Поясннительная записка (1230467), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Катушка добавочного полюса имеет пять витков намотанной на ребро мягкой медной шины. К крайним виткам припаяны выводы из гибкого медного провода. Корпусная изоляция состоит из слюдинитовой ленты, междувитковая - из бумаги асбестовой электроизоляционной. Катушка с полюсом пропитана в эпоксидном компаунде, и после выпечки представляет собой единый монолитный блок.

Компенсационная обмотка состоит из шести отдельных катушек, в каждой из которых по семь витков мягкой медной проволоки. Корпусная и междувитковая изоляции выполнены из слюдинитовой ленты, покровная - из ленты стеклянной. От механических повреждений изоляция катушек защищена пазовой изоляцией. Выводы катушек - шунты из гибкого медного провода. Катушки уложены в пазы сердечников главных полюсов и закреплены в них клиньями из профильного стеклопластика.

2 АНАЛИЗ ОТКАЗОВ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

2.1 Старение изоляции и его причины

В процессе работы электрических машин происходят необратимые изменения свойств изоляции. Данный процесс называют старением изоляции. В первую очередь изменяются механические свойства изоляции: она становится более хрупкой; в ней появляются трещины и поры, вследствие этого понижается электрическая прочность изоляции. Также может появиться поверхностный пробой, особенно при увлажнении изоляции [2].

Основными причинами старения изоляции являются:

• повышенная температура;

• значительные перепады температуры по толщине изоляции;

• электрическое поле;

• высокая влажность;

• механически усилия, возникающие из-за вибрации.

Повышенная температура влечет за собой химические изменения в изоляции. При температуре свыше 100°С возникает окисление органических материалов изоляции - бумаги и хлопчатобумажной пряжи и лаков. Скорость химических реакций обуславливается температурой: чем выше температура, тем более высокими темпами стареет изоляция. Возникают химические изменения и в других видах изоляции (в кремнийорганических соединениях), но при более высокой температуре.

Значительные перепады температуры между отдельными частями электромашины вызывают разницу температур и по толщине изоляции, что может вызвать в изоляции чрезмерно высокие механические напряжения. К примеру, изоляция катушки, располагающейся в пазах якоря, с одной из сторон имеет температуру меди, а с другой перенимает температуру стали паза. Как правило отвод теплоты протекает через вентиляционные каналы, проложенные по стали, что вызывает температурный перепад на 5...15°С по толщине изоляционного слоя катушки.

В случае повышении температуры медные стержни катушки увеличивают свою длину и изменяют свое положение относительно стенок пазов. Вследствие этого, в изоляционном слое катушки возникают механические напряжения, прямо пропорциональные величине перепада температуры между стержнями и стенками пазов. При увеличении или уменьшении нагрузки происходит изменение температуры электромашины и перепада температуры между катушками и сталью. Вследствие чего, колебания нагрузки вызывают перемещения стержней относительно стенок пазов, что вызывает разрыв изоляции, если она малоэластична.

Электрическое поле в высоковольтных электромашинах вызывает местные электроразряды и ионизацию внутренних и внешних воздушных (газовых) включений. Ионизация воздушных включений влечет за собой: увеличение термических потерь в изоляции; механическое расслоение листов слюды; возникновение озона и оксидов азота, которые при наличии влаги образуют азотистую и даже азотную кислоту.

Озон, являясь достаточно сильным окислителем, вызывает разрушение составляющих изоляции. Азотная и азотистая кислоты имеют воздействие не только на изоляцию, но и на металлические элементы(стальные, медные). Особый вред ионизация наносит внутренним включениям. Явление поверхностной ионизации (коронирования) появляется вследствие наличия воздушного зазора между поверхностью изоляции и стенками паза. Коронирование значительно менее опасно, чем внутренняя ионизация, так как ее разрушающему действию подвергается только поверхностные слои изоляции. Значительно более опасно присутствие местных скользящих электрических разрядов в виде искр, которые могут вызывать расщепление пластинок слюды и других частей изоляции. В целях предотвращения поверхностных электрических разрядов наружную изоляцию изготавливают с полупроводящим покрытием. При этом выравниваются потенциалы пазов и поверхности катушки [2].

