Тепловой расчет компенсационной обмотки. Заволакивание коллекторов тяговых электродвигателей при изменении их температуры, страница 5

Опыты показали что у тяговых двигателей (ТД) разных типов средняя температура воздуха, при которой происходит улучшение или ухудшение работы контакта щётка – коллектор, существенно различаются. У двигателей ТЛ-2К электровозов ВЛ10, ВЛ10У наиболее не благоприятная температура коллектора отмечается при температуре воздуха tвср равной 0…-5 °С. Износ элементов контакта щётка – коллектор и число круговых огней уменьшается как при увеличении средней температуры воздуха до +20…+25 °С, так и при снижении tвср до -20…-25 °С. У двигателей НБ-406 (ВЛ23) и НБ-412К (ВЛ60) наиболее благоприятная работа контакта щётка – коллектор отмечается при температуре tвср  около 0 °С. При увеличении средней температуры до +20 °С и снижении до -20 °С работа контакта щётка – коллектор существенно ухудшается. Установлено, что своеобразное изменение характеристик работы контакта щётка – коллектор вызвано значительным изменением падения напряжения (ΔU) и коэффициента трения (f) в контакте при изменении температуры коллектора tк. наименьшее (ΔU) и (f) двигателя НБ-418К6и электровозов (ВСЖД) наблюдается при температуре коллектора tк равной +70…+80 °С. При среднем превышении температуры коллекторов τк двигателей НБ-418К6 электровозов (ВСЖД) над температурой окружающего воздуха tвср равной 49 °С температура коллекторов приближается к оптимальному диапазону температур лишь в летний период эксплуатации при tвср  более +20 °С. Наибольшее значение падения напряжения и коэффициента трения в контакте щётка – коллектор (ТД) наблюдается при tк  равной +25… +30 °С, то есть при температуре tвср  равной -25…-20 °С.

При нормальной вентиляции двигателей НБ-418К6 (номинальный расход воздуха Qн=105 м3/мин) и двигателей НБ-514 (номинальный расход воздуха Qн=95 м3/мин) температура коллекторов +70…+80 °С отмечается в 5…10 % общего времени лишь в летний период эксплуатации. В остальное время температура коллектора tк ниже оптимального значения. Исходя из эффективной работы контакта щётка – коллектор, имеет место избыточная вентиляция (ТД). Для обеспечения оптимальных условий работы скользящего контакта (ТД) необходимо постоянно поддерживать температуру коллекторов +70…+80 °С. Это позволит минимизировать износ и повреждения изоляции связанный с объёмным и линейным перемещением медных проводников (ТД).

Стабилизация температуры коллекторов возможна на электровозах:

- со ступенчатым регулированием частоты вращения мотор - вентиляторов (МВ) в течении всего года  - в летний период эксплуатации при номинальном расходе воздуха Qн (частота питающего тока приводных двигателей вентиляторов f=50 Гц), уменьшенном расходе воздуха Q меньше Qн (частота питающего тока f=25 Гц) и отключении вентиляции (Q=0); в зимний период времени при Q=Qн (f=50 Гц) и Q вращения (МВ) лишь в летний период при вентиляции Q=Qн и её отключении Q=0.

На первом этапе оптимизации работы (ТД) стабилизацию температуры их коллекторов желательно осуществить на электровозах ВЛ80т, ВЛ80с и ВЛ80р. Которые имеют четыре вентилятора (на ВЛ80с по системе многих единиц – шесть вентиляторов), обеспечивающие охлаждение тяговых двигателей. Датчиком tк может служить термосопротивление, установленное на минусовом щёткодержателе на высоте 0,3…0,5 мм от коллектора, термопара, вмонтированная в специальную измерительную щётку, термосопротивления и термопары, контролирующие температуру входящего и выходящего из тягового двигателя воздуха или одной из обмоток (компенсационной, дополнительных полюсов), связанной непосредственно с якорем. При контроле температуры коллектора по температуре компенсационной обмотки могут быть использованы биметаллические реле или позисторы. Возможно применение радиометрической системы контроля температуры коллектора (ТД). Опыт эксплуатации системы бесконтактного контроля якорей двигателей электровозов ВЛ60, в основу которой положен метод радиометрии, показал её сложность и пониженную надёжность в условиях тяжёлых динамических воздействий и интенсивной вентиляции (ТД) воздухом, содержащим пыль, влагу и снег.

В разработанной системе температурной стабилизации тяговых двигателей  (рисунок 9.1) датчик контролирует температуру коллектора по температуре (КО) лишь одного из восьми (двенадцати) двигателей электровоза. Для надёжной работы все (ТД) электровоза оборудуются системой непрерывной диагностики температуры, которая подаёт световой  сигнал в кабине машиниста. На втором тяговом двигателе установлены два дополнительных датчика контроля температуры RK38  и RK37, которые работают следующим образом: при достижении температуры коллектора tк=80 °С, на которую настроен датчик RK37, срабатывает устройство температурного контроля УТК7 и подаёт питание на катушку реле KV201 в цепи катушки контактора КМ121 (рисунок 9.2 (а)), реле KV201 подаёт напряжение на катушку реле KV193, реле KV193 включается. Через блокировку KV193 и собственную блокировку КМ121 подаётся напряжение на катушку электромагнитного контактора КМ121, электромагнитный контактор включается и размыкает собственную блокировку КМ121, но напряжение на нём остаётся достаточным для того, чтобы остаться во включенном положении – оно поступает через сопротивление R121 и ограничено им. Электромагнитный контактор КМ121 включает преобразователь частоты ПЧ50/25 (рисунок 9.3), катушка реле KV192 (рисунок 9.2 (в)) теряет питание и реле отключается, блокировки KV191 размыкаются, снимая тем самым напряжение с катушек электромагнитных контакторов КМ11 – КМ14 (рисунок 9.2 (б)). Электромагнитные контакторы КМ11 – КМ14 отключаются, прекращая питание мотор – вентиляторов М11 – М14 напряжением частотой      50 Гц. Через промежуток времени Т=4…6 сек отключается реле времени КТ111, блокировки КТ111 замыкаясь  подают питание на катушки электромагнитных контакторов КМ111 и КМ113. электромагнитные контакторы включаются, их собственные блокировки замыкаются и подают питание на катушки электромагнитных контакторов КМ112 и КМ114, электромагнитные контакторы КМ112 и КМ114 включаются. Включившись электромагнитные контакторы КМ112 и КМ114 подают напряжение частотой 25 Гц на мотор – вентиляторы М11 – М14.

Хотя электромагнитные контакторы КМ112 и КМ114 включаются позже на 0,3…0,5 сек., схема работает стабильно.

При снижении температуры коллектора tк до 70 °С срабатывает датчик RK38, который подаёт питание на устройство температурного контроля УТК8, которое в свою очередь запитывает катушку реле KV202, реле KV202 размыкает цепь питания катушки KV193.

Катушка реле KV193 теряет питание, реле KV193 отключается. Теряет питание катушка электромагнитного контактора КМ121, электромагнитный контактор КМ121 выключается, тем самым отключая преобразователь частоты ПЧ50/25.

Подаётся напряжение через блокировку KV193 на катушки реле KV192 и КТ111, реле KV192 и КТ111 включаются одновременно. Процесс замыкания блокировок KV193 происходит одновременно с размыканием блокировок КТ111, то есть практически одновременно происходит включение электромагнитных контакторов КМ11 – КМ14 и отключение электромагнитных контакторов КМ111 – КМ114.

Включившись электромагнитные контакторы КМ11 – КМ14 подают напряжение частотой 50 Гц на мотор – вентиляторы М11 – М14.