Як влаштований тяговий електродвигун

Виходячи з того, що рівень продажів електромобілів не тільки в Україні, але і у всьому світі нестримно зростає, у двигуна внутрішнього згоряння з'явився досить серйозний конкурент. Багато автолюбителів вважають за краще електричний привід, і не дивно, він і економічніше і екологічніше. До слова, на сьогодні, електродвигун дивує нас своєю різноманітністю. Ми не будемо заглиблюватися і говорити про всіх його видах, а зробимо акцент саме на тяговому електродвигуні. Багато автоконструктори, безсумнівно, стануть стверджувати про те, що дана силова установка вже активно експлуатується на електровозах, електропоїздах, великовантажних автомобілях з електроприводом, і навіть на танках і самохідних кранах. Вони будуть абсолютно праві.

Виходячи з перерахованих вище транспортних засобів, тягової електродвигун є потужним силовим агрегатом. Так до чого ж ми згадували електромобілі? Як виявилося, вони теж обладнуються даної силовою установкою, яка «зажила» серед конструкторів електромобілів досить високу популярність. Що ж, давайте познайомимося з конструкцією даного мотора, а також розглянемо принцип його роботи і можливі несправності. Тож почнемо…

1. Пристрій тягового електродвигуна

Головною відмінністю тягового електродвигуна від стандартних електродвигунів з великою потужністю є умови монтажу даних двигунів, а також обмежене місце для їх розміщення. Виходячи з цього, конструкція тягового електродвигуна вкрай специфічна. Як правило, діаметр і довжина такого мотора обмежені, движок має багатогранні станини, індивідуальні пристрої для кріплення і багато іншого.

До того ж, тягові електродвигуни залізничних і міських транспортних засобів наводяться в експлуатацію в досить складних погодних умовах, в курному і вологому повітрі. Виходячи з цього, розробники конструкції тягових електродвигунів обов'язково мають у своєму розпорядженні на вдосконалену електричну і механічну міцність вузлів і деталей, теплостойкую і вологостійку ізоляцію струмоведучих обмоток і частин, стійку комутацію двигунів. Отже, давайте детально розглянемо, з чого ж складається тягової електродвигун, і зробимо коротку характеристику кожного з складових. Якщо говорити в цілому, можна сказати, що як і будь-які інші двигуни з постійним струмом, тягової електродвіжок складається з якоря, щеткодержателя і щітки, а також з остова з полюсами.

Тепер про всі деталі по порядку. Якір тягового електродвигуна складається з сердечника, обмотки, колектора і вала. Вал якоря, як правило, виготовляють зі спеціальної сталі з підвищеною якістю. Але, як показує практика, вали теж «старіють» і їх доводиться міняти. Виходячи з цього, листи сердечника збирають не на валу, а безпосередньо на спеціальній втулці. В такому випадку, дана конструкція сприяє випрессовиваніем вала з втулки, при цьому не розбираючи сердечник, обмотку і колектор.

Як правило, одним з основних і досить важливих і відповідальних вузлів в даному двигуні є колектор. Він є частиною, яка терпить найбільші навантаження в електричному відношенні. В основному умовами його надійної роботи обмежуються граничні потужності тягових двигунів. Колектори сучасних тягових двигунів мають в діаметрі понад 800 мм, число пластин становить 600.

Щітки і щіткотримачі в тяговому електродвигуні є одним цілим. Крізь щітки, які встановлені на щеткодержателях, проходить електричний струм, який підводиться прямо до обмотці якоря тягового двигуна. Матеріалом, з якого виготовляються щітки для тягових електродвигунів, є графіт, який отримують при нагріванні антрациту, сажі, коксу в електричній печі. За рахунок матеріалу, з якого зроблені щітки, вони отримали назву електрографітізірованних. Під час виготовлення таких деталей, конструктори простежують за тим, щоб вони характеризувався високим перехідним опором і низьким коефіцієнтом тертя, а також володіли пружністю і зносостійкістю.

У свою чергу, конструкція щіткотримача включає в себе корпус і кронштейн, з'єднані між собою за допомогою болта. Для того щоб кріплення і електричний контакт корпусу і кронштейна був більш надійним і тісним, дотичні поверхні мають рифлену поверхню. Дуже важливо, щоб щіткотримач знаходився в ізоляції від остова електродвигуна. Тому кронштейни щіткотримачів кріпляться до остову або підшипниковий щитам з використанням ізоляторів.

Тепер поговоримо про остові. У складі тягового електродвигуна остов одночасно виконує роль муздрамтеатру, так як до нього кріпляться головні і додаткові полюси. Як правило, остов повинен проробляти мінімальний опір проходженню магнітного потоку. Виходячи з цього, його виготовляють зі сталі, яка володіє хорошими магнітними властивостями.