Повышение влажности вызывает снижение электрического сопротивления изоляции, что в свою очередь увеличивает токи утечки и электрические потери в изоляции. Тем не менее, как правило, данное ухудшение свойств изоляции не критично обратимо и может быть исправлено медленной сушкой. Как правило сушат изоляцию, включая электромашину при пониженном напряжении в режиме холостого хода или короткозамкнутой, т. е. без нагрузки. При использовании ускоренной сушки может возникнуть повреждение изоляции вследствие повышенного выделения водяного пара из внутренних пор, что приводит к трещинам в изоляции и делает ее структуру пористой.

Механические воздействия, приложенные к изоляции, возникают вследствие электродинамических сил между проводниками, внутренней вибрации, центробежных сил частей находящихся во вращении т. п. Временами изоляции подвержены сильным механическим силам и от внешних воздействий (к примеру, в тяговых электродвигателях, поездных электрических машинах). Неоднократно прилагаемые к проводнику изменяющиеся по направлению усилия вызывают деформации в изоляции, что понижает ее электрическую прочность.

Кроме приведенных, считающихся основными, причин старение изоляции может ускорять ряд иных факторов: наличие химически активных веществ, присутствующих в воздухе (к примеру, хлора, аммиака, паров кислот и щелочей), воды, пониженных температур (до —60°С в некоторых районах страны), микроорганизмов и иногда даже насекомых (в тропических странах).

Приведенные причины приводят к ситуации, когда срок исправной службы изоляции, как правило, не больше 20 лет. По истечении данного отрезка времени риск выхода из строя изоляции и отказа электрической машины, как правило, делает невозможным дальнейшую работу машины без проведения капитального ремонта с полной заменой обмотки или изоляции.

2.2 Круговой огонь и его причины

Во время эксплуатации электромашины постоянного тока на коллекторах иногда возникает электрическая дуга или большое количество мелких электрических разрядов. Данное явление называют круговым огнем [3].

Основной причиной возникновения кругового огня называют чрезмерно высокое напряжение между соседними пластинами. Во время эксплуатации изоляционные промежутки между соседними коллекторными пластинами забиваются угольной пылью и мелкими осколками щеток, которые могут приводит к замыканию между собой пластин, образуя «мостики».

В электромашинах малой мощности, у которых секции обмотки якоря имеют достаточно высокое активное сопротивление, а также индуктивность, мостики выгорают при невысоком токе, и явление кругового огня протекает достаточно безвредно. В таком случае на коллекторе наблюдают небольшое искрение, которое иногда именуют потенциальным искрением, так как оно вызывается высокой разностью потенциалов между соседними пластинами коллектора. При большем токе возникает оплавление соседних пластин, вследствие чего образуются кратеры диаметром 2–3 мм и на коллекторе возникают так называемые вспышки. Протекание этого явления более опасно, так как поврежденные края коллекторных пластин вызывают ускоренный износ щеток, а временами и их полное разрушение.

В электромашинах высокой мощности, а также в машинах средней и малой мощностей с повышенными значениями напряжения между соседними коллекторными пластинами круговой огонь являет собой мощную электрическую дугу по коллектору. Данная дуга перекрывает достаточно большую часть коллектора, иногда даже замыкает накоротко щеткодержатели разных полярностей (перекрытие коллектора). Появление мощной дуги на коллекторе сопровождается сильным световым и звуковым эффектом (в крупных машинах это может походить на взрыв бомбы). Высокий ток якоря, возникающий при перекрытии коллектора, влечет за собой срабатывание защиты и износ поверхность коллектора, изоляторов, щеткодержателей и т. п., т. е. выводит машину из строя. Схема возникновения кругового огня на коллекторе представлена на рисунке 2.1 [3].

