RU101281U1 - ELECTRIC MACHINE CONVERTER - Google Patents

Abstract

1. Электромашинный преобразователь, содержащий остов двигателя, главные и дополнительные полюсы, остов генератора, статор генератора с обмоткой, ротор генератора с обмоткой, подшипниковые щиты, вал, вентилятор, отличающийся тем, что два коллектора и две якорные обмотки двигателя из одновитковых секций установлены в общем пакете якоря и соединены через коллектор последовательно, при этом магнитная система индуктора двигателя - общая для обеих обмоток якоря, что обеспечивает равные напряжения на коллекторах и уменьшение межламельных напряжений на коллекторах. ! 2. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что два одинаковых арочного типа коллектора выполнены с болтовым креплением коллекторной втулки. ! 3. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что ротор генератора шихтован из выштамповок, содержащих ярмо и четыре полюсных выступа с отверстиями, в которые при сборке полюсов вставляют стержни, в которые винтами привертывают полюсные башмаки, набранные из листовой стали. ! 4. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что обмотка статора, размещенная в полузакрытых пазах, выполнена всыпной и состоит из четырех параллельных ветвей. ! 5. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что диаметр якоря двигателя составляет 423 мм, длина якоря 265 мм, число пазов 43, число коллекторных пластин в каждом коллекторе 343. ! 6. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что диаметр расточки статора генератора составляет 350 мм, длина пакета статора 170 мм, число пазов 36, число полюсов 4. ! 7. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что полюсы рот� 1. An electric machine converter containing a core of a motor, main and additional poles, a core of a generator, a stator of a generator with a winding, a rotor of a generator with a winding, bearing shields, a shaft, a fan, characterized in that two collectors and two anchor windings of the engine from single-turn sections are installed in the common package of the armature and connected through the collector in series, while the magnetic system of the motor inductor is common to both armature windings, which ensures equal voltage across the collectors and reduces inter-lamella voltage being exerted on the collectors. ! 2. The electrical machine converter according to claim 1, characterized in that two identical arched type collectors are bolted to the collector sleeve. ! 3. The electric machine converter according to claim 1, characterized in that the generator rotor is lined with punchings containing a yoke and four pole projections with holes, into which, when assembling the poles, rods are inserted into which pole shoes assembled from sheet steel are screwed. ! 4. The electric machine converter according to claim 1, characterized in that the stator winding placed in the half-closed grooves is made loose and consists of four parallel branches. ! 5. The electric machine converter according to claim 1, characterized in that the diameter of the motor armature is 423 mm, the armature length is 265 mm, the number of slots 43, the number of collector plates in each collector 343.! 6. The electric machine converter according to claim 1, characterized in that the diameter of the bore of the generator stator is 350 mm, the length of the stator package is 170 mm, the number of grooves is 36, the number of poles 4.! 7. The electrical machine converter according to claim 1, characterized in that the poles of the mouth

Description

Полезная модель относится к области электромеханики и в частности к электрическим машинам, применяемым в электрооборудовании электротранспорта.The utility model relates to the field of electromechanics and, in particular, to electrical machines used in electrical equipment of electric vehicles.

В электрооборудовнии электропоездов в качестве источников электроэнергии для питания двигателей компрессоров, кондиционеров, цепей управления и других потребителей используются электромашинные преобразователи, состоящие из двигателя постоянного тока и синхронного генератора трехфазного тока частотой 50 Гц и напряжением 230 В. Двигатели преобразователей должны обеспечивать надежную работу в диапазоне изменения напряжения контактной сети от 2200 В до 4000 В и нагрузок генератора от холостого хода до максимального значения нагрузки.In electric equipment of electric trains, electric machine converters consisting of a direct current motor and a three-phase synchronous generator with a frequency of 50 Hz and a voltage of 230 V are used as sources of electricity for powering the engines of compressors, air conditioners, control circuits, and other consumers. The motors of the converters must ensure reliable operation in the range of variation contact voltage from 2200 V to 4000 V and generator loads from idle to the maximum load value.

Известны конструкции двигателей преобразователей с одним коллектором и одной обмоткой якоря (см. Цукало П.В., Ерошкин Н.Г. «Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р», М, «Транспорт», 1986 г.) [1].There are known designs of converter motors with one collector and one armature winding (see Tsukalo P.V., Eroshkin N.G. “Electric trains ER2 and ER2R”, M, “Transport”, 1986) [1].

Эту конструкцию выбираем в качестве прототипа.This design is selected as a prototype.