2. Як працює тягової електродвигун

Як правило, сучасний електромобіль комплектується електричним двигуном, який може бути як постійного, так і змінного струму. Основним завданням будь-якого електричного двигуна є передача крутного моменту на рушій електромобіля. Тяговий електродвигун працює за певним принципом, який ґрунтується на тому, що утворене обмоткою статора обертається магнітне поле наводить струм в короткозамкненою обмотці ротора і під впливом електромагнітних сил змушує ротор обертатися.

Розглянемо, як це все відбувається на дії. Отже, як правило, в магнітне поле (в даному випадку воно створюється завдяки постійному магніту) поміщають якір з обмотками - обмотку з мідного ізольованого дроту. У свою чергу, від будь-якого джерела струму надходить постійний струм, який проходить по обмотці. Після цього, навколо провідника, який проводить через себе електричний струм, виникає магнітне поле. Крім магнітного поля, яке утворюється завдяки струму, що протікає через провідник, існує ще й магнітне поле постійного магніту. Вони впливають між собою і в результаті утворюється сила, яка прагне повернути провідник в певну сторону.

Куди буде спрямована дія цієї сили (а отже, і напрямок обертання) можна визначити скориставшись правилом лівої руки. За правилом, якщо розташувати ліву руку так, щоб в долоню входили магнітні силові лінії (з північного полюса магніту в південний), а пальці розмістити в бік напрямку руху струму, що проходить через провідник, то відставлений убік великий палець покаже напрям руху провідника.

У підсумку, рамка повертається проти годинникової стрілки аж до того часу, поки не займе певну позицію. В останньому випадку, ток по її ланцюга проходити не буде, але все ж, навіть тоді вона буде рухатися за інерцією до тих пір поки не займе відповідного положення. В даному положенні, по рамці знову пройде ток в колишньому напрямі, що говорить про те, що він буде робити магнітне поле, яке під час взаємодії з полем магніту, буде прагнути до повертання рамки проти годинникової стрілки. І тут приходить на допомогу колектор. Як правило, колектор, який призначається для підтримки напрямку струму в обмотці електродвигуна при її обертання неизменимо, складається з двох мідних полуцилиндров, які розташовуються в ізоляції один від одного і доторкаються до щіток.

Якби його не було, то рамка, після того як вона займе певний стан, повинна буде зробити зупинку, так як, згідно з правилом лівої руки, сила взаємодії магнітних полів рамки і магніту буде прагнути повернути рамку в певну позицію. В інтернеті існує багато схем, на яких цей процес представлений наочно. Тепер давайте розбиратися, яких несправностей і поломок тягового електродвигуна потрібно чекати і як провести розумну діагностику поломки. Читаємо нижче.

3. Несправності тягового електродвигуна

Перш, ніж деталізувати приклади несправностей тягового електродвигуна, важливо сказати, що всі несправності електричних автомобілів, можна в цілому розділити на поломки електричних і механічних частин. Нас найбільше цікавить електрична частина, тому говорячи про несправності, ми повинні обов'язково згадати зниження опору ізоляції, механічні руйнування, старіння ізоляції, пробої.

Якщо говорити про струмопровідних проводах, частими несправностями останніх є тріщини і злами, знос, перегрів і розплавлення контактних з'єднань. Говорячи про механічні частинах, несправностями є тріщини валів якорів і підшипникових щитів, зменшення посадки малого зубчастого колеса на конусної частини валу і внутрішніх кілець підшипників на шийках валу якоря тягового двигуна, кришки моторно-осьових підшипників, деформування горловин кістяків і ослаблення підшипникових щитів в остовах, знос вкладишів і деформування деталей моторно-осьових підшипників, ослаблення болтів, що кріплять полюси, руйнування сепараторів підшипників. щеткодержатели, просадка і поломка пружин підвіски тягових двигунів.

У слідстві забруднення і зволоження поверхні, а також потрапляння в електромобіль, вологи, пилу і масла, часто відбувається зниження опору ізоляції струмопровідних частин. Для відновлення захисних властивостей ізоляції потрібно виконати якісну очистку поверхні ізоляції, а потім розкрити емаллю. Також потрібно завжди пам'ятати, що досить глибоке проникнення вологи зажадає додаткового обсушивания.

У більшості випадків, при досить значному зниженні опору ізоляції, або ж при будь-яких механічних пошкодженнях ізоляції і міжвиткових замиканнях в котушках, але тільки досить рідше, відбуваються пробої ізоляції обмоток на корпус. Таке може статися і в разі замикання між двома ізольованими провідниками або старіння ізоляції. Якщо діагностика проблеми показує саме на цю несправність, для того щоб її усунути, потрібно налаштуватися на ремонт, або ж замінити котушку (обмотку).

