ДП, ПОВ, ДП, ПОВ, ДП и вывод КК1.
Рис.45. Схема соединения катушек главных
и дополнительных полюсов с обмоткой
якоря двигателя преобразователя НБ-436В.
Рис.46. Схема соединения обмотки
якоря двигателя преобразователя
НБ-436В.
4.5.2. ГЕНЕРАТОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НБ-436В.
Основные элементы (Рис 44): общий остов 4, один подшипниковый щит 26, шесть главных (14,
17, 18) и шесть дополнительных полюсов (44, 45), якорь с коллектором (12, 13,16, 19, 20,), вентилятор 25 ,
щёточный узел (21, 22), реле оборотов 28.
Генератор преобразователя по устройству аналогичен устройству двигателей вспомогательных
машин (Рис. 44). Конструктивные отличия имеет обмотка якоря, коллектор, щёточный узел и полюсная
система.
Обмотка якоря. Обмотка якоря 13 петлевая, имеет 57 катушек и 57 уравнительных соединений 23.
Катушка изготовлена из изолированного провода прямоугольного сечения, в катушке 8 секций, в секции два
проводника. Корпусная и покровная изоляция катушки класса В (стеклослюдинитовая лента, фторопласт,
стеклолента). В отличие от тягового электродвигателя уравнительные соединения 23 укладываются на
изоляционный конус коллектора и впаиваются не в прорези петушков, а в прорези концов коллекторных
пластин. Бандажировка изоляционного производится после пайки уравнительных соединений.
Коллектор. Коллектор в отличие от коллекторов электродвигателей вспомогательных машин,
имеет 288 коллекторных и столько же миканитовых пластин увеличенной длины.
Щёточный узел. Щёточный узел смонтирован на поворотной траверсе 22. На ней закреплены
шесть стальных пальцев, опрессованых пресс-массой АГ-4, с пятью щёткодержателями. В каждом из них
установлена одна щётка 21 типа ЭГ-2А размером 163232 мм.
Полюсная система. Полюсная система состоит из шести главных и шести дополнительных
полюсов. На сердечниках 44 дополнительных полюсов расположены катушки 45, намотанные из
34
изолированного провода прямоугольного сечения. Каждая из них имеет 8 витков из трёх, параллельно
соединённых проводников. На сердечниках 14 главных полюсов расположены катушки двух обмоток.
Первая катушка 17, соприкасающаяся с остовом – катушка обмотки независимого возбуждения, вторая
катушка 18 – катушка обмотки противовозбуждения. Катушка обмотки независимого возбуждения
изготовлена из изолированного провода прямоугольного сечения и имеет 230 витков. У генератора
преобразователя на электровозах ВЛ11м эта катушка имеет 280 витков. Катушка обмотки
противовозбуждения изготовлена из изолированной медной шины и имеет один виток из двух проводников.
Изоляция катушек обоих полюсов класса F Монолит.
Обмотка независимого возбуждения служит для создания магнитного потока главных полюсов.
Подключается к цепям управления при сборе схемы рекуперативного торможения. Величина тока в ней
регулируется изменением величины сопротивления резистора в ее цепи (схемное обозначение R31) при
перемещении тормозной рукоятки контроллера машиниста.
Обмотка противовозбуждения служит для стабилизации тока рекуперации при колебаниях
напряжения в контактной сети, поэтому каждая из двух параллельных ветвей этой обмотки включена в
одну их параллельных ветвей тяговых электродвигателей и по ней протекает ток рекуперации.
Вентиляция. Вентиляция генератора и электродвигателя производится вентилятором с
радиальными лопатками 25, который напрессован на вал якоря со стороны генератора. Охлаждающий
воздух засасывается через продолговатые отверстия в подшипниковом щите 1 двигателя, через щели в его
коллекторном люке 36 и проходит двумя потоками. Первый – в зазоре между якорем и полюсами двигателя
и генератора. Второй – через аксиальные отверстия в сердечнике их якорей. Выходит через окна 30 в
остове со стороны генератора.
