Вспомогательные машины ЭПС переменного тока

На ЭПС переменного тока есть переменное напряжение частотой 50 Гц, и это существенно расширяет возможности и перспективы развития вспомогательных машин. И конечно же, можно использовать асинхронные двигатели. Но фаз, как известно, всего две, а надо, согласно, изученной нами теории, – три, или специальные схемы пуска. Из этого положения есть ряд выходов.

Применение дополнительной вспомогательной фазы и конденсаторов (рис. 12.1).

Для реализации этого способа включается вспомогательная фаза и конденсаторы таким образом и с такими параметрами, чтобы обеспечить угол между током и напряжением главной фазы, равной 4. Причем емкость есть величина постоянная и стабильность работы обеспечивает только в одном режиме. Это один недостаток и есть второй недостаток – чем мощнее двигатель, тем больше батареи конденсаторов. Поэтому чаще всего используют другой способ – расщепители фаз (рис.12.2).

 

Рис. 12.1. Двигатель со вспомогательной фазой и конденсатором

Рис. 12.2. Подключение вспомогательных машин к расщепителю фаз

Преимущества этого способа очевидны:

1) можно использовать типовые асинхронные двигатели;

2) устойчивость режимов работы;

3) легкость, надежность и т. д.

Но этот способ требует дополнительного оборудования – машины, которая называется расщепитель фаз.

Это машинные синхронные или асинхронные преобразователи однофазного тока в трехфазный.

Однако и расщепители фаз не обеспечивают симметрии напряжения при всех нагрузках. Но самое важное то, что напряжение в к.с. колеблется в очень широких пределах от 19 до 29 кВ при номинальном напряжении 25 кВ. Снижение напряжения приводит к увеличению времени пуска и нагрев обмоток пусковыми токами.

В связи с этим рекомендуется выбирать машины со значительными запасами по мощности и повышенным скольжением. Такие машины более устойчивы к перепадам напряжения.

Асинхронные машины из-за стабильности частоты вращения, особенно при пониженном напряжении, имеют преимущества перед машинами постоянного тока.

 

Мотор-вентиляторы

Само название говорит о том, что это спаренный агрегат двигатель электрический и вентилятор. По типу вентиляторы различают:

1) осевого (пропеллерного типа);

2) радиального типа.

Поскольку вентиляторы имеют почти постоянную нагрузку они сопрягаются с другими машинами, например, генераторами управления (рис. 12.3).

 

Рис. 12.3. Принцип подключения генератора управления

Мощность двигателя мотор-вентилятора определяется по формуле

 

 

и зависит от объема необходимого воздуха Q и статического напора Н.

КПД вентиляторов очень низок и составляет:

– для радиального типа;

– для осевого типа.

Конструкции вентиляторов можно пояснить с использованием рис. 12.4.

 

Рис. 12.4. Конструкции вентиляторов: а – осевого типа; б – центробежного типа

 

Широкое распространение получили в последнее время мотор-вентиляторы, с аэродинамической очисткой воздуха. Суть такой очистки показана на рис. 12.5.

Воздух всасывается через входное отверстие 4 кожуха 5 с большой скоростью и резко изменяет свое направление, ударяясь о конус 2 при этом тяжелые частицы, стремясь сохранить направление движения, попадают в кольцевую щель а нижнего листа ротора 3. Основной воздушный поток направляется, как и во всех центробежных вентиляторах. Но лопатки этого вентилятора выполнены конусно. В связи с этим, скорость воздуха у основания колеса выше, чем у начала. Поэтому под действием центробежных сил у основания концентрируются неудаленные ранее частицы, которые и увлекаются в кольцевую щель б в кожухе.

Двигатель у мотор-вентилятора электровозов ВЛ60; ВЛ80 асинхронный 40 кВт. Класс изоляции В. Ротор короткозамкнутый. Сердечник набран из листов электротехнической стали. Стержни алюминиевые. Номинальная перегрузочная способность двигателя 1,8…2,4.

Мотор-компрессоры

В мотор-компрессорах электрическую машину и компрессор компонуют в виде одного агрегата или устанавливают на одной плите два этих устройства и сочленяют.

Необходимая мощность привода компрессора определяется исходя из давления всасываемого и нагнетаемого воздуха.

КПД электрического двигателя компрессора 0,68…0,78.

Наиболее распространенные на ЭПС мотор-компрессоры типов КТ-6 и Э500.

На подвижном составе используют компрессоры, различающиеся по скорости вращения, но все они поршневые:

1) тихоходные – с частотой вращения вала 250…300 об/мин;

2) быстроходные – до 900 об/мин.

Поскольку на электровозах и электропоездах разное давление в главных резервуарах, 10 и 8 кгс/см² соответственно, то на электропоездах применяют одноступенчатые компрессоры, сочлененные с двигателем зубчатой передачей. На электровозах применяют двухступенчатые компрессоры с охлаждающей рубашкой, сочлененные муфтой с электродвигателем.

В качестве привода могут использоваться как двигатели постоянного тока, так и асинхронные двигатели. В первом случае – затруднен пуск. В случае использования АД увеличивают величину скольжения.

 

Мотор-насосы

Наибольшее распространение получили центробежные насосы, приводимые во вращение асинхронными двигателями.

Мотор-насос марки ЭЦТ-63/10 применяется для принудительной циркуляции трансформаторного масла.

Объем перекачиваемого масла в час 63 м³ при напоре 10 м водяного столба.

Для приводов вспомогательных насосов, работающих при снятии напряжения контактной сети, применяют двигатели постоянного тока, подключаемые к аккумуляторной батареи. Такие двигатели могут использоваться и вместо асинхронных.

 

Расщепители фаз

Асинхронный расщепитель фаз (рис. 12.6) представляет собой обычную асинхронную машину, выполняющую одновременно как функции однофазного двигателя, так и трехфазного генератора.

Обмотку статора выполняют в виде трехфазной несимметричной звезды с неодинаковым числом пазов на полюс и фазу.

Двигательная обмотка подключается к обмотке собственных нужд и служит для придания вращения машине. Генераторная обмотка создает третью фазу и подключается к двигательной таким образом, чтобы обеспечить наилучшую симметрию напряжений при определенной нагрузке.

При подаче на двигатель однофазного напряжения образуется пульсирующее поле которое можно разделить на две составляющие. В момент пуска эти составляющие поля равны, и вращающего момента нет. Если разогнать с помощью каких-то средств ротор до частоты вращения, близкой к номинальной, то за счет поля статора и наведенных токов в роторе и так же за счет поля ротора, вызванного этими токами, инверсная составляющая компенсируется, и создается постоянный вращающий момент.

Прямое магнитное поле пересекает генераторную обмотку и наводит в ней эдс.

Напряжения генераторной и двигательной обмоток образуют трехфазную систему, к которой подключаются асинхронные двигатели.

Подбором числа витков добиваются минимальной несимметрии напряжения.

Для разгона двигателя используют или специальные разгонные двигатели (устанавливались на французских электровозах Ф), или резисторы R c последующим отключением. Пусковой резистор создает дополнительный временный сдвиг постоянного и инверсного поля и тем самым позволяет создать вращающий момент.

Емкость С способствует улучшению пуска, а также уменьшает влияние индуктивностей обмоток и тем самым увеличивает симметричность напряжения.