Ще однією несправністю тягового двигуна може бути іскріння на колекторі, яке, в залежності від ступеня забруднення і замасливании колектора, може бути різної інтенсивності. Пікової точкою іскріння є утворення на колекторі кругового вогню - потужної дуги, яка виробляє замикання між різнойменними щітками. У момент утворення такої дуги, може статися перекидання її на корпус. При цьому відбувається оплавлення деталей автомобіля, які потрапили в область вогненної дуги. Крім забруднення і неналежного обслуговування колекторно-щіткового вузла існують і інші причини виникнення даної несправності. Серед них можна виділити нерівномірну вироблення колектора або ж механічні пошкодження, а також сильне скупчення вугільного пилу в межламельних канавках.

З якого боку обійти цю проблему? Спершу експерти радять про діагностувати рівень інтенсивності перекриття. Як правило, в деяких випадках можна обійтися тільки очищенням і промиванням колектора і щіткового апарату, а також заміною щіток, які вийшли вже з ладу. У цьому ж випадку можливий і продув колекторної камери сухим стисненим повітрям. В інших, більш складних випадках, буде потрібно ремонт і заміна всіх деталей і вузлів, які вийшли з ладу.

Також ви можете виявити незначні подгара, або неглибокі задираки на колекторі, які можна вдало усунути зачисткою і шліфуванням колектора, яке, як правило, виробляють брусками або дрібним шліфувальним полотном, що знаходяться на дерев'яній колодці з профілем, який повинен відповідати діаметру колектора. Кожному автолюбителю важливо не забувати, що під час будь-якої механічної обробки верхнього шару колектора, з нього «здирається» оксидна плівка (політура), а це може стати причиною погіршення комутації. У зв'язку з цим, потрібно знати про зачищені і полірування робочої поверхні колектора, в тому випадку, коли видалення забруднення або подгара чистою серветкою, раніше змоченою в технічному спирті або в авіаційному бензині стає неможливим.

Можна судити про нормальний стан колектора тоді, коли всі колекторні пластини мають однаковий кольором від світло-коричневого до блискучо-чорного з різноманітними відтінками, які, в свою чергу, залежать від марки щіток і міді, а також частоти обертання якоря, відносної вологості повітря, температури колектора, щільності струму і інших характеристик. Якщо говорити про політурі, можна сказати що, в залежності від шорсткості поверхні колектора і марки щіток вона може напрацьовуватиметься за кілька годин або діб. Важливо відзначити, що застосовуються на тягових генераторах двоходові обмотки здатні створити на верхньому шарі колектора різне забарвлення колекторних пластин, а саме дві темні і одна світла або одна світла і одна темна.

У тому випадку, коли колектор має глянсовою політурою, то забарвлення, яка низку не буде викликати подгара. Коли ж простежується зміна поверхні колектора, яка стає матовою, подгара колекторних пластин стають неминучими. Причини порушення комутації можна розділити на два типи: електричного і механічного характеру. Якщо говорити про перше, про можна згадати про зрушення щіток з нейтралі, порушення ланцюга обмотки додаткових полюсів, зокрема, ослабленні міжкотушкових з'єднань, роботі при несправних (сколених або сильно зношених) щетках, вібрації щіток і тд. Під час експлуатації щіток важливо стежити, щоб знос останніх НЕ перевалював за половину.

До причин механічного характеру можна віднести відхилення в процесі експлуатації від правильної форми колектора (ексцентричність, еліптичності, місцеві биття). Крім цього на розгляд можна взяти і його пошкодження при попаданні будь-яких сторонніх предметів. Усунути погану комутацію можна лише поробивши якісну діагностику її виникнення. Якщо ж ви виявили відхилення у формі або ж пошкодження колектора, вам слід виконати проточку.

Можна говорити і про таку несправності як, розпаювання півників колектора, яка виникає в період надмірного перегріву машини (тривалі перевантаження, порушення вентиляції) або як в слідстві перекриття. Дану проблему можна виправити тільки відремонтувавши якір.

Як правило, ті місця ізоляції, які піддавалися пошкоджень, проходять перевірку на міцність, а також фахівці проводять вимірювання їх опору постійному струму. Відновити ізоляцію сполучних і вивідних шин можна за допомогою накладання стеклоленти і Склолакотканини, які попередньо просочують в ізоляційному лаку, заздалегідь нанесеним на шину перед її ізолюванням. Важливо не забувати про таку несправності тягового двигуна як перегрів моторно-осьових підшипників. Ця проблема виникає при низькому рівні кількості мастила, або ж її обводнюванні. Можливі випадки і з досить явним перекосом колісної пари, а також з великим зазором «на масло», які також є причинами даної несправності.

Підписуйтесь на наші стрічки в Facebook. Вконтакте і Instagram. всі найцікавіші автомобільні події в одному місці.

Схожі статті

• Пристрій тягового електродвигуна постійного струму

• Тяговий електродвигун тепловозів і електровозів