Схема соединения обмоток (рис.47). Независимая обмотка имеет две параллельные ветви по
три катушки в каждой, соединенные внутри генератора, и имеет выводы Н4 и НН4. Обмотка
противовозбуждения имеет также две ветви по три катушки в каждой с выводами Н2 и НН2, и Н3 и НН3.
Обмотка якоря
соединяется с катушками обмотки дополнительных полюсов в следующей последовательности: вывод Я1.
а)
б)
Рис.47. Схема соединения катушек обмоток генератора преобразователя НБ-436В;
Схема соединения полюсных катушек (а) и схема соединения обмотки якоря (б).
перемычка между минусовыми щёткодержателями, минусовые щётки, коллектор, секции обмотки якоря,
коллектор, плюсовые щётки и щёткодержатели, перемычка между ними, шесть дополнительных полюсов,
вывод ЯЯ2.
Примечание: на электровозах ВЛ11 и ВЛ11м с системой САУРТ у генератора преобразователя
обмотка независимого возбуждения имеет также две параллельных ветви по три катушки в каждой, но
каждая из них имеет свои выводы из остова с маркировкой Н5-НН5 и Н4 и НН4.
4.6.ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ТИПА П-11М.
Электродвигатель постоянного тока П-11М служит приводом вспомогательного компрессора.
Технические данные.
Мощность, кВт…………………………………. 0,5
Напряжение, В………………………………… 50
Ток, А…………………………………………… 14,8
Режим работы ………………… кратковременный
35
Частота вращения, об/мин…………………. 2800
Класс изоляции по нагревостойкости ……. В
Масса, кг………………………………………. 18
Основные элементы (рис.48): остов15, два подшипниковых щита 6 и16, два главных полюса (12 и
14) и один дополнительный полюс, якорь(13, 22,24) с коллектором и щёточный узел (5, 8, 9, 10).
Остов. Остов 15 имеет лапы при помощи которых остов закрепляется на сварной станине. Имет
съёмную крышку 17 и два отверстия под подшипниковые щиты.
Подшипниковые щиты. Подшипниковые щиты 6 и 16 выполнены из силуминаи армированы
стальными кольцами для установки роликовых подшипников. Подшипники напрессованы на вал якоря и
зафиксированы в подшипниковых щитах передними крышками 2 и 20 и задними крышками 7 и 18. Щит со
стороны коллектора имеет смотровой люк 11.
Главные полюсы. Главные полюсы состоит из сердечника 14 и катушки 12. Сердечник полюса
шихтованный, клёпанный. Он набран из листов электротехнической стали толщиной 2 мм. Катушка
намотана из изолированного провода ПЭТВ диаметром 0,55 мм и имеет 850 витков.
Дополнительный полюс. Дополнительный полюс (на рис.48 не изображён) состоит из сплошного
сердечника и катушки. Катушка намотана из изолированного провода ПСД диаметром 1,68 мм и имеет 70
витков.
Рис.48. Продольный разрез электродвигателя П-11М:
1-винт; 2, 7, 11 ,17, 18, 20-крышки; 3,19-подшипники; 4-болт; 5-траверса;
6,16 подшипниковые щиты; 8-щёточный палец; 9-щёткодержатель;
10-щётка; 12,14- катушка и сердечник главного полюса; 13-сердечник
якоря; 15-остов; 21,23-нажимные шайбы; 22-коллектор; 24-обмотка якоря.
Якорь. Якорь состоит из вала, сердечника 13, нажимных шайб 21, 23 и обмотки 24. Сердечник
набран из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, напрессован на вал и сжат нажимными
шайбами 21 и 23. 14 катушек обмотки якоря, намотаны из изолированного провода ПЭТВ диаметром 1,8 мм
и закреплены в пазах сердечника текстолитовыми клиньями.
