Одним из главных условий обеспечения нормальной работы электродвигателей является питание их электроэнергией, параметры которой соответствуют определенным требованиям к ее качеству. Основные показатели качества электроэнергии (ПКЭ) связаны с такими параметрами, как отклонения частоты и напряжения, колебание напряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения. Во избежание длительного нарушения нормальной работы электродвигателей основные ПКЭ не должны выходить за пределы своих нормальных значений, а в послеаварийных режимах — за пределы определенных максимальных значений. Рассмотрим как показатели качества электроэнергии влияют на работу электродвигателей. На надежность и долговечность работы электродвигателей в значительной степени влияет их тепловой режим. Так, для асинхронных и синхронных двигателей влияние отклонения напряжения на их тепловой режим зависит и от загрузки двигателей. Работа электродвигателей при пониженном напряжении приводит к перегреву изоляции и может явиться причиной выхода их из строя. Дело в том, что при снижении напряжения в пределах нормы (+ 10 %) токи ротора и статора увеличиваются в среднем соответственно на 14 и 10 %. При значительной загрузке асинхронных двигателей отклонения напряжения приводят к существенному уменьшению его срока службы. При увеличении тока двигателя происходит более интенсивное старение изоляции. При отрицательных отклонениях напряжения на зажимах двигателя в 10 % и номинальной загрузке асинхронного двигателя срок его службы сокращается вдвое. Влияние качества электроэнергии на работу электродвигателейПри отклонениях напряжения сети изменяется реактивная мощность синхронных двигателей, что имеет важное значение при использовании синхронных двигателей для компенсации реактивной мощности. Это относится в полной мере и к конденсаторным установкам. При недостаточной реактивной мощности, генерируемой в сеть синхронными двигателями, приходится дополнительно использовать батареи конденсаторов, что снижает надежность системы электроснабжения за счет увеличения числа элементов системы. Колебания напряжения также, как и отклонения напряжения, оказывают отрицательное влияние на работу электродвигателей. Весьма чувствителен к отклонениям напряжения питающей сети вентильный электропривод, так как изменение выпрямленного напряжения приводит к изменению частоты вращения двигателей. На предприятиях, имеющих собственные ТЭЦ, колебания амплитуды и фазы напряжения, возникающие при колебаниях напряжения, приводят к колебаниям электромагнитного момента, активной и реактивной мощностей генераторов, что отрицательно сказывается на устойчивости работы станции в целом, а, следовательно, на ее функциональной надежности. Влияние качества электроэнергии на работу электродвигателейНесинусоидальные режимы оказывают ощутимое влияние на надежность работы электродвигателей. Это объясняется тем, что при наличии высших гармоник в кривой напряжения более интенсивно протекает процесс старения изоляции, чем в случае работы электрооборудования при синусоидальном напряжении. Так, например, при коэффициенте несинусоидальности 5 %, через два года эксплуатации тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов увеличивается в 2 раза. Несимметрия напряжения неблагоприятно сказывается на работе и сроке службы асинхронных двигателей. Так, несимметрия напряжения в 1 % вызывает значительную несимметрию токов в обмотках (до 9 %). Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора, что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Известно, что при несимметрии напряжения в 4 % срок службы асинхронного двигателя, работающего с номинальной нагрузкой, сокращается примерно в 2 раза; при несимметрии напряжения в 5 % располагаемая мощность асинхронного двигателя уменьшается на 5 — 10 %. Магнитное поле токов обратной последовательности статора синхронных машин индуцирует в массивных металлических частях ротора значительные вихревые токи, вызывающие повышенный нагрев ротора и вибрацию вращающейся части машины. При значительной несимметрии вибрация может оказаться опасной для конструкции машины. Нагрев обмотки возбуждения синхронного двигателя за счет дополнительных потерь от несимметрии напряжения приводит к необходимости снижать ток возбуждения, при этом уменьшается реактивная мощность, выдаваемая