Недостатком такой конструкции преобразователей с одноколлекторным двигателем является то, что при напряжении контактной сети 4000 В межламельные напряжения на коллекторе достигают значений 72 В, при которых появляется вероятность возникновения кругового огня и выхода двигателя из строя. Существенным недостатком такой конструкции преобразователей является то, что из-за ограничений по габаритным размерам из условий установки на электропоезде нет возможности увеличить мощность преобразователя, а секция обмотки якоря для обеспечения требуемых рабочих характеристик двигателя выполняется трехвитковой, что значительно увеличивает реактивную э.д.с. и ухудшает коммутацию.The disadvantage of this design of converters with a single-engined motor is that when the voltage of the contact network is 4000 V, the interlamellar voltages on the collector reach 72 V, at which there is a likelihood of a round fire and engine failure. A significant drawback of this design of the converters is that due to limitations in overall dimensions from the installation conditions on the electric train, it is not possible to increase the power of the converter, and the armature winding section is three-turn to ensure the required engine performance, which significantly increases the reactive emf. and degrades switching.

Задачей заявленной полезной модели является увеличение коммутационной устойчивости преобразователя во всех диапазонах рабочих напряжений контактной сети и нагрузок генератора от холостого хода до максимального значения нагрузки.The objective of the claimed utility model is to increase the switching stability of the converter in all ranges of operating voltage of the contact network and generator loads from idle to the maximum load value.

К техническим результатам, достигаемым от реализации заявленной полезной модели можно отнести повышение надежности работы преобразователя, улучшение энергетических показателей и увеличение его мощности.The technical results achieved from the implementation of the claimed utility model include improving the reliability of the converter, improving energy performance and increasing its power.

Задача достигается за счет того, что в представленной конструкции преобразователя, содержащего остов двигателя, главные и дополнительные полюсы, остов генератора, статор генератора с обмоткой, ротор генератора с обмоткой, подшипниковые щиты, вал, вентилятор, два коллектора и две якорные обмотки двигателя соединены через коллектор последовательно, при этом магнитная система индуктора двигателя - общая для обеих обмоток якоря, что обеспечивает равные напряжения на коллекторах и уменьшение межламельных напряжений на коллекторах в два раза.The task is achieved due to the fact that in the presented design of the converter containing the core of the engine, the main and additional poles, the core of the generator, the stator of the generator with a winding, the rotor of the generator with a winding, bearing shields, a shaft, a fan, two collectors and two anchor windings of the engine are connected through the collector is sequential, while the magnetic system of the motor inductor is common for both armature windings, which ensures equal voltage on the collectors and halves the inter-lamella voltage on the collectors .

Отличительными признаками предлагаемого преобразователя от указанного выше известного являются наличие того, что две якорные обмотки двигателя из одновитковых секций установлены в общем пакете якоря, при этом магнитная система индуктора двигателя - общая для обеих обмоток якоря, два одинаковых арочного типа коллектора выполнены с болтовым креплением коллекторной втулки. Благодаря наличию двух одинаковых коллекторов снижаются потенциальные и межламельные напряжения на коллекторах ниже уровня возникновения кругового огня.Distinctive features of the proposed converter from the above-mentioned known one are the fact that two anchor motor windings from single-turn sections are installed in a common armature package, while the magnetic inductor system of the motor is common to both armature windings, two identical arched collector types are made with bolt-on collector sleeve . Due to the presence of two identical collectors, potential and interlamella stresses on the collectors are reduced below the level of occurrence of circular fire.

Особенностью констукции предлагаемого преобразователя является то, что ротор генератора шихтован из выштамповок, содержащих ярмо и четыре полюсных выступа с отверстиями, в которые при сборке полюсов вставляют стержни и винтами привертывают полюсные башмаки, набранные из листовой стали. Листы ротора шихтуют на роторную втулку и фиксируют шпонками, приваренными к корпусу втулки.A feature of the design of the proposed converter is that the generator rotor is lined with stampings containing a yoke and four pole projections with holes, into which, when assembling the poles, the rods are inserted and the pole shoes made of sheet steel are screwed. The sheets of the rotor are loaded onto the rotor sleeve and fixed with keys welded to the body of the sleeve.

Обмотка статора, размещенная в полузакрытых пазах, выполнена всыпной и состоит из четырех параллельных ветвей. В преобразователе осуществляется аксиальная вентиляция алюминиевым вентилятором с неравномерно расположенными лопатками, насаженным на вал со стороны, противоположной генератору.The stator winding, placed in half-closed grooves, is made loose and consists of four parallel branches. In the converter, axial ventilation is carried out by an aluminum fan with unevenly distributed blades mounted on the shaft from the side opposite to the generator.

