Тяговий двигун електровоза, як і всі двигуни постійного струму, має наступні основні частини: остов з поюсамі, якір, щіткотримачі і щітки, підшипникові щити (рис. 14). Конструктивні відмінності тягових двигунів від інших електричних машин постійного струму зумовлені умовами їх роботи.
Розміри тягового двигуна обмежені розміром - граничними контурами локомотива. Двигуни піддаються значним перевантаженням, трясці, ударам при проходженні колісних пар по нерівностях шляху, працюють при температурі навколишнього середовища від +40 до - 50 ° С, в умовах великих коливань напруги в контактній мережі. Дуже важко запобігти проникненню в них пилу, вологи, снігу.
Забезпечити тривалу безвідмовну роботу тягових двигунів в таких умовах можна лише при високій якості проектування і виготовлення, правильної експлуатації і своєчасному ремонті.
У тягового двигуна якір (рис. 15, а) складається з сердечника, вала, обмотки і колектора.
Сердечник зібраний з штампованих листів спеціальної електротехнічної сталі (рис. 15, б). Кожен лист ізольований від сусіднього тонким шаром лаку. Простіше, здавалося, було б виконати сердечник у вигляді суцільного циліндра. Пояснимо, чому цього робити не можна.
Коли якір обертається, магнітні силові лінії перетинаються не тільки обмоткою, покладеної на нього, а й сердечником, внаслідок чого в ньому наводиться е. д. з. Значення цієї е. д. з. в точках сердечника, що мають різні радіуси обертання, неоднакові: чим ближче точки до поверхні, тим е. д. з. більше. Точки, що лежать ближче до поверхні сердечника, за один і той же час проходять більший шлях і перетинають більше число магнітних силових ліній, ніж точки, розташовані недалеко від осі обертання. Під дією різниці е. д. з, наведених в осерді, виникають так звані вихрові струми. Навіть при невеликій різниці е. д. з. вихрові струми можуть бути значними, так як електричний опір суцільного масивного циліндра мало. Вихрові струми, проходячи по сердечнику, нагрівають його. На це марно витрачається електрична енергія і тим самим знижується к. П. Д. Двигуна.
Уникнути різниці наведених е. д. з. при обертальному русі якоря неможливо. Залишається одне - збільшити електричний опір сердечника. Збираючи сердечник з окремих листів товщиною 0,3-0,5 мм, ізольованих один від одного, тим самим розділяють його на ряд провідників з малою площею перетину і, отже, більший електричний опір. Крім того, збільшують електричний опір стали, з якої виготовляють сердечники, додаючи в неї 1 - 1,5% кремнію.
В осерді роблять ряд круглих отворів для пропуску повітря, що охолоджує якір, який нагрівається теплом, виділеним обмоткою при проходженні по ній струму, і не повністю усуненими вихровими струмами.
Вали якорів тягових двигунів виготовляють з особливою стали підвищеної якості. І все ж іноді доводиться замінювати «втомлені» вали. Тому листи сердечника збирають на спеціальній втулці, а не безпосередньо на валу. Це дозволяє при необхідності Випрессовиваемие вал з втулки, не розбираючи сердечник, обмотку і колектор.
Обмотку якоря укладають в пази його сердечника. Провідники обмотки з'єднують один з одним у певній послідовності, застосовуючи так звані лобові з'єднання. Послідовність з'єднання повинна бути такою, щоб всі сили взаємодії, що виникають між провідниками з струмом і магнітним потоком, прагнули обертати якір двигуна в одну сторону. Для цього з'єднуються провідники, що утворюють виток, повинні бути розташовані один від одного на відстані, приблизно рівному відстані між полюсами.
Початок і кінець витка приєднують до різних колекторним пластин в певній послідовності, утворюючи таким чином обмотку якоря. Окремі витки, складові обмотку, називають секціями.
Сучасні електричні машини постійного струму, в тому числі і тягові двигуни, зазвичай делаютмногополюснимі, т. Е. Вони мають не одну, а дві, три і більше пар полюсів. При цьому провідники обмотки якоря можуть бути з'єднані двома способами, і в залежності від цього отримують обмотки двох типів - петлеву і хвильову.