Коллектор. Коллектор представляет из себя корпус из пресс-массы АГ-4В, в котором закреплены
коллекторные пластины.
Щёточный узел. Щёточный узел состоит из поворотной траверсы 5, на которой с помощью
изолированных пальцев 8 закреплены две пары щеткодержателей 9. В окна щёткодержателей вставлены
четыре щётки марки ЭГ-4 размерами 8  10  25 мм.
Выводная панель (рис. 49), закрытая крышкой 17, изготовлена из пресс-материала марки К-21-22.
На ней закреплены шесть болтов и медные, лужёные перемычки перемычки. Переставляя перемычки на
соответствующие болты, получают необходимое направление вращения.
36
Рис. 49. Схемы соединения обмоток (а), схемы соединения выводов правого (б)
и левого (в) вращения электродвигателя П-11М.
5. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ.
Принцип действия электрического торможения основан на принципе обратимости электрических
машин, согласно ему каждая машина может работать как электродвигателем, так и генератором, то есть
переходить из двигательного режима в генераторный режим и обратно. Электрическое торможение
подразделяется на рекуперативное и реостатное. Рассмотрим принцип действия электрического
торможения на примере рекуперативного торможения.
5.1. РЕКУПЕРАТИВНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ.
В тяговом режиме тяговый электродвигатель подключен к контактной сети. Он потребляет из нее
электроэнергию и преобразовывает ее в механическую энергию. По его обмоткам протекает ток в
направлении, указанном на рисунке 50. Ток, протекающий по обмотке якоря, создает магнитный поток. Он
взаимодействуя с магнитным потоком главных полюсов, создает электромагнитные силы F , направление
которых определяется Правилом левой руки. На проводник обмотки якоря, расположенный под северным
полюсом действует сила F1, а под южным полюсом - F2. Эта пара сил создает электромагнитный
вращающий момент Мвр, вращающий якорь по часовой стрелке с частотой n.
При переходе из тягового режима в режим “выбега” линейными контакторами тяговый электродвигатель
отключается от контактной сети. Прохождение тока по его обмоткам прекращается и электромагнитные
силы исчезают. Однако якорь, под действием накопленной кинетической энергии поезда, которая
придвижении по спуску еще возрастает, вращается в прежнем направлении с частотой n (рис. 50, б).
Для перевода тягового электродвигателя в генераторный режим собирается схема рекуперативного
торможения. Обмотка его главных полюсов отключается от обмотки якоря и подключаются к независимому
источнику питания, которым является генератор АМ-Г преобразователя, а обмотка якоря подключается к
контактной сети (рис. 50, в). Проводники обмотки якоря вращаются в магнитном поле главных полюсов и в
них индуцируется э.д.с.
37
Рис.50. Переход тягового электродвигателя из режима двигателя в режим
генератора.
При уменьшении сопротивления резистора rр в цепи генератора АМ-Г, (точнее в цепи его обмотки
главных полюсов) увеличивается его э.д.с., величина тока, протекающего по обмоткам главных полюсов
тягового электродвигателя, и его э.д.с. .
При величине э.д.с. электродвигателя большей, чем величина напряжения контактной сети, от
плюсового якорного зажима электродвигателя в контактную сеть начинает протекать ток, совпадающий по
направлению с э.д.с.. Это свидетельствует о том, что тяговый электродвигатель перешел в режим
генератора и этот ток является генераторным током или током рекуперации р. Направление тока в
обмотке якоря, по сравнению с тяговым режимом, изменилось на противоположное, что привело к
изменению направления электромагнитных сил F1 и F2, действующих на проводники обмотки якоря, и
электромагнитного момента, созданного этими силами. Он направлен против часовой стрелки, т.е. против
частоты вращения якоря и поэтому является тормозным моментом Мт. Чем больше величина тока
рекуперации, тем больше этот момент (Мт = См р Ф), тем меньше частота вращения якоря и колесной
пары.
Для обеспечения рекуперативного торможения должны быть выполнены следующие условия:
 тяговый электродвигатель последовательного возбуждения невозможно перевести в режим генератора.