Воздух забирается через воздуховод со стороны генератора и выбрасывается через отверстия в подшипниковом щите и жалюзи. Такая система вентиляции выгодно отличается от системы в прототипе, т.к. не требуется второй воздуховод.Air is drawn in through the air duct on the generator side and discharged through openings in the bearing shield and louvres. Such a ventilation system compares favorably with the system in the prototype, because no second duct required.

В предлагаемом решении появляются новые свойства улучшения конструкции преобразователя, содержащего остов двигателя, главные и дополнительные полюсы, остов генератора, статор генератора с всыпной обмоткой, подшипниковые щиты, вал, вентилятор, ротор генератора, шихтованный из выштамповок с числом выступов, равным числу полюсов с отверстиями, в которые при сборке полюсов вставляют стержни для привертывания винтами полюсных башмаков, набранных из листовой стали, два коллектора, две якорные обмотки двигателя из одновитковых секций установлены в общем пакете якоря, при этом магнитная система индуктора двигателя - общая для обеих обмоток якоря, что обеспечивает равные напряжения на коллекторах и уменьшение межламельных напряжений на коллекторах в два раза.The proposed solution introduces new properties for improving the design of the converter containing the core of the engine, main and additional poles, the core of the generator, the stator of the generator with loose winding, bearing shields, shaft, fan, generator rotor, burst from punchings with the number of protrusions equal to the number of poles with holes in which, when assembling the poles, inserting rods for screwing the pole shoes assembled from sheet steel, two collectors, two anchor windings of the engine from single-turn sections are installed Lena generally anchor the package, wherein the magnetic system of the engine inductor - common to both armature windings that ensures equal voltage on the collectors and decrease the collector voltage mezhlamelnyh twice.

В преобразователе осуществляется аксиальная вентиляция, при которой воздух забирается через воздуховод со стороны генератора и выбрасывается через отверстия в подшипниковом щите и жалюзи, при этом не требуется второй воздуховод.Axial ventilation is carried out in the converter, in which air is taken in through the air duct from the generator side and ejected through openings in the bearing shield and louvres, without the need for a second air duct.

Таким образом, предлагаемая конструкция преобразователя обладает наличием новых существенных признаков, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.Thus, the proposed design of the Converter has the presence of new significant features that ensure the achievement of the claimed technical result.

На Фиг.1 показан предлагаемый электромашинный преобразователь в продольном разрезе, на Фиг.2 в поперечном разрезе.In Fig.1 shows the proposed electric machine converter in longitudinal section, in Fig.2 in cross section.

Преобразователь содержит остов 1 двигателя, выполненный из стального литья и имеет четыре прилива для подвески его к раме вагона, подшипниковые щиты 2, 3 выполнены в виде отливок из углеродистой стали, главные полюы 5, дополнительные полюсы 6, коллекторы 7, 8, остов генератора 9, пакет статора 10 генератора, обмотка статора 11 генератора, вал 12, вентилятор 13, якорные обмотки 14, 15 двигателя, крышки 16 коллекторных люков для осмотра и обслуживания щеток и коллекторов, траверсы 17, ротор 18 генератора, установленный на выступающем конце вала, обмотка 19 ротора, коробка выводов 26, крышка 27 люка для осмотра и обслуживания щеток генератора, крышка воздухозаборника 29. Моноблоки главных 5, дополнительных 6 полюсов и катушки 19 обмотки ротора выполнены с применением изоляции типа «монолит», которая обеспечивает высокую надежность крепления катушек к сердечникам и улучшенную теплоотдачу. Обмотки 14, 15 якоря - волновые.The converter contains a steel core 1 of the engine made of steel casting and has four tides for hanging it to the carriage frame, bearing shields 2, 3 are made in the form of carbon steel castings, main poles 5, additional poles 6, collectors 7, 8, generator skeleton 9 , generator stator package 10, generator stator winding 11, shaft 12, fan 13, motor anchor windings 14, 15, collector manhole covers 16 for inspection and maintenance of brushes and collectors, beam 17, generator rotor 18 mounted on the protruding end of the shaft, winding 19 mouth RA, terminal box 26, manhole cover 27 for inspection and maintenance of the generator brushes, air intake cover 29. Monoblocks of the main 5, additional 6 poles and coils 19 of the rotor winding are made using monolith type insulation, which ensures high reliability of the coils to the cores and improved heat dissipation. Windings 14, 15 of the armature are wave.