синхронным двигателем в сеть. Тема № 1 « Принцип работы тягового двигателя » Принцип работы тягового двигателя - основан на явлении выталкивания проводника с током из магнитного потока главных полюсов. Простейший двигатель постоянного тока состоит из, двух главных полюсов в виде постоянных магнитов N и S, между которыми помещены два проводника в виде рамки с осью вращения (это простейший якорь). От аккумуляторной батареи, через щетки и коллекторные пластины, пропускаем по проводникам якоря ток, в направлении указанном на рисунке. Тогда каждый проводник якоря с током, будет выталкиваться из магнитного потока главных полюсов Ф, 0x08 graphic силами «F». Эти две силы F образуют вращающий момент, и якорь начинает вращаться. Направление выталкивания сил F и направление вращения якоря определяется по правилу левой руки. При пуске величина тока двигателя Iдв определяется по закону Ома для участка цепи: Iдв пуск = Uдв / Rдв После пуска якоря, все проводники якоря, начнут двигаться, и будут пересекать магнитный поток главных полюсов. От этого в проводниках якоря наведется ЭДС по закону электромагнитной индукции - как в якоре генератора. Направление этой ЭДС якоря Е определяется по правилу правой руки. На рисунке видно, что эта ЭДС якоря Е направлена встречно, направлению тока и направлению напряжения Uдв. Поэтому в двигателях эту ЭДС якоря называют противо ЭДС, и из-за её появления величина тока якоря будет уменьшаться, и будет определяться по закону Ома для полной цепи: Iдв = (Uдв - Е) / Rдв Величина этой ЭДС якоря определяется по формуле: Е = С ∙ n ∙ Фдв Действительный тяговый двигатель, отличается от простейшего двигателя постоянного тока тем, что число проводников якоря не два, а значительно больше (500 ÷ 1000 проводников); число главных полюсов будет «4» или «6», и они будут выполнены как электромагниты. Все эти изменения сделаны для увеличения вращательного момента и мощности тягового двигателя. Коллектор в двигателе постоянного тока - служит для изменения направления тока в отдельных проводниках якоря при переходе их под главный полюс другой полярности через геометрическую нейтраль (Г.Н.). Это нужно для вращения якоря. Без коллектора в двигателе постоянного тока будет только начальное колебание якоря, а вращения не будет. Обмотка главных полюсов двигателя постоянного тока называется обмоткой возбуждения и может включаться со своим якорем тремя способами: 0x08 graphic а) последовательно - сериэсный двигатель; б) параллельно - шунтовой двигатель; в) последовательно-параллельно - копмаудный двигатель. В качестве тяговых двигателей на всех электровозах, применяются только сериэсные двигатели так как при пуске они создают самый большой пусковой вращающий момент, что необходимо для трогания поезда с места. При пуске сериэсного двигателя весь большой ток якоря идёт по обмотке возбуждения и создаёт самый большой магнитный поток, отчего сериэсный двигатель создаёт самый большой вращающий момент. Iдв = (Uдв - Е) / Rдв ; где Rдв = Rя + Rгл.пол + Rдоп.пол ≈ 0,1 Ом Ток двигателя (ток якоря) бывает большим: При пуске - так как тогда противо ЭДС якоря равна «0», а Rдв очень мало. При движении на высоких позициях по тяжёлому подъёму после уменьшения скорости поезда так как тогда Uдв большое, а противо ЭДС якоря уменьшилось из-за уменьшения оборотов якоря «n». Ток двигателя (ток якоря) бывает малым, при большой скорости движения поезда и при боксовании колёсной пары, так как будет большая противо ЭДС якоря. Число оборотов якоря двигателя определяется по формуле: nдв = (Uдв - Iдв ∙ Rдв) / (Се ∙ Фдв) Магнитный поток двигателя определяется по закону Ома для магнитной цепи: Фдв = (Iв ∙ W) / Rмаг где: Iв - ток возбуждения двигателя; W - число витков обмотки возбуждения; Rмаг - магнитное сопротивление двигателя Rмаг = е / (µ ∙ s) где: е - средняя длина магнитопровода; s - сечение магнитопровода; µ - магнитная проницаемость магнитопровода µ = 1 - для воздуха и для всех немагнитных материалов; µ = 50 ÷ 100 - для обычной стали; µ = 1000 ÷ 10000 - для электротехнической стали. Вращательный момент двигателя определяется по формуле: Мвр = См ∙ Iя ∙ Фдв Постоянный коэффициент двигателя Се и См прямо пропорционален числу пар главных полюсов Р, числу проводников якоря N, и обратно пропорционален числу пар параллельных ветвей обмотки якоря а. Се = (Р ∙ N) / (60 ∙ а) См = (Р ∙ N) / (2π ∙ а) Мощность двигателя « Р » определяется по формуле: Р = Uдв ∙ Iдв ∙ η (Вт, кВт) где : η - КПД двигателя ≈ 0,92 ÷ 0,95 Условия, в которых работают тяговые двигатели весьма тяжелые. В отличие от стационарно устанавливаемых машин они подвержены воздействиям окружающей среды, динамическим ударам со стороны рельсового пути и работают в условиях широко, а иногда и резко изменяющихся значений тока, напряжения. Несмотря на принимаемые меры, из окружающей среды в машины попадают влага и пыль. Влага проникает в поры изоляции обмоток машин, что приводит к снижению ее электрической прочности, создает условия для возникновения электрического или теплового ее пробоя, приводит к ускоренному ее старению. В сочетании с низкими температурами влага способствует появлению инея и обледенению коллектора и щеточного аппарата, что приводит к повышенному искрению под щетками. Повышенное искрение возникает и от загрязнения коллектора и щеточного аппарата пылью, попадающей в машину через неплотности люков и с охлаждающим воздухом. Температура окружающей среды может доходить до 40 °С зимой и до + 50 °С летом. Высокая температура ухудшает охлаждение электрических машин, способствует их чрезмерному нагреву, а низкая вызывает загусте-вание смазки в подшипниках, отпотевание машин при установке ЭПС. в депо. При прохождении неровностей пути колесные пары ЭПС воспринимают значительные динамические силы (особенно при высоких скоростях движения). Эти удары, частично сглаженные системой рессорной подвески, передаются тяговым двигателям. Наиболее чувствительны они для тяговых двигателей с опорно-осевым подвешиванием, почти половина массы, которых не подрессорена. От действия динамических сил в элементах машин могут возникать трещины, изломы, повышенная выработка трущихся поверхностей, усиливаться искрение на коллекторе, слабнуть узлы соединений. Напряжение в контактном проводе, а, следовательно, напряжение, подводимое к тяговым двигателям (и другим электрическим машинам), могут отличаться от номинального значения на 10—12%. В отдельных случаях (например, при рекуперативном торможении) напряжением на зажимах тяговых двигателей может доходить до 1,25 Uном. Заметно повышается напряжение на тяговых двигателях, связанных с боксующими колесными парами. При отрыве токоприемника от контактного провода происходит резкое снижение напряжения на тяговых двигателях, а при грозовых разрядах его резкое повышение. Всякое отклонение напряжения от номинального значения ухудшает работу тягового двигателя и снижает его тяговые свойства. Но особенно опасно повышенное напряжение, которое может вызвать потенциальное искрение на коллекторе и образование кругового огня, пробой изоляции обмоток, проводов, изоляции кронштейнов щеткодержателей, выводных кабелей. При трогании или движении по затяжному подъему тяжеловесных составов или при движении с неполным числом работающих на локомотиве тяговых двигателей токи в них могут значительно превысить их допускаемые значения. Такие даже кратковременные перегрузки могут вызвать повышенное искрение под щетками, нарушить коммутацию, а при определенных условиях привести к образованию кругового огня на коллекторе. Круговой огонь может возникнуть также и в результате быстрого нарастания тока при переходных процессах, протекающих в тяговых двигателях. Наиболее опасны переходные режимы, возникающие в результате образования кругового огня на соседнем параллельно включенном двигателе или при пробое плеча выпрямительной установки. При боксовании колесной пары частота вращения якоря тягового двигателя резко возрастает. При этом возникают большие центробежные силы, которые могут вызвать повреждение валов якорей тяговых двигателей, ослабление или повреждение якорных бандажей. Кроме того, при повышенной частоте вращения якоря заметно усиливается искрение под щетками, ухудшается коммутация машины и создаются условия для возможного возникновения кругового огня на коллекторе. В момент восстановления сцепления боксующей колесной пары частота ее вращения (а, следовательно, и связанного с ней якоря двигателя) мгновенно уменьшается. При этом запас кинетической энергии вращающегося якоря превращается в удар, передающийся на зубчатую передачу, вал якоря, подшипники и другие элементы двигателя, вызывая их повышенный износ, а иногда и поломку.
