2015-07-14
2114
В комплект оборудования с асинхронным тяговым электроприводом НПП «ЭПРО» входят:
· Быстродействующие автоматические выключатели дистанционного управления (АВДУ) ВБ-9-250/6-У1.
· Входные реакторы.
· Блоки силовые преобразовательные тяговые (БСПТ) «ЭПРОТЭТ-300-2С».
· Тяговые электродвигатели (ТЭД).
· Тормозные резисторы.
· Заземляющие устройства.
Комплект асинхронного тягового электропривода состоит из двух полукомплектов, независимых друг от друга. Управление цепями блоков силовых преобразовательных тяговых (БСПТ) производят контроллеры электропривода (КЭП), расположенные в едином блоке с силовыми преобразователями.
Питание цепей управления БСПТ и КЭП от бортового источника электропитания (АБ) напряжением 28 вольт постоянного тока.
Силовые компоненты комплекта тягового силового электрооборудования, контроллер электропривода и автоматические выключатели дистанционного управления (АВДУ) расположены на крыше вагона. На пульте в кабине водителя установлены светодиоды индикации состояния и работы электропривода. Тяговые электродвигатели установлены на тележках.
Рассмотрим более подробно принцип действия и устройство асинхронного электродвигателя.
Небольшая историческая справка. В конце первой половины 19 века французский ученый-физик Доминик Франсуа АРАГО и русский физик Эмилий Христианович ЛЕНЦ, занимаясь изучением проблем, связанных с магнетизмом, практически одновременно обнаружили одно и то же физическое явление. Если перед полюсами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и начать вращать этот постоянный магнит, то через определенное время начинает вращаться и медный диск, причем, вращаться он будет в том же направлении. Это объясняется тем, что при вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуцирует в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем, возникает сила, приводящая диск во вращение. Это физическое явление было названо ЭФФЕКТ АРАГО-ЛЕНЦА (можно встретить и другое название этого физического явления – диск Араго-Ленца). На основании закона Ленца направление всякого индуктивного тока таково, что он противодействует причине, его вызывающей. Поэтому вихревые токи в теле диска стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности это сделать, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска всегда меньше, чем частота вращения магнита. Если бы эти частоты почему-либо стали одинаковыми, то магнитное поле не перемещалось бы относительно диска, в нем не возникали бы вихревые токи, то есть не было бы силы, под действием которой диск вращался.
В приведенном выше опыте вращающееся магнитное поле и вызванное им вращение свободного диска получено, благодаря вращению постоянного магнита. Однако, для того, чтобы получить впоследствии ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, необходимо решить главную задачу – заставить ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК создать вращающееся магнитное поле и использовать его для вращения ротора.
Практической реализацией этого физического явления занимался русский ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский, широко известный, как создатель техники трехфазного переменного тока. Эффект вращения магнитного поля создавала трехфазная обмотка статора при включении ее в сеть переменного тока. Рассмотрим более подробно, как это происходит.
Прежде всего дадим определение трехфазной электрической цепи:
Трехфазная электрическая цепь представляет собой совокупность трех однофазных электрических цепей переменного тока одной частоты «f», с одинаковой амплитудой «Аm», у которой ЭДС сдвинуты относительно друг друга на 1/3 периода, или на 120 градусов. Каждый из трех источников тока такой цепи называется ФАЗОЙ и им даны стандартные обозначения: фаза А, фаза В и фаза С.
На полюсах железного сердечника кольцевой формы, называемого СТАТОРОМ, помещены три обмотки сети трехфазного тока, расположенные одна относительно другой под углом 120 градусов. Внутри этого сердечника на свободной оси укреплен металлический цилиндр, который называется РОТОРОМ. Если обмотки статора соединить так, как показано на рисунке №1 и подключить их к сети переменного трехфазного тока, то общий магнитный поток, создаваемый тремя полюсами, окажется вращающимся. На рисунке №2 показан график изменения токов в обмотках двигателя и процесс возникновения вращающегося магнитного поля.
В положении «А» (см. рисунок № 2) на графике ток в фазе А равен нулю, в фазе В он отрицателен, а в фазе С – положителен. Ток по катушкам потечет в направлении, указанном стрелками. Определив по правилу правой руки направление созданного током магнитного потока, мы видим, что на внутреннем конце полюса (обращенном к ротору) третьей катушки будет создан южный полюс «S», а на полюсе второй катушки – северный полюс «N». Суммарный магнитный поток будет направлен от полюса второй катушки через ротор к полюсу третьей катушки.