Для работы таких электродвигателей в генераторном режиме их необходимо перевести на независимое
возбуждение. Для этого обмотки возбуждения всех тяговых электродвигателей отключаются от обмоток
якорей и подключаются к зажимам якоря генератора преобразователя;
 направление тока возбуждения в обмотках возбуждения должно соответствовать направлению тока в
режиме работы двигателем;
 суммарная э.д.с. всех тяговых двигателей работающих в режиме генератора должна быть больше
напряжения контактной сети на 80-100 вольт;
 электровоз должен работать в замкнутом контуре, т.е. между контактной сетью и рельсовой цепью должен
быть включен потребитель: тяговая подстанция, принимающая электроэнергию, или электровоз,
работающий в режиме тяги.
 схема рекуперативного торможения должна обеспечивать стабилизацию величины тока рекуперации при
колебаниях напряжения в контактной сети.
5.2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОСТЕЙШЕЙ СХЕМЫ РЕКУПЕРАТИВНОГО
ТОРМОЖЕНИЯ С ПРОТИВОВОЗБУЖДЕНИЕМ ГЕНЕРАТОРА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.
Одним из условий рекуперативного торможения, как указывалось выше, является стабилизация
величины тока рекуперации при колебаниях напряжения в контактной сети. Это условие наиболее просто
достигается в схеме рекуперативного торможения с противовозбуждением генератора преобразователя
(рис. 51).
38
Рис.51. Простейшая схема рекуперативного торможения с противовозбуждением
генератора преобразователя.
Генератор такого преобразователя имеет на сердечниках главных полюсов катушки двух обмоток.
Одна из них является катушкой обмотки независимого возбуждения (нов), другая – катушкой обмотки
противовозбуждения (пов), Первая обмотка создает магнитный поток главных полюсов, вторая –
стабилизирует величину тока рекуперации при колебаниях напряжения в контактной сети.
Перед сбором схемы рекуперативного торможения включается кнопка Возбудители. При её включении
включается контактор КЗ и подключает обмотку независимого возбуждения (нов) двигателя АМ-Д
преобразователя под напряжение цепей управления. После его включения включается К53, подключающий
к контактной сети его обмотку якоря вместе с последовательной обмоткой возбуждения (пов). Двигатель
начинает работать и вращать якорь генератора АМ-Г преобразователя.
При сборе схемы рекуперативного торможения силовыми контактами кулачковых элементов
тормозного переключателя (на схеме не изображены) обмотка возбуждения ОВ тягового
электродвигателя ТЭД отключается от обмотки якоря и подключается к зажимам якоря генератора АМГ преобразователя.
Затем, после включения контактора К62, к цепям управления через резистор R31 переменной
величины подключается обмотка НОВ генератора АМ-Г преобразователя. Появляется магнитный поток
главных полюсов генератора и э.д.с. на зажимах его якоря. Поскольку к ним подключена обмотка ОВ
тягового двигателя ТЭД, то по ней от плюсового зажима генератора начинает протекать ток
возбуждения Iв. Появляется магнитный поток главных полюсов двигателя и э.д.с. на его зажимах.
Подключение тягового электродвигателя к контактной сети и установление
необходимой величины тока рекуперации.
Подключение тягового электродвигателя к контактной сети должно произойти тогда, когда
величина его э.д.с. превысит напряжение контактной сети на 80-100 вольт. Для этого увеличивается
э.д.с. генератора АМ-Г путём уменьшения величины сопротивления резистора R31 при перемещении
тормозной рукоятки контроллера машиниста. При уменьшении его изменяются следующие
электрические и электромагнитные величины:R31, нов, Фнов, Ег, в.тэд , Фтэд , Етэд и когда
Етэд превысит величину Uкс на 80-100 вольт при помощи линейного контактора (на рис.51 не
изображён) произойдёт подключение двигателя к контактной сети. После чего образуется цепь тока
рекуперации: плюсовой зажим якоря ТЭД, работающего в режиме генератора, силовые контакты БВ,
токоприёмник, контактная сеть, схема тяговой подстанции или электровоза, работающего в режиме
тяги, рельсовая цепь, обмотка ОПВ АМ-Г, минусовой зажим якоря ТЭД. После протекания тока по
обмотке ОПВ магнитный поток главных полюсов генератора АМ-Г будет равен: Фг =Фнов-Фопв.