Рисунок 2.1 – Схема возникновения кругового огня на коллекторе и зависимость предельно допустимых напряжений Uкmах от коллекторного деления tк : 1 – первичная дуга при замыкании смежных коллекторных пластин; 2 – газы и пары меди;

3 – мощная дуга

В целях понижения вероятности возникновения кругового огня следует снижать максимальную разность потенциалов между смежными коллекторными пластинами. На рисунке 2.1 приведены максимальные значения таковых напряжений(при различной толщине Δ_из изоляции между коллекторными пластинами), которые не следует превышать во время эксплуатации. Такие данные являются средне статическими и, естественно, должны уточняться для каждой конкретной модели электромашины по результатам испытаний.

Чтобы уменьшить максимальное напряжения меж смежных коллекторных пластин в крупных электромашинах пользуются обмотками якоря с одновитковыми секциями (w_c=1), понижают среднее напряжение меж коллекторными пластинами до 15 – 18 В (при этом также ограничивают активную длину якоря) и принимают меры для снижения искажающего воздействия реакции якоря, т. е. индукции В_mах. Наиболее простым выходом является уменьшение В_mах, путем увеличения воздушного зазора, из-за этого машины постоянного тока как правило выполняют с достаточно большим воздушным зазором, чем асинхронные. Одновременно с тем, увеличение воздушного зазора требует соответствующего увеличения магнитодвижущей силы обмотки возбуждений (для создания достаточного магнитного потока), что в свою очередь приводит к увеличению размеров всей машины.

Наиболее выгодно применять воздушный зазор, малый под серединой полюса и увеличивающийся к его краям, где возрастает магнитодвижущая сила якоря. В то же время магнитное сопротивление для потока главных полюсов увеличивается в гораздо меньшей степени, чем для потока, создаваемого поперечной реакцией якоря. Как следствие, расширяющийся зазор требует меньшего повышения магнитодвижущей силы обмотки возбуждения, чем равномерный.

Более кардинальной мерой может быть применение компенсационной обмотки (рисунок 2.2), которую располагают в пазах главных полюсов и соединяют с обмоткой якоря последовательно. Компенсационную обмотку включают таким образом, чтобы образуемая ею магнитодвижущая сила F_к была направлена встречно магнитодвижущей силе якоря F_aq и компенсировала ее действие. При F_к = F_aq магнитодвижущая сила якоря фактически не искажает магнитное поле в воздушном зазоре. Компенсационная обмотка значительно усложняет конструкцию электромашины, так что ее применяют исключительно в машинах средней и высокой мощности, эксплуатируемых в тяжелых условиях (частые пуски, скачки тока нагрузки, перегрузки по току и т. п.). Компенсационную обмотку применяют также в тех случаях, когда машина проектируется при жестких габаритных ограничениях, так как эта обмотка позволяет уменьшить воздушный зазор, а следовательно, и размеры обмотки возбуждения [3].

Рисунок 2.2 – Принципиальная схема (а) и схема расположения в машине (б) компенсационной обмотки: 1 – главный полюс;

2 – обмотка возбуждения; 3 – компенсационная обмотка;

4 – добавочный полюс; 5 – обмотка добавочного полюса;

6 – якорь

Статистика по отказам элементов электрической части тяговых электродвигателей по депо Хабаровск-2 приведена в таблице 2.1, а ее графическое представление в виде диаграммы на рисунке 2.1.

2.3 Статистика отказов

Таблица 2.1 – Статистика по отказам элементов электрической части тяговых электродвигателей по депо Хабаровск-2

Продолжение таблицы 2.1

Рисунок 2.3 – Диаграмма отказов ТЭД по депо Хабаровск-2

3 РАБОТА СИЛОВОЙ СХЕМЫ В РЕЖИМЕ ТЯГИ И ТОРМОЖЕНИЯ

3.1 Регулирование напряжения на тяговых двигателях в режиме тяги

Для удобства рассмотрения принципов регулирования на рисунке 3.1 приведена упрощенная силовая схема тягового привода, где цифрами 1 – 8 обозначены плечи ВИП, цифрами 1 – III секции тяговых обмоток трансформатора. При этом секция 1 соответствует секциям а1 – 1, а2 – 3 обмоток тягового трансформатора Т5, секция II – секциям 1 – 2, 3 – 4, секция III – секциям а2 – х1, 4 – х2 [1].

Характеристики

Список файлов ВКР