Асинхронные двигатели для вагонов метрополитена, выпускаемые разными заводами-изготовителями, конструктивно аналогичны, т.к. созданы на основе двигателя ТАД 280М 4У2 производства АЭК «Динамо». Двигатели имеют принципиально одинаковое устройство: габариты, конструкционные размеры, обмоточные данные и др. Устройство асинхронного тягового двигателя рассмотрим на примере двигателя ДТА 170 У2 производства АО «Рижский электромашинострои-тельный завод» (принципиальные отличия будут отмечены как примечание).
Рис. 6. Тяговые электродвигатели. Общий вид.
Трехфазные асинхронные тяговые двигатели ДТА 170 У2 предназначены для установки на вагонах метрополитена для приведения вагона в движение и создания тормозной силы при электрическом торможении. Двигатель является составной частью асинхронного тягового электропривода и рассчитан для питания от инвертора напряжения.
Двигатель ДТА 170 У2 – самовентилируемый четырехполюсный двигатель с короткозамкнутым ротором. В обозначении двигателя: ДТА – двигатель тяговый асинхронный; 170 –мощность в кВт; У2 – климатическое исполнение и категория размещения.
3.1 Основные параметры двигателя:
Мощность часового режима – 170 кВт Номинальный режим работы – повторно-кратковременный S2-60 мин. (с длительностью рабочего периода неизменной нагрузки 60 мин.) Номинальное линейное напряжение – 530 В Номинальная частота тока – 43 Гц Максимальная частота тока– 120 Гц Номинальный линейный ток - 237 А Номинальная частота вращения - 1290 об/мин. Максимальная частота вращения – 3600 об/мин. Номинальное скольжение – не менее 1,5 % КПД – 0,92 Перегрузочная способность (Mmax/Мном) – 3,5 Шаг по пазам обмотки статора 1-12 Масса двигателя – 765 кг.
Двигатель состоит из статора, ротора и двух подшипниковых щитов. Разрез двигателя представлен на рис. 7.
Рис. 7. Двигатель ДТА 170У2: 1 – станина, 2 – сердечник, 3 – обмотка статора, 4 – стержень обмотки ротора, 5 – сердечник ротора, 6 – сегментная шпонка, 7 – закорачивающее кольцо, 8, 9 – подшипниковый щит, 10 – вентиляторное колесо, 11 – вентиляционное отверстие, 12 – защитная сетка, 13,14 – подшипник, 15,16 – крышка подшипника, 17 – клемная коробка, 18 – болт сливного отверстия, 19 – болт заземления, 20 – корпус установки ДЧВ, 21 – шестерня ДЧВ, 22 – вал ротора, 23 – заглушка, 24 – устройство добавления смазки.
3.2 Статор
Статор – неподвижная часть двигателя – состоит из станины 1, сердечника 2 и обмотки 3.
3.2.1 Станина
Станина 1 статора имеет цилиндрическую форму и отлита из конструкционной стали. Крепление двигателя к тележке вагона осуществляется с помощью кронштейнов, отлитых заодно со станиной. Станина так же имеет приливы, предохраняющие двигатель от падения в случае нарушения целостности крепления. Перемещение двигателя при монтаже осуществляется за транспортировочные отверстия в кронштейнах. Со стороны выходного вала станина имеет вентиляционные отверстия, закрытые сетками 12. Торцевые части станины имеют расточку и резьбовые отверстия для установки переднего 8 и заднего 9 подшипниковых щитов.
Рис. 8. Установка сердечника в станине.
К боковой поверхности станины приваривается коробка выводов 17 с тремя отверстиями для подвода кабелей от преобразователя. Для заземления двигателя предусмотрен заземляющий болт 19, который расположен на боковой грани станины со стороны коробки выводов и обозначен табличкой с указанием знака заземления. На внутренней поверхности станины имеются продольные ребра, образующие аксиальные вентиляционные каналы (рис. 8). Для спуска влаги, появляющейся в процессе эксплуатации двигателя, в станине имеются два сливных отверстия, заглушенные болтами 18. Каждый двигатель, выпускаемый изготовителем, имеет на корпусе табличку с основными техническими данными: тип, заводской номер, масса и дата изготовления двигателя.
3.2.2 Сердечник статора
Сердечник статора 2 (рис. 7) набран из штампованных изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и установлен через усиливающие листы в станину между буртом и сегментными шпонками 6, предохраняющими сердечник от осевого смещения. Фрагмент листа сердечника представлен на рис. 9. На внутренней поверхности собранного сердечника образуются углубления (пазы), в которые укладываются секции обмотки 3 (рис. 7).
Рис. 9. Фрагмент листа сердечника статора
3.2.3 Обмотка статора
Обмотка статора двухслойная петлевая, выполнена из 60-ти ромбовидных жестких секций (рис.10). Каждая секция состоит из восьми витков прямоугольного медного эмалированного провода сечением 1,8 х 6,3 мм. Витки изолированы лентой, пропитанной лаком.
Активные части обмотки закреплены в пазах стекло-текстолитовыми изоляцион-ными клиньями. Расположение секций в пазу представлено на рис.11.Общая изоляция секции выполнена слюдянитовой лентой. Секции уложены шагом 1-12.
Рис.10. Секция обмотки статора.