Ротор 18 генератора из выштамповок электротехнической стали шихтован на стальную втулку 20. При сборке в полюсы вставляют стержни 21, в которые винтами 22 привертывают полюсные башмаки 23, набранные из листовой стали.The rotor 18 of the generator from die-cuts of electrical steel is lined onto a steel sleeve 20. When assembling, the rods 21 are inserted into the poles, into which the pole shoes 23 assembled from sheet steel are screwed with screws 22.

В двигателе преобразователя установлены по четыре щеткодержателя 24 на каждый коллектор. На втулку 20 ротора насажены контактные кольца 25, опрессованные пластмассой. В литых корпусах щеткодержателей установлены щетки ЭГ-61А, имеющие размеры 10×16×25 мм. Корпусы щеткодержателей прикреплены к травесам 17, установленным на выточках подшипниковых щитов 2, 3. В отверстия полюсных башмаков 23 вставлены восемь шпилек 27, на которых закреплены кольца 28 с отверстиями, используемые для закрепления балансировочных грузов. В подшипниковом щите 2 установлен роликовый подшипник 80-32322М, а в подшипниковом щите 3 - роликовый подшипник 80-92320К1.The converter motor has four brush holders 24 for each collector. On the sleeve 20 of the rotor are mounted contact rings 25, crimped with plastic. EG-61A brushes with dimensions 10 × 16 × 25 mm are installed in the molded cases of the brush holders. The brush holder housings are attached to the yokes 17 mounted on the recesses of the bearing shields 2, 3. Eight studs 27 are inserted into the holes of the pole shoes 23, on which rings 28 with holes are used, which are used to secure the balancing weights. An 80-32322M roller bearing is installed in the bearing shield 2, and an 80-92320K1 roller bearing is installed in the bearing shield 3.

Степень защиты преобразователя от внешних воздействий: для коллекторых люков двигателя - IP54, остальное IP22 по ГОСТ 17494-87. Способ охлаждения - 1С11 (самовентиляция) по ГОСТ 20459-87.The degree of protection of the converter from external influences: for collector engine hatches - IP54, the rest is IP22 according to GOST 17494-87. The cooling method is 1C11 (self-ventilation) according to GOST 20459-87.

В двигателе диаметр якоря выполнен 423 мм, длина якоря 265 мм, число пазов 43, число коллекторных пластин в каждом коллекторе 343. Применение одновитковых секций в отличие от прототипа позволило избежать наличия «мертвых» секций в якорях, что улучшает коммутацию.In the engine, the diameter of the armature is 423 mm, the length of the armature is 265 mm, the number of grooves is 43, the number of collector plates in each collector is 343. The use of single-turn sections, unlike the prototype, made it possible to avoid the presence of “dead” sections in the anchors, which improves commutation.

В генераторе: диаметр расточки статора 350 мм, длина пакета 170 мм, число пазов 36, число полюсов 4, число параллельных ветвей 4.In the generator: the diameter of the stator bore 350 mm, the package length 170 mm, the number of grooves 36, the number of poles 4, the number of parallel branches 4.

Параметры предлагаемого преобразователя приведены в таблицеThe parameters of the proposed Converter are shown in the table

№ п/пNo. p / p Наименование параметровName of parameters Значение параметровParameter Value   ГенераторGenerator 1one Мощность продолжительного режима S1, кВтContinuous power S1, kW 5555 2.2. Напряжение линейное, ВLinear voltage, V 230230 3.3. Ток в режиме S1, АCurrent in S1, A mode 173173 4.four. Номинальная частота вращения, об/минNominal rotation speed, rpm 15001500 5.5. Номинальная частота тока, ГцRated current frequency, Hz 50fifty   ДвигательEngine 6.6. Напряжение номинальное, кВRated voltage, kV 3,03.0 7.7. Ток в режиме S1, АCurrent in S1, A mode 25,225,2 8.8. Диапазон изменения напряжения, кВVoltage variation range, kV 2,2-4,02.2-4.0 9.9. Мощность продолжительного режима S1, кВтContinuous power S1, kW 75,675.6 10.10. Межламельные напряжения при U=4000 ВInterlaminar voltages at U = 4000 V 3636 11.eleven. К.П.Д преобразователя в режиме S1, %KPD of the converter in S1 mode,% 7979

Габаритные и установочные размеры предлагаемого преобразователя совпадают с размерами серийных преобразователей, что обеспечивает возможность установки его вместо серийных 1ПВ6 и НПВ-44/38.The overall and installation dimensions of the proposed converter coincide with the dimensions of the serial converters, which makes it possible to install it instead of the serial 1PV6 and NPV-44/38.

