ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ.
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ.
Вспомогательными машинами называют агрегаты, обеспечивающие собственные нужды электровоза. К ним относятся:
1. мотор-вентиляторы, охлаждающие обмотки тяговых электродвигателей, пусковые резисторы, индуктивные шунты, обмотки электродвигателя НБ-431 компрессора, и создающие избыточное давление в кузове;
2. мотор-компрессоры, питающие сжатым воздухом пневматическую схему электровоза и тормозные устройства поезда;
3. вспомогательные мотор-компрессоры, служащие для подъёма токоприёмников при отсутствии сжатого воздуха на электровозе;
4. генераторы управления, питающие цепи управления и заряжающие аккумуляторные батареи;
5. 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. 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 вращения якоря, а следовательно противо-э.д.с., и к уменьшению пускового тока электродвигателя.
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.
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 напрессована по шпонке ступица колеса центробежного вентилятора, а с другой стороны — якорь генератора управления типа НБ-110.
4.2.1. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ТИПА ТЛ-110М МОТОР-ВЕНТИЛЯТОРА.
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:
главных полюсов. 2,9
дополнительных полюсов . 0,97
Класс изоляции по нагревостойкости:
полюсной системы …………………………………. F
Режим работы ……………………………………… продолжительный.
Система вентиляции н. самовентиляция
На электровозах ВЛ11 м установлены электродвигатели типа ТЛ-110В, аналогичные по устройству электродвигателю ТЛ-11ОМ на ВЛ-10, но имеющие мощность 53, 9 квт, на 0,8 квт больше.
Основные элементы: остов 4 (рис.4.1,а), два подшипниковых щита 1 и 9, четыре главных (14,15) и четыре дополнительных (12,13) полюса (рис.4.1,б), якорь (5, 6,7,8,11) с коллектором (22,23,3,) вентилятор 10, щеточный узел (2, 3,1).
Остов.Остов 4 цилиндрической формы (рис.4.1). Служит для крепления основных элементов и является одновременно магнитопроводом. Имеет два отверстия под подшипниковые щиты, приливы28 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 стороны 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 250-300 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.4.1,б) служат для создания основного магнитного потока двигателя. Полюс состоит из шихтованного, клёпанного сердечника 15 и катушки 14. Катушка намотана из изолированного провода прямоугольного сечения и имеет287 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.4.1,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, 22,23), передней нажимной шайбы 5, сердечника 6, задней нажимной шайбы 7 и обмотки якоря 8.
Сердечник якоря изготовлен 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 8 (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 пазовой, так и в лобовых частях закрепляется бандажами из стеклобандажной ленты.
Коллектор.Коллектор обеспечивает коммутацию, т.е. 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 медные коллекторные пластины 3 и столько же миканитовых пластин. 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 Г-образной 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 болтами. На ней закреплены четыре стальных пальца, опрессованных пресс-массой АГ-4, с насаженными 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 10х25х50 мм.
Вентиляция электродвигателя независимая. Вентиляция осуществляется вентилятором 10 с 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-11ОМ является двигателем с последовательным возбуждением, то все его обмотки соединяются последовательно по следующей схеме(рис.4.2 и 4.3): 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. 4.1. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы электродвигателя ТЛ-110М:
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/см 2 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 м 3 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.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
