ВОЗМОЖНЫЕ  НЕИСПРАВНОСТИ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  МАШИН

Шалаев  Александр  Сергеевич

студент  4  курса,  специальность  Техническая  эксплуатация  подвижного  состава  железных  дорог  ВТЖТ-филиал  РГУПС,  РФ,  г.  Волгоград

E-mail:  radvtgt@mail.ru

Гордиенко  Александр  Викторович

заведующий  отделением  ВТЖТ-филиал  РГУПС,  РФ,  г.  Волгоград

Состояние  локомотивного  парка  железнодорожного  транспорта  характеризуется  удельным  количеством  отказов  оборудования  различных  систем  и  узлов  электровозов,  которое  варьируется  в  широких  пределах  как  по  ТПС  в  целом,  так  и  по  видам  оборудования  систем  и  узлов.

В  период  эксплуатации  электрических  машин  тягового  подвижного  состава  (ТПС),  как  показал  длительный  опыт,  встречается  ряд  характерных  неисправностей.  Прежде  всего  это  понижение  сопротивления  изоляции,  возникающее  обычно  при  попадании  в  электрическую  машину  влаги,  масла  и  грязи.  Для  устранения  неисправности  электрическую  машину  очищают  и  сушат.  Значительное  понижение  сопротивления  изоляции  может  привести  к  ее  пробою.  Пробои  изоляции  могут  также  возникнуть  из-за  ее  механических  повреждений  или  из-за  перебросов  (перекрытий)  внутри  машины  [1,  с.  153].

Перекрытие  по  коллектору  часто  сопровождается  круговым  огнем  с  перебросом  на  корпус  и  выгоранием  деталей  машины,  попавших  в  область  горения  дуги.  Причиной  перебросов  обычно  является  загрязнение  и  замасливание  коллектора,  скопление  угольной  пыли  в  межламельных  канавках.  Следует  помнить,  что  коллектор  —  один  из  главнейших  узлов  машины  постоянного  тока,  определяющий  ее  общее  состояние.  На  поверхности  коллектора  отражается  как  нарушение  режима  эксплуатации,  так  и  наличие  скрытых  дефектов  в  самой  машине.  Своевременный  осмотр  поверхности  коллектора  может  помочь  обнаружить  и  определить  неисправность.  Для  устранения  последствий  пробоя  и  перебросов  вышедшую  из  строя  катушку  или  секцию  заменяют,  изоляцию  восстанавливают.

При  нарушениях  нормальной  эксплуатации  или  появлении  какой-либо  неисправности  в  машине  (в  обмотке  якоря,  магнитопроводе  или  в  щеточном  аппарате)  цвет  коллекторных  пластин  изменяется.  Таким  образом,  по  состоянию  поверхности  коллектора  можно  судить  о  состоянии  электрической  машины.

Разные  цвета  коллекторных  пластин,  без  подгара,  могут  быть  следствием  временной  перегрузки  в  результате  нарушения  коммутации.  При  дальнейшей  нормальной  эксплуатации  это  явление  может  исчезнуть,  и  в  таких  случаях  проведение  каких-либо  профилактических  мероприятий  не  требуется.  Однако  в  случае  устойчивого  изменения  цвета  отдельных  пластин  или  всего  коллектора,  исчезновения  глянца,  появления  подгара  с  соответствующей  закономерностью  или  без  нее,  неравномерной  выработки  и  т.  д.  необходимо  принятие  определенных  мер.

Подгар  каждой  третьей  коллекторной  пластины.  Возможны  два  случая  такой  неисправности:  подгар  пластины,  подсоединенной  к  крайнему  витку  паза;  подгар  пластины,  соединенной  с  уравнителем.  В  первом  случае  причиной  подгара  является  неудовлетворительная  коммутация  из-за  плохой  отладки  на  ремонтном  заводе  или  нарушения  в  процессе  эксплуатации.  Электрические  машины  с  таким  подгаром  некоторое  время  могут  находиться  в  эксплуатации.  Однако  длительная  работа  их  без  шлифовки  коллектора  из-за  различных  коэффициентов  трения  чистых  и  подгоревших  пластин  может  привести  к  прогрессирующему  подгару  всего  коллектора  и  выходу  его  из  строя.  Такие  машины  при  первой  возможности  необходимо  снять  с  ТПС  для  отладки  коммутации.

Подгорание  каждой  третьей  пластины,  соединенной  с  уравнителем,  обычно  происходит  при  использовании  щеток  различных  марок  и  длительной  эксплуатации  тяговых  электродвигателей,  имеющих  щетки  со  значительными  сколами.

Подгар  каждой  второй  пластины.  На  некоторых  электрических  машинах  при  общем  подгаре  коллектора  имел  место  явно  выраженный  подгар  каждой  второй  пластины.  Причиной  этого  дефекта  может  быть  неустойчивый  контакт  щетки  с  отдельными  коллекторными  пластинами  из-за  вибрации  щеток  при  петлевой  двухходовой  обмотке.  Необходимо  проверить  нажатие  щеток  и  при  необходимости  установить  требуемое  нажатие.