В положении «Б» (см. рисунок № 2) на графике ток в фазе В равен нулю, ток в фазе А положительный, а в фазе С – отрицательный. Ток, протекая по катушкам полюсов, создает на конце первой катушки южный полюс, а на конце третьей катушки – северный. Суммарный магнитный поток будет направлен теперь от третьего полюса через ротор к первому полюсу, т.е. полюсы при этом переместились на 120 градусов.
В положении «В» (см. рисунок № 2) на графике ток в фазе С равен нулю, в фазе В он положительный, а в фазе А – отрицательный. Теперь ток, протекая по первой и второй катушкам, создает на конце полюса первой катушки северный полюс, а на конце полюса второй катушки – южный. Полярность суммарного магнитного поля переместится еще на 120 градусов. Таким образом суммарный магнитный поток будет менять свое направление в зависимости от изменения направления тока в полюсах статора.
Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС, то есть электродвижущую силу. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то по ней под воздействием индуктируемой электродвижущей силы проходит ток. В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем в обмотке статора создается вращающий момент, под воздействием которого ротор начинает вращаться по направлению вращения магнитного поля.
Если предположить, что в какой-то момент времени частота вращения ротора оказалась равной частоте вращения поля статора, то проводники обмотки ротора не будут пересекать поле статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающий момент станет равным нулю и частота вращения ротора уменьшится по сравнению с частотой вращения поля статора, пока не возникнет вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент, который складывается из момента нагрузки на валу и момента сил трения в машине.
Асинхронные машины кроме режима электродвигателя могут работать еще в генераторном режиме и в режиме электромагнитного тормоза. Генераторный режим возникает в том случае, когда под действием какого-либо двигателя ротор вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения большей, чем частота вращения магнитного поля. Если же под воздействием посторонних сил ротор начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля, то возникнет режим электродинамического тормоза.
Из принципа работы асинхронного двигателя естественно вытекает и его устройство. Асинхронные электродвигатели состоят из двух частей: неподвижной части – статора и вращающейся части – ротора. В продольные пазы сердечника статора укладывают проводники его обмотки и соединяют их так, чтобы образовалась трехфазная система. Соединение обмоток может осуществляться звездой или треугольником. В тяговых двигателях трамвайного вагона применено соединение обмоток статора звездой.
Роторы асинхронных двигателей выполняют двух видов – с короткозамкнутой и фазной обмотками. Наиболее широкое применение получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется в виде «беличьего колеса». В пазы ротора укладываются массивные стержни, соединенные на концах медными кольцами. Такая обмотка всегда замкнута накоротко и включение сопротивления в нее невозможно.
Вал ротора вращается в подшипниках, которые укреплены в боковых щитах, называемых подшипниковыми щитами. В двигателях применяются подшипники качения.
В комплект входят 4 электродвигателя (ТАД) с датчиками частоты вращения (ДЧВ). На каждой моторной тележке установлено по 2 электродвигателя. Двигатели соединены попарно-параллельно и каждая пара питается от своего БСПТ. Для обеспечения согласованного вращения колесных пари редукторов, четные двигатели подключаются к БСПТ с обратным порядком чередования фаз.
Продолжим изучение комплекта оборудования тягового асинхронного привода.
На крыше вагона размещены следующие аппараты:
· Токоприемник ТПБ 0000 с адаптированной радиальной подвеской токосъемных лыж (контактных вставок), который оборудован веревочным приводом;
· Входные реакторы L1 и L2:
· Быстродействующие автоматические выключатели дистанционного управления ВБ-9-250/6-У1;
· Блоки силовые преобразовательные тяговые «ЭПРОТЭТ-300-2С» А1 и А2;
· Резисторы тормозные Rm1; Rm2;
Токоприемник ТПБ-0000 с адаптированной радиальной подвеской токосъемных лыж (контактных вставок) осуществляет подвижное электрическое соединение между контактным проводом и электрическим оборудованием трамвая. Оборудован системой возврата каретки при ее опрокидывании в случае наезда на препятствие, что является защитой от обрыва контактной сети и поломок токоприемника.