Поскольку величина э.д.с. тягового электродвигателя больше напряжения контактной сети,
величина тока рекуперации выражается формулой:
Етэд –Uкс
р= -----------------Rтэд
Для получения необходимых величин тока
рекуперации и тормозного момента, который
выражается формулой Мт =См р ф, вновь уменьшается величина сопротивления резистора R31. Все
вышеуказанные электромагнитные электрические величины вновь увеличиваются, увеличивается ток
рекуперации и тормозной момент тягового электродвигателя.
Стабилизация величины тока рекуперации при колебаниях напряжения в контактной
сети.
При изменении величины напряжения в контактной сети
стабилизация величины тока
рекуперации происходит следующим образом. Допустим, что Uкс, р , Фпов , Фг.( Фг =Фнов-Фопв.), Ег
, в тэд ,
Ф тэд, Е тэд , р , т.е. за счет действия обмотки ОПВ генератора АМ-Г ток рекуперации сохранил свою
прежнюю величину.
5.3. РЕОСТАТНОЕ ТОРМОЖЕНИЕ.
39
Для сбора схемы реостатного торможения тяговые электродвигатели отключаются от контактной
сети и подключаются к тормозным резисторам (рис.52). В качестве таких резисторов используются
пусковые резисторы. Реостатное торможение осуществляется только на параллельном соединении тяговых
электродвигателей, так как на последовательно-параллельном и последовательном соединениях
суммарная э.д.с. тяговых двигателей достигает величины опасной для электрооборудования электровоза.
Различают две системы реостатного торможения. Первая – с последовательным
самовозбуждением, вторая – с независимым регулируемым самовозбуждением.
При переходе на реостатное торможение первоначальное появление генераторного тока в цепи
двигателей вызывается э.д.с., возникающей из-за небольшого остаточного магнетизма главных полюсов
тяговых электродвигателей. Для того, чтобы генераторный ток т не уничтожал остаточный магнетизм, его
направление должно совпадать с направлением тока д, предшествующего тягового режима( рис.42,а). Это
достигается переключением обмоток тяговых электродвигателей контактами реверсора (см. рис.52,б). Для
регулирования величины тока т а, следовательно, и тормозной силы тяговых электродвигателей ступенями
изменяется величина сопротивления резистора Rт с помощью контакторов 1-4.
При параллельном включении тяговых электродвигателей каждая из групп включается на
отдельный резистор, а при включении на общий резистор – применяется перекрестная схема включения
обмоток возбуждения электродвигателей (рис.52,в). Если по какой-то причине возрастает э.д.с. и ток в
обмотках якорей одной пары двигателей, то соответственно увеличивается ток возбуждения другой пары, а
значит – э.д.с. и ток в их обоих обмотках якорей.
Рис.52. Схемы электрических цепей тяговых электродвигателей: в тяговом режиме (а); при
последовательном возбуждении двух двигателей (б); при перекрестном включении обмоток четырех
тяговых двигателей (в).
Таким образом, перекрестная схема включения обмоток возбуждения обеспечивает устойчивую
работу тяговых электродвигателей в генераторном режиме на общий тормозной резистор и способствует
уменьшению юза колесных пар.
При системе реостатного торможения с независимым возбуждением тяговых электродвигателей
тяговые двигатели отключаются от обмоток якорей и подключаются к специальному источнику тока. При
таком
возбуждении ток и тормозная сила регулируется изменением величины тока в обмотках
возбуждения, подключенных к этому регулируемому источнику тока. Такая схема реостатного торможения
применяется на электровозах ЧС2т.
