ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электромеханики и в частности к электрическим машинам, применяемым в электрооборудовании электротранспорта.
В электрооборудовнии электропоездов в качестве источников электроэнергии для питания двигателей компрессоров, кондиционеров, цепей управления и других потребителей используются электромашинные преобразователи, состоящие из двигателя постоянного тока и синхронного генератора трехфазного тока частотой 50 Гц и напряжением 230 В. Двигатели преобразователей должны обеспечивать надежную работу в диапазоне изменения напряжения контактной сети от 2200 В до 4000 В и нагрузок генератора от холостого хода до максимального значения нагрузки.
Известны конструкции двигателей преобразователей с одним коллектором и одной обмоткой якоря (см. Цукало П.В., Ерошкин Н.Г. «Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р», М, «Транспорт», 1986 г.) [1].
Эту конструкцию выбираем в качестве прототипа.
Недостатком такой конструкции преобразователей с одноколлекторным двигателем является то, что при напряжении контактной сети 4000 В межламельные напряжения на коллекторе достигают значений 72 В, при которых появляется вероятность возникновения кругового огня и выхода двигателя из строя. Существенным недостатком такой конструкции преобразователей является то, что из-за ограничений по габаритным размерам из условий установки на электропоезде нет возможности увеличить мощность преобразователя, а секция обмотки якоря для обеспечения требуемых рабочих характеристик двигателя выполняется трехвитковой, что значительно увеличивает реактивную э.д.с. и ухудшает коммутацию.
Задачей заявленной полезной модели является увеличение коммутационной устойчивости преобразователя во всех диапазонах рабочих напряжений контактной сети и нагрузок генератора от холостого хода до максимального значения нагрузки.
К техническим результатам, достигаемым от реализации заявленной полезной модели можно отнести повышение надежности работы преобразователя, улучшение энергетических показателей и увеличение его мощности.
Задача достигается за счет того, что в представленной конструкции преобразователя, содержащего остов двигателя, главные и дополнительные полюсы, остов генератора, статор генератора с обмоткой, ротор генератора с обмоткой, подшипниковые щиты, вал, вентилятор, два коллектора и две якорные обмотки двигателя соединены через коллектор последовательно, при этом магнитная система индуктора двигателя - общая для обеих обмоток якоря, что обеспечивает равные напряжения на коллекторах и уменьшение межламельных напряжений на коллекторах в два раза.
Отличительными признаками предлагаемого преобразователя от указанного выше известного являются наличие того, что две якорные обмотки двигателя из одновитковых секций установлены в общем пакете якоря, при этом магнитная система индуктора двигателя - общая для обеих обмоток якоря, два одинаковых арочного типа коллектора выполнены с болтовым креплением коллекторной втулки. Благодаря наличию двух одинаковых коллекторов снижаются потенциальные и межламельные напряжения на коллекторах ниже уровня возникновения кругового огня.
Особенностью констукции предлагаемого преобразователя является то, что ротор генератора шихтован из выштамповок, содержащих ярмо и четыре полюсных выступа с отверстиями, в которые при сборке полюсов вставляют стержни и винтами привертывают полюсные башмаки, набранные из листовой стали. Листы ротора шихтуют на роторную втулку и фиксируют шпонками, приваренными к корпусу втулки.
Обмотка статора, размещенная в полузакрытых пазах, выполнена всыпной и состоит из четырех параллельных ветвей. В преобразователе осуществляется аксиальная вентиляция алюминиевым вентилятором с неравномерно расположенными лопатками, насаженным на вал со стороны, противоположной генератору.
Воздух забирается через воздуховод со стороны генератора и выбрасывается через отверстия в подшипниковом щите и жалюзи. Такая система вентиляции выгодно отличается от системы в прототипе, т.к. не требуется второй воздуховод.
В предлагаемом решении появляются новые свойства улучшения конструкции преобразователя, содержащего остов двигателя, главные и дополнительные полюсы, остов генератора, статор генератора с всыпной обмоткой, подшипниковые щиты, вал, вентилятор, ротор генератора, шихтованный из выштамповок с числом выступов, равным числу полюсов с отверстиями, в которые при сборке полюсов вставляют стержни для привертывания винтами полюсных башмаков, набранных из листовой стали, два коллектора, две якорные обмотки двигателя из одновитковых секций установлены в общем пакете якоря, при этом магнитная система индуктора двигателя - общая для обеих обмоток якоря, что обеспечивает равные напряжения на коллекторах и уменьшение межламельных напряжений на коллекторах в два раза.
В преобразователе осуществляется аксиальная вентиляция, при которой воздух забирается через воздуховод со стороны генератора и выбрасывается через отверстия в подшипниковом щите и жалюзи, при этом не требуется второй воздуховод.