Удельная металлоемкость преобразователя снижена в 1,4 раза и состаляет 37,3 кг/кВт против 53,9 кг/кВт у серийного преобразователя 1ПВ6.The specific metal consumption of the converter is reduced by 1.4 times and amounts to 37.3 kg / kW versus 53.9 kg / kW for the serial 1PV6 converter.

Применение ряда конструктивных мер позволило при увеличенной мощности предлагаемого преобразователя снизить потенциальные и межламельные напряжения на коллекторе ниже уровня возникновения кругового огня во всех диапазонах рабочих напряжений, что значительно повысило эксплуатационную надежность. При этом улучшается система электроснабжения собственных нужд электроподвижного состава в т.ч. по энергетическим показателям.The use of a number of design measures allowed, with the increased power of the proposed converter, to reduce potential and interlamella stresses on the collector below the level of occurrence of circular fire in all ranges of operating voltages, which significantly increased operational reliability. At the same time, the power supply system for the auxiliary needs of electric rolling stock is improved, including according to energy indicators.

Преобразователь выполнен из традиционных конструкционных материалов и может быть изготовлен в условиях серийного или опытного производства.The converter is made of traditional structural materials and can be manufactured in serial or pilot production.

Claims (7)

1. Электромашинный преобразователь, содержащий остов двигателя, главные и дополнительные полюсы, остов генератора, статор генератора с обмоткой, ротор генератора с обмоткой, подшипниковые щиты, вал, вентилятор, отличающийся тем, что два коллектора и две якорные обмотки двигателя из одновитковых секций установлены в общем пакете якоря и соединены через коллектор последовательно, при этом магнитная система индуктора двигателя - общая для обеих обмоток якоря, что обеспечивает равные напряжения на коллекторах и уменьшение межламельных напряжений на коллекторах.1. An electric machine converter containing a core of a motor, main and additional poles, a core of a generator, a stator of a generator with a winding, a rotor of a generator with a winding, bearing shields, a shaft, a fan, characterized in that two collectors and two anchor windings of the engine from single-turn sections are installed in the common package of the armature and connected through the collector in series, while the magnetic system of the motor inductor is common to both armature windings, which ensures equal voltage across the collectors and reduces inter-lamella voltage being exerted on the collectors. 2. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что два одинаковых арочного типа коллектора выполнены с болтовым креплением коллекторной втулки.2. The electrical machine converter according to claim 1, characterized in that two identical arched type collectors are bolted to the collector sleeve. 3. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что ротор генератора шихтован из выштамповок, содержащих ярмо и четыре полюсных выступа с отверстиями, в которые при сборке полюсов вставляют стержни, в которые винтами привертывают полюсные башмаки, набранные из листовой стали.3. The electric machine converter according to claim 1, characterized in that the generator rotor is lined with punchings containing a yoke and four pole projections with holes, into which, when assembling the poles, rods are inserted into which pole shoes assembled from sheet steel are screwed. 4. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что обмотка статора, размещенная в полузакрытых пазах, выполнена всыпной и состоит из четырех параллельных ветвей.4. The electric machine converter according to claim 1, characterized in that the stator winding placed in the half-closed grooves is made loose and consists of four parallel branches. 5. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что диаметр якоря двигателя составляет 423 мм, длина якоря 265 мм, число пазов 43, число коллекторных пластин в каждом коллекторе 343.5. The electric machine converter according to claim 1, characterized in that the diameter of the motor armature is 423 mm, the armature length is 265 mm, the number of slots 43, the number of collector plates in each collector 343. 6. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что диаметр расточки статора генератора составляет 350 мм, длина пакета статора 170 мм, число пазов 36, число полюсов 4.6. The electric machine converter according to claim 1, characterized in that the diameter of the stator bore of the generator is 350 mm, the length of the stator package is 170 mm, the number of grooves 36, the number of poles 4. 7. Электромашинный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что полюсы ротора генератора набраны из отдельных стальных листов и укреплены на роторной втулке болтами.

7. The electrical machine converter according to claim 1, characterized in that the poles of the generator rotor are assembled from separate steel sheets and bolted to the rotor sleeve.