Показати обмотку якоря на кресленні в тому вигляді, як її виконують в електричній машині, дуже складно. Тому для наочності зображення полюса електричної машини і пластини колектора, які в дійсності розташовані по колу, на малюнку зображують у вигляді розгортки на площині. Це дозволяє показати розташування провідників обмотки щодо полюсів магнітної системи, з'єднання провідників один з іншим і з пластинами колектора, а також з'єднання секцій.
Для отримання петлевий обмотки (рис. 16, а) початок провідника 1 приєднують до колекторної пластині 1 ', а кінець його з'єднують з початком провідника 2. Кінець провідника 2 приєднують до пластини 2'. Провідники 1 і 2 утворюють одну секцію, що має форму петлі. Тому обмотка і отримала назву петлевий. Далі початок провідника 3 з'єднують з пластиною 2 ', а кінець - з провідником 4 і т. Д. Поки обмотка НЕ замкнеться, т. Е. Поки останній провідник не з'єднається з колекторної пластиною 1'.
При хвильової обмотці (рис. 16, б) початок провідника 1, розташованого під північним полюсом (полюс N) першої пари полюсів, приєднують до колекторної пластині 1 ', а кінець - до провідника 2, як і в петлевий обмотці. Потім, на відміну від петлевий обмотки, кінець провідника 2 через відповідну колекторну пластину 2 ', розташовану вже не поруч з пластиною 1', з'єднують з провідником 3, що знаходяться під полюсом N наступної пари полюсів. Провідник 3 з'єднують з провідником 4, розташованим під полюсом тієї ж пари полюсів, і через колекторну пластину з провідником 5, що знаходиться під полюсом N першої пари полюсів, і так до тих пір, поки обмотка НЕ замкнеться. Секція обмотки цього типу має форму хвилі, внаслідок чого обмотка і отримала назву хвильової. На відміну від петлевий обмотки кінці секції хвильової обмотки приєднують до несуміжних колекторним пластин.
У більшості тягових двигунів спочатку застосовували хвильову обмотку. В сучасних тягових двигунах великої потужності застосовують петльові обмотки. Обмотку якоря укладають в пази, виштампувані в листах стали, з яких збирають сердечник (див. Рис. 15, б). У кожному пазу поміщають боку двох секцій, так як обмотки двигунів зазвичай розташовують в два шари. Одну сторону секції укладають в верхню частину одного паза, а іншу - в нижню частину іншого. При двошарової обмотки полегшується з'єднання лобових частин секції. Крім того, всі секції виходять однаковими, що спрощує технологію їх виготовлення.
Покладену обмотку необхідно закріпити в пазах, інакше при обертанні якоря вона під дією відцентрової сили буде вирвана з пазів. Закріпити її можна, або наклавши бандаж на циліндричну поверхню якоря, або поставивши клини в пази (рис. 17, а, б).
Мідні пластини колектора мають в сеченііформу клина. Одна від одної вони ізольовані прокладками з колекторного міканіти. Міканіт виготовляють з пелюсток слюди, що володіє дуже високими електричною міцністю і теплостійкістю, а також вологостійкість. Склеюють пелюстки спеціальними лаками або смолами.
У нижній частині колекторні і ізоляційні пластини мають форму так званого «ластівчин хвіст». «Ластівчині хвости» пластин і прокладок надійно затиснуті між коробкою колектора і натискний шайбою, стягнутими болтами. Таке кріплення забезпечує збереження строго циліндричної форми колектора, що дуже важливо, так як до поверхні колектора весь час притискаються щітки. Варто хоча б одній пластині вийти за обриси окружності колектора, як щітки почнуть підстрибувати, іскрити, що може привести до пошкодження двигуна. Те ж саме може статися при недостатньо високій якості обробки колектора, а також у разі утворення на його поверхні вм'ятин і виступів.
Від коробки і натискний шайби колекторні пластини ізолюють, прокладаючи конуси і циліндр. виготовлені з міканіти. Колекторні пластини мають виступи, звані півниками. У півниках зроблені прорізи, куди впаивают кінці секцій обмотки якоря.
Під час роботи двигуна щітки стирається поверхню колектора. Міканіт більш зносостійкий, ніж мідь, тому в процесі роботи поверхню колектора може стати хвилястою. Щоб цього не сталося, ізоляцію в проміжках між мідними пластинами після складання колектора роблять меншої висоти - продорожіваю т колектор спеціальними фрезами.