Схема обмотки статора представлена на рис. 12. Пунктирной линией показана пазовая часть секции в нижнем слое паза. Обмотка статора состоит из трех фазных обмоток, которые образованы из четырех катушечных групп (по пять секций в каждой), включенных параллельно.
Рис.11. Расположение проводников обмотки статора в пазу
Обозначение выводов – U,V, W.Соединения секций выполнено пайкой со стороны заднего подшипникового щита. Паяные соединения изолированы. Фазные обмотки глухим соединением включены по схеме «звезда». Выводные концы обмотки крепятся в коробке 17.
Рис. 12. Схема статорной обмотки.
3.3 Ротор
Подвижная часть двигателя – ротор – состоит из вала 22, сердечника 5 с короткозамкнутой обмоткой и вентиляторного колеса 10.
3.3.1 Вал ротора
Вал ротора изготовлен из высокопрочной стали и имеет конический рабочий выходной конец для соединения с тяговой передачей. На валу имеются участки разных диаметров для размещения на них составных частей ротора. В средней части вала имеются выступ (бурт), кольцевая выточка под стопорное кольцо, а так же осевая канавка под шпонку.
3.3.2 Сердечник ротора
Рис. 13. Фрагмент листа сердечника ротора.
Между буртом и стопорным кольцом посредством шпонки закреплен сердечник 5, представляющий собой пакет штампованных изолированных пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В пластинах выштампованы пазы под обмотку, отверстия для установки на вал и вентиляции. Фрагмент пластины и конфигурация паза представлены на рис. 13. Жесткость пакету придают крайние пластины толщиной 5 мм. В собранном виде у поверхности сердечника образуются полузакрытые пазы, а в теле сердечника вентиляционные каналы.
3.3.3 Обмотка ротора
В пазы сердечника вставляются медные стержни 4 сечением 5,6 х 22 мм, выступающие концы которых замкнуты накоротко медными кольцами 7. При этом образуется короткозамкнутая обмотка, равномерно распределенная по окружности ротора. Электрическое соединение выполнено методом газовой сварки с медным присадочным материалом. Более поздняя технология предусматривает метод индукционной пайки стержней к кольцам ротора с серебряной присадкой. Такое соединение обеспечивает повышенное качество электрического соединения и надежности машины.
3.3.4 Вентилятор
Для обеспечения движения воздуха внутри двигателя на валу ротора установлено вентиляторное колесо 10. Примечание. Обмотка ротора двигателя ТАДВМ-280 Владимирского завода выполнена методом литья из алюминия, при этом заодно с короткозамыкающими кольцами отлиты вентиляционные лопатки, обеспечивающие движение охлаждающего воздуха.
3.4 Подшипниковые щиты
Подшипниковые щиты – передний 8 и задний 9 – являются опорой подшипников ротора и представляют собой фасонные стальные отливки. Они вставляются расточку станины и закрепляются болтами, ввернутыми в торцевую часть станины. В подшипниковых щитах установлены однорядные подшипники качения открытого исполнения с токоизолирующим покрытием на наружной обойме. Оно обеспечивает исключение электрической связи вала ротора со статором. Со стороны приводного конца вала установлен роликовый подшипник, с противоположной стороны – упорный шариковый, фиксирующий положение ротора и поглощающий осевое давление от редуктора.
Подшипники закрыты внутренними и наружными крышками 15 и 16. Лабиринтные уплотнения, которыми снабжены крышки, удерживают смазку и защищают подшипники, что обеспечивают увеличение срока службы смазки. В подшипниках применена смазка Литол-24. Конструкция подшипниковых узлов предусматривает возможность пополнения смазки через выведенные наружу трубки.
Задний подшипниковый щит имеет вентиляционные окна 11, которые закрыты крышками с металлическими сетками.
3.5 Вентиляция
По конструкции двигатель является самовентилируемым. Под действием вращающегося вентиляторного колеса наружный воздух поступает через отверстия в подшипниковом щите, обтекает лобовые части обмотки статора как со стороны соединений, так и со стороны привода, а так же сердечники статора и ротора и выбрасывается наружу через вентиляционные отверстия станины со стороны привода. Внутри машины охлаждающий воздух проходит тремя путями:
- по каналам, образованным сердечником статора и внутренними ребрами станины;
- через воздушный зазор между статором и ротором;
- по аксиальным каналам сердечника ротора.
Примечание: Движение охлаждающего воздуха в двигателе ТАДВМ-280 Владимирского завода обеспечивается лопатками на короткозамыкающих кольцах обмотки ротора.
3.6 Датчик частоты вращения ротора.
Для формирования управляющего воздействия на инвертор тягового тока, его блок управления (БУТП) получает информацию о частоте вращения роторов тяговых электродвигателей. Для этого на валу каждого двигателя установлено зубчатое колесо 21, закрепленное болтами в торец вала. В металлическом корпусе 20, прикрепленном к заднему подшипниковому щиту, с зазором 0,6 мм устанавливается датчик частоты вращения ДЧВ 25, подключенный к блоку управления тяговым приводом. При вращении зубчатого колеса в датчике вырабатываются импульсы с частотой, пропорциональной скорости вращения ротора.
Рис. 14. Датчик частоты вращения.