Таким образом, предлагаемая конструкция преобразователя обладает наличием новых существенных признаков, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
На Фиг.1 показан предлагаемый электромашинный преобразователь в продольном разрезе, на Фиг.2 в поперечном разрезе.
Преобразователь содержит остов 1 двигателя, выполненный из стального литья и имеет четыре прилива для подвески его к раме вагона, подшипниковые щиты 2, 3 выполнены в виде отливок из углеродистой стали, главные полюы 5, дополнительные полюсы 6, коллекторы 7, 8, остов генератора 9, пакет статора 10 генератора, обмотка статора 11 генератора, вал 12, вентилятор 13, якорные обмотки 14, 15 двигателя, крышки 16 коллекторных люков для осмотра и обслуживания щеток и коллекторов, траверсы 17, ротор 18 генератора, установленный на выступающем конце вала, обмотка 19 ротора, коробка выводов 26, крышка 27 люка для осмотра и обслуживания щеток генератора, крышка воздухозаборника 29. Моноблоки главных 5, дополнительных 6 полюсов и катушки 19 обмотки ротора выполнены с применением изоляции типа «монолит», которая обеспечивает высокую надежность крепления катушек к сердечникам и улучшенную теплоотдачу. Обмотки 14, 15 якоря - волновые.
Ротор 18 генератора из выштамповок электротехнической стали шихтован на стальную втулку 20. При сборке в полюсы вставляют стержни 21, в которые винтами 22 привертывают полюсные башмаки 23, набранные из листовой стали.
В двигателе преобразователя установлены по четыре щеткодержателя 24 на каждый коллектор. На втулку 20 ротора насажены контактные кольца 25, опрессованные пластмассой. В литых корпусах щеткодержателей установлены щетки ЭГ-61А, имеющие размеры 10×16×25 мм. Корпусы щеткодержателей прикреплены к травесам 17, установленным на выточках подшипниковых щитов 2, 3. В отверстия полюсных башмаков 23 вставлены восемь шпилек 27, на которых закреплены кольца 28 с отверстиями, используемые для закрепления балансировочных грузов. В подшипниковом щите 2 установлен роликовый подшипник 80-32322М, а в подшипниковом щите 3 - роликовый подшипник 80-92320К1.
Степень защиты преобразователя от внешних воздействий: для коллекторых люков двигателя - IP54, остальное IP22 по ГОСТ 17494-87. Способ охлаждения - 1С11 (самовентиляция) по ГОСТ 20459-87.
В двигателе диаметр якоря выполнен 423 мм, длина якоря 265 мм, число пазов 43, число коллекторных пластин в каждом коллекторе 343. Применение одновитковых секций в отличие от прототипа позволило избежать наличия «мертвых» секций в якорях, что улучшает коммутацию.
В генераторе: диаметр расточки статора 350 мм, длина пакета 170 мм, число пазов 36, число полюсов 4, число параллельных ветвей 4.
Параметры предлагаемого преобразователя приведены в таблице
№ п/п
Наименование параметров
Значение параметров
Генератор
1
Мощность продолжительного режима S1, кВт
55
2.
Напряжение линейное, В
230
3.
Ток в режиме S1, А
173
4.
Номинальная частота вращения, об/мин
1500
5.
Номинальная частота тока, Гц
50
Двигатель
6.
Напряжение номинальное, кВ
3,0
7.
Ток в режиме S1, А
25,2
8.
Диапазон изменения напряжения, кВ
2,2-4,0
9.
Мощность продолжительного режима S1, кВт
75,6
10.
Межламельные напряжения при U=4000 В
36
11.
К.П.Д преобразователя в режиме S1, %
79
Габаритные и установочные размеры предлагаемого преобразователя совпадают с размерами серийных преобразователей, что обеспечивает возможность установки его вместо серийных 1ПВ6 и НПВ-44/38.
Удельная металлоемкость преобразователя снижена в 1,4 раза и состаляет 37,3 кг/кВт против 53,9 кг/кВт у серийного преобразователя 1ПВ6.
Применение ряда конструктивных мер позволило при увеличенной мощности предлагаемого преобразователя снизить потенциальные и межламельные напряжения на коллекторе ниже уровня возникновения кругового огня во всех диапазонах рабочих напряжений, что значительно повысило эксплуатационную надежность. При этом улучшается система электроснабжения собственных нужд электроподвижного состава в т.ч. по энергетическим показателям.
Преобразователь выполнен из традиционных конструкционных материалов и может быть изготовлен в условиях серийного или опытного производства.