6. ПУСК ЭЛЕКТРОВОЗА И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ.
Если подключить 8 тяговых электродвигателей к контактной сети, то величина тока протекающего
по его обмоткам будет равна: Uкс: (8 х Rтэд) = 3000В : (8 х 0,09 ом)  4166 А. Для ограничения этого тока
в цепь тяговых электродвигателей вводят пусковой резистор величиной сопротивления 14,28 Ом (на
электровоза ВЛ11 с № 490). Этот резистор ограничивает величину пускового тока до величины 200 А. При
такой величине сопротивления пускового резистора:
 падение напряжения на пусковом резисторе: 200А х 14, 28 Ом = 2856 В.
 падение напряжения на 8 тяговых двигателей: 3000В – 2856В = 144 В.
 напряжение на одном двигателе: 144 В : 8 = 18 В
Для того, чтобы разогнать электровоз до требуемой скорости, необходимо увеличить напряжение
на тяговых двигателях или применить какие-то другие способы регулирования скорости. Эти способы
вытекают из следующей формулы:
40
Uк  -  х (Rn +Rд.)
V = -------------------------------С х Ф
где
Uк – напряжение на коллекторах электродвигателей; С – постоянный коэфицент э.д.с.;
Rп – величина сопротивления пускового резистора; Ф – магнитный поток электродвигателей;
Rд– величина сопротивления обмоток тягового электродвигателя.
1 способ: при пуске электровоза постепенным уменьшением величины сопротивления пускового
резистора, вводимого в цепь тяговых электродвигателей для ограничения их пускового тока.
Уменьшение величины сопротивления пускового резистора осуществляется перемещением
главной рукоятки контроллера машиниста с первой позиции, по реостатным позициям, до ходовой позиции.
На каждой из реостатных позиций величина сопротивления резистора уменьшается путем закорачивания
секций пускового резистора или соединением их в параллельные ветви реостатными контакторами.
Уменьшение сопротивления пускового резистора сопровождается одновременно плавным увеличением
напряжения на тяговых электродвигателях до напряжения ходовых позиций, выбранных для пуска (С или
СП соединение тяговых двигателей на электровозе ВЛ11), на которых пусковой резистор полностью
выведен (его сопротивлению равно нулю).
2 способ: увеличением напряжения на коллекторах тяговых электродвигателей.
Повышение напряжения на тяговых электродвигателях выполняется путем изменения соединения тяговых
электродвигателей: С, СП или П соединение. При изменении соединения, во избежание броска тока, в
цепь тяговых двигателей вновь вводиться пусковой резистор. Величина сопротивления резистора вновь
постепенно уменьшается на реостатных позициях и резистор полностью выводится на ходовых позициях
этих соединений. Напряжение на тяговых электродвигателях для электровоза 2ВЛ11 на С соединении
равно 3000 В : 8 = 350 В, на СП соединении – 3000В : 4 = 750 В и на П соединении – 3000В : 2 = 1500 В.
3 способ: ослабление возбуждения тяговых электродвигателей.
Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей выполняется путем перевода тормозной
рукоятки контроллера машиниста на позиции ОП1, ОП2,ОП3 или ОП4.
При этом параллельно двум обмоткам возбуждения спаренных тяговых двигателей подключается
резистор ослабления возбуждения, имеющий четыре секции. Ток, пройдя по их обмоткам якорей,
протекает по обмоткам возбуждения и параллельно через соответствующую секцию резистора. Степень
ослабления возбуждения на позиции ОП1 =75%, на ОП2 = 55%, на ОП3 = 43% и на ОП4 = 36%, т.е. на
каждой из позиций ОП по обмоткам возбуждения протекает ток, равный части тока якоря в процентном
отношении указанном выше. Остальная же часть тока якоря протекает по резистору ослабления
возбуждения.
41