Подгар  пластин  коллектора  без  закономерности.  В  отдельных  случаях  наблюдается  подгар  большого  количества  пластин  коллектора,  расположенных  без  какой-либо  закономерности.  Степень  подгара  пластин  при  этом  может  быть  различной.  Причина  подгара  —  повышенная  вибрация  ТЭД,  вызывающая  отрыв  щеток  от  коллектора,  искрение  щетки  и  повышенный  нагрев  коллектора.  Необходимо  устранить  вибрацию,  а  коллектор  проточить  [2,  с.  129—134].

Перегрев  коллектора.  При  перегреве  коллектор  приобретает  фиолетовый  оттенок  с  цветами  побежалости.  Перегрев  якоря  выше  допустимой  температуры  приводит  к  полной  или  частичной  распайке  коллектора.  Чаще  всего  перегрев  происходит  из-за  неисправности  системы  охлаждения  коллекторного  люка  тяговых  электродвигателей.

Причиной  перегрева  может  быть  также  неправильное  распределение  охлаждающего  воздуха  между  тяговыми  электродвигателями.  При  технических  обслуживаниях  тяговых  электродвигателей  необходимо  обращать  внимание  на  состояние  пружин  крышек  коллекторного  люка,  а  также  проверять  прочность  закрепления  бобышек  и  при  необходимости  закреплять  их  подваркой.  Перегрев  коллектора  может  также  произойти  из-за  электрощёток,  имеющих  повышенный  коэффициент  трения  (более  твердые  щетки),  а  также  из-за  несимметричной  нагрузки  якоря  или  перегрузки  тягового  электродвигателя.  Причиной  несимметричной  нагрузки  якоря  может  быть  обрыв  соединения  одной  из  цепей  магнитной  системы  или  неисправность  одной  из  катушек.  Перегрузка  одного  или  двух  тяговых  электродвигателей  при  нормальном  нагрузочном  режиме  может  произойти  из-за  несоответствия  их  скоростных  характеристик  характеристикам  остальных  электродвигателей.  Такие  двигатели  снимают  с  ТПС  и  эксплуатируют  с  тяговыми  двигателями,  имеющими  подобную  характеристику.  Причины  искрения,  кругового  огня  и  меры  их  предупреждения.  Для  электрической  машины  в  условиях  тяги  при  длительной  эксплуатации  искрение  и  круговой  огонь  не  являются  редким  исключением.  При  этом  искрение  может  не  наносить  ей  заметного  ущерба,  но  может  привести  к  выходу  из  строя.  Искрение  (возникновение  дуг)  может  быть  между  коллекторной  пластиной  и  задней  кромкой  щетки  из-за  неудачной  отладки  коммутации,  между  одной  или  несколькими  парами  соседних  коллекторных  пластин  из-за  наличия  токопроводящей  пыли  между  ними;  высокого  межламельного  напряжения  от  искажения  поля,  вызываемого  толчковой  нагрузкой;  от  утечки  тока  по  поверхности  изоляции  между  коллектором  или  обмоткой  и  корпусом  машины  —  из-за  загрязнения  или  увлажнения  машин  и  т.  д.  Это  искрение  при  определенных,  условиях  может  перейти  в  круговой  огонь.  Круговым  огнем  называется  мгновенный  переброс  с  силой  взрыва  тока  с  одного  щеткодержателя  на  другой.  При  этом  всегда  происходит  обгар  коллекторных  пластин  и  щеткодержателей.  Понижение  сопротивления  изоляции  из-за  загрязнения  может  также  вызвать  круговой  огонь.  Наиболее  опасно  скопление  грязи  вблизи  коллектора  на  изоляторах  щеткодержателей,  миканитовом  конусе  коллектора,  петушках.  Если  здесь  сопротивление  изоляции  понижается  настолько,  что  не  выдерживает  напряжение,  то  происходит  пробой,  цепь  замыкается  накоротко  и  ток  течет  поперек  коллекторных  пластин  вместо  того,  чтобы  течь  по  обмотке  якоря.  Возникает  круговой  огонь.  Таким  образом,  для  нормальной  работы  электрической  машины  части,  прилегающие  к  коллектору,  должны  иметь  хорошую  изоляцию,  чистую  глянцевую  поверхность,  не  задерживающую  пыль.  Коллекторный  бандаж  должен  плотно  прилегать  к  миканитовому  конусу,  под  него  не  должна  проникать  токопроводящая  пыль.

Понижение  сопротивления  изоляции  машины  вызывается  также  наличием  токопроводящей  пыли  и  на  обмотке  якоря.  В  процессе  эксплуатации,  вследствие  старения  изоляции  и  температурