Скалин А.В., Бухтеев В.Ф., Кононов В.Е. Электрические машины и аккумуляторные батареи тепловозов (конструкция, ремонт и испытание). — М.: Желдориздат, Трансинфо. 2005, — 232 с.

Введение
Тяговые генераторы, возбудители, преобразователи и тяговые электродвигатели тепловоза работают при значительных колебаниях нагрузки, напряжения и температуры в зависимости от массы поезда, профиля пути, скорости движения и длительности нагрузки.
Тяговые электрические машины тепловозов располагаются в стесненных по габаритам условиях, поэтому все их узлы должны выполняться с минимально возможной массой при достаточной прочности и максимальной надежности.
Основные размеры и масса машины определяется ее расчетной мощностью, частотой вращения и величинами электрических и магнитных нагрузок. Кроме того, величина массы машины зависит от совершенства ее конструкции и качества использованных материалов. Габариты тяговых генераторов ограничены габаритом кузова, а габариты тяговых двигателей ограничиваются диаметром колес и расстоянием от головки рельса до рамы кузова.
В результате перегрузки током машины могут чрезмерно перегреваться. Периодические нагревы и охлаждение обмоток и изоляции, имеющих различные коэффициенты теплового расширения, вызывают механический износ и старение изоляции.
Тяговые электрические машины работают при переменных нагрузках. При трогании тепловоза с места, переходе с одной ступени регулирования тягового электродвигателя на другую, при электрическом пуске дизеля и других условиях имеют место скачкообразное изменение тока в силовой цепи, что ухудшает условия коммутации машин. Кроме того, коммутация осложняется механическими причинами. Вибрация и резкие динамические нагрузки вызывают отрыв щеток от коллектора, что может быть причиной разрушения последних, подгорание рабочей поверхности коллектора и появление кругового огня.
Якоря машин, подшипники и подшипниковые щиты испытывают большие механические нагрузки. Особенно это касается тяговых электродвигателей, которые располагаются под кузовом и подразделяются на подрессоренные, частично подрессоренные и не подрессоренные. Узлы таких машин испытывают значительные динамические усилия при прохождении тепловозом рельсовых стыков, стрелочных переводов, кривых участков пути и других неровностей. Электрические машины тепловозов работают при различных кли­матических условиях. Окружающая среда может содержать много пыли и влаги. Колебания температуры окружающей среды могут составлять от -50° до +50°С. При таких условиях важно обеспечить достаточное охлаждение и вентиляцию, высокоэффективную очис­тку охлаждающего воздуха от пыли и влаги, достаточно высокую термостойкость и влагостойкость изоляции.
Для каждой серии тепловоза заводом-изготовителем устанавливается расчетная скорость движения, определяемая длительным то­ком и нагревом обмоток электрических машин. Для поддержания заданного температурного режима электрических машин предусмот­рена вентиляция машин: самовентиляция — для тяговых генерато­ров мощностью ниже 2000 кВт и вспомогательных машин; принудительная вентиляция — для тяговых электродвигателей и централизованное воздухоснабжение — для мощных современных тепловозов.
Таким образом, к тепловозным тяговым электрическим машинам предъявляются следующие требования:

1. Минимальная масса, габариты, стоимость при высокой эксплуатационной надежности.
2. Высокая устойчивость к динамическим нагрузкам и, в коммутационном отношении, к резким изменениям тока.
3. Высокая термостойкость и влагостойкость изоляции.
4. Эффективная вентиляция с защитой от проникновения грязи, пыли, влаги.
5. Возможно наибольшая унификация узлов и деталей, унификация электрических машин для различных серий тепловозов.
6. Высокая экономичность.

На сети дорог примерно 35—45% всех случаев выхода из строя тепловозов с требованием резерва приходится на электрическое оборудование. Если все неисправности по электрооборудованию при­нять за 100%, то на повреждение тяговых генераторов приходится 10—14%, на тяговые электродвигатели — 40—45%
Неисправности электромашин тепловоза не являются неизбежными. Наряду с качеством изготовления и ремонта электромашин огромную роль в профилактике неисправностей играет его технически грамотная эксплуатация и правильное обслуживание локомотивными бригадами.

Содержание
Введение
1. Работа тяговых электрических машин в энергетической цепи тепловозов
1.1. Особенности работы электрических машин на тепловозе
1.2. Автоматическое регулирование тяговых генераторов тепловозов
1.3. Регулирование тяговых электродвигателей
2. Конструкция тяговых электрических машин тепловозов
2.1. Общие сведения
2.2. Тяговые генераторы постоянного тока
2.3. Тяговые генераторы типа TD-802 (ЧМЭ-3)
2.4.Тяговые синхронные генераторы
2.5. Тяговые агрегаты
2.6. Тяговые электродвигатели постоянного тока
2.7 . Назначение и устройство тягового электродвигателя типаТЕ-006
2.8. Тяговые электродвигатели переменного тока
3. Вспомогательные электрические машины
3.1. Двухмашинные агрегаты
3.2. Синхронные возбудители и подвозбудители
3.3. Стартер-генератор ПСГ
3.4. Электродвигатели привода компрессора
3.5. Вспомогательные электрические машины постоянного тока
3.6. Вспомогательные электрические машины переменного тока
3.7 . Электродвигатели привода вентиляторов охлаждения тормозных резисторов
3.8. Тахогенераторы
4. Тепловозные аккумуляторные батареи
4.1. Кислотные и щелочные аккумуляторы
4.2. Работа аккумуляторных батарей при разряде и заряде
4.3. Щелочные аккумуляторные батареи
5. Техническое обслуживание электрических машин
5.1. Характеристика неисправностей электрических машин
5.2. Уход за электрическими машинами в эксплуатации
5.3. Техническое обслуживание электрических машин в эксплуатации
6. Текущий ремонт электрических машин
6.1. Объем работ, выполняемых при текущем ремонте ТР-3
6.2. Очистка и разборка электрических машин
6.3. Ремонт и контроль деталей остова (статора) электрических машин
6.4. Ремонт и контроль якорных подшипников
6.5. Проверки и ремонт якоря
6.6. Основные технические требования по сушке и пропитке обмоток якорей и полюсных катушек
6.7. Вакуумно-нагнетательная пропитка и сушка якоря тягового электродвигателя
6.8. Ремонт щеткодержателей и их кронштейнов
6.9. Ремонт синхронного генератора
6.10. Ремонт контактных колец и щеткодержателей
7. Сборка электрических машин
7.1. Общие требования.
7.2. Сборка магнитной системы
7.3. Сборка подшипниковых узлов.
7.4. Установка якоря и окончательная сборка
7.5. Основные чертежные и допускаемые размеры электрических машин в эксплуатации
8. Ремонт и испытание тягового электродвигателя ТЕ-006 тепловоза ЧМЭЗ
8.1. Контроль состояния и устранение повреждений деталей
8.2 Сборка тягового двигателя ТЕ-006
8.3. Проверка работы и послеремонтные испытания ТЭД типа ТЕ-006 тепловоза ЧМЭЗ
9. Испытание тяговых электрических машин тепловозов
9.1. Диагностика технического состояния электрических машин
9.2. Проверка сопротивления изоляции электрических машин
9.3. Проверка степени увлажнения изоляции
9.4. Определение степени искрения коллекторных машин
9.5. Измерение сопротивления обмоток электрических машин
9.6. Проверка электрической прочности изоляции
9.7. Проверка электрической прочности межвитковой изоляции
9.8. Контроль паяных соединений
9.9. Контрольные испытания тяговых электрических машин и вспомогательных генераторов
10. Ремонт и обслуживание аккумуляторных батарей
10.1. Назначение и принцип работы
10.2. Характеристики аккумуляторов и условия их работы
10.3. Основные условия обслуживания и ремонта аккумуляторных батарей
10.4. Требования по уходу за кислотной и щелочной батареями
10.5. Восстановление работоспособности «больных» элементов кислотной и щелочной батарей
10.6. Техника безопасности при работе с аккумуляторными батареями
11. Тяговые электрические машины для вновь строящихся тепловозов

Устройство электрических машин тепловоза

13.6. Электрические машины тепловоза

На тепловозах применяют электрические машины различных видов: тяговые (главные) генераторы, вспомогательные и стартеры-генераторы для питания вспомогательных агрегатов, тяговые электродвигатели, возбудители и подвозбудители, электродвигатели привода различных механизмов (насосов, вентиляторов и т.п.). Тяговые генераторы и тяговые электродвигатели относятся к основным электрическим машинам тепловозов с электропередачей, а остальные машины — к вспомогательным.

Тяговый генератор тепловоза

Он превращает механическую энергию дизеля в электрическую для питания тяговых электродвигателей. При запуске дизеля тяговый генератор выполняет роль стартера, т. е. раскручивает коленчатый вал до наименьшей частоты вращения, при которой обеспечивается самовоспламенение поданного в цилиндры дизеля топлива.

На тепловозах применяют генераторы самовентилирующиеся и с принудительной вентиляцией. В первом случае вентилятор крепят к валу или корпусу якоря генератора, а во втором привод вентилятора осуществляется от коленчатого вала дизеля или от электродвигателя. Генераторы сравнительно малой мощности (до 1300 кВт) имеют самовентиляцию, воздух для охлаждения всасывается из-под капота

или дизельного помещения. Тяговые генераторы большой мощности имеют принудительную вентиляцию. Охлаждающий воздух засасывается через люки в боковых стенках кузова тепловоза и проходит через специальные фильтры.

Устройство тяговых генераторов различных типов имеет свои особенности. Наиболее типичными являются генераторы ГП311Б постоянного тока и ГС501А переменного тока.

Тяговый генератор типа ГП-311Б постоянного тока установлен на тепловозах серии ТЭ10. Основные части генератора — станина и якорь. В станине размещены главные и добавочные полюсы. Якорь включает вал, корпус якоря, сердечник, обмотку, коллектор и детали крепления. Генератор имеет один подшипниковый щит со стороны коллектора, в котором смонтирован роликовый подшипник и установлены щеткодержатели. Современные тяговые генераторы тепловозов имеют якоря с укороченным валом.

Тяговый синхронный генератор типа ГС501А является двенадцатиполюсной машиной с активной мощностью 2190 кВт. Он имеет принудительную осевую вентиляцию с забором воздуха извне и очисткой его специальными фильтрами. Вход воздуха — со стороны привода, выброс — со стороны токосъемных колец через боковые патрубки щита.

Для перспективных магистральных тепловозов и газотурбово-зов, чтобы уменьшить общие габаритные размеры и массу, упростить привод и улучшить компоновку оборудования, тяговые и вспомогательные синхронные генераторы выполняют в виде единого электрогенераторного агрегата.

Тяговые электродвигатели тепловоза

Все тяговые электродвигатели по конструкции принципиально одинаковы. Различия их в основном заключаются в способе закрепления (подвески) на тележке, размещении и способе подачи смазки в моторно-осевые подшипники. Наиболее типичными из выпускаемых и осваиваемых на перспективу являются электродвигатели ЭД-118Б и ЭД-125Б. Они представляют собой четырехполюсные реверсивные электрические машины постоянного тока последовательного возбуждения с независимой принудительной вентиляцией, работают с номинальной мощностью в широком диапазоне частоты вращения якоря. По конструкции тепловозные электродвигатели аналогичны электровозным (см. рис. 12.16).

Некоторые принципиальные отличия свойственны шестиполюсным тяговым электродвигателям ЭД126 тепловозов 2ТЭ121: они имеют рамное подвешивание; вал их якоря полый.

Существенные отличия по конструкции и принципу работы имеет создаваемый для опытных тепловозов с электропередачей переменного тока тяговый асинхронный электродвигатель ЭД900. Он проще по конструкции.

Возбудители и вспомогательные генераторы тепловоза

Возбудители предназначены для питания постоянным током обмотки независимого возбуждения тягового генератора непосредственно или через выпрямительную установку (синхронные), а вспомогательные генераторы — для питания различных нагрузок собственных нужд тепловоза (заряд аккумуляторной батареи, питание цепей управления и освещения, электродвигателей привода насосов, вентиляторов и др.). На тепловозах применяют возбудители постоянного тока с продольно-расщепленными (ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, ТЭМ2) или с поперечно-расщепленными полюсами (ТЭ3), синхронные высокочастотные возбудители трехфазного тока (ТЭ10 первых выпусков) и генераторы постоянного тока нормального исполнения, имеющие две обмотки возбуждения (ТЭ10, 2ТЭ10Л, ТЭП60, ТЭ40). На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока в качестве возбудителя используют синхронные генераторы однофазного тока повышенной частоты с независимым возбуждением. Вспомогательные генераторы являются машинами постоянного тока с параллельным возбуждением. Часто возбудитель и вспомогательный генератор объединяют в одну электрическую машину, имеющую общий вал якорей, — это двухмашинный агрегат. Он имеет разъемную станину, шесть главных и пять добавочных полюсов.

Якоря возбудителя и вспомогательного генератора различаются только длиной. В средней части вала якорей установлено вентиляторное колесо, прогоняющее воздух для охлаждения машины.

Синхронный подвозбудитель ВС 652. Он предназначен для питания через амплистат и выпрямитель обмотки независимого возбуждения, представляет собой четырехполюсную синхронную машину.

Стартер-генератор ПСГ. В режиме двигателя его используют для пуска дизеля на некоторых тепловозах при питании от аккумуляторной батареи, затем — в качестве вспомогательного генерато-

ра для питания различных потребителей собственных нужд тепловоза. Он представляет собой машину постоянного тока, аналогичную по устройству генератору.

Аккумуляторная батарея тепловоза

Питание тягового генератора при пуске дизеля и цепей управления и освещения при неработающем дизеле осуществляется от аккумуляторной батареи емкостью 450 А-ч. На тепловозах применяют кислотные (свинцовые) и щелочные (железоникелевые) аккумуляторные батареи, которые состоят из последовательно соединенных элементов. Щелочные аккумуляторные батареи саморазряжаются медленнее, чем свинцовые, и имеют большой срок службы. Однако они обладают меньшими коэффициентами отдачи и энергии, большим весом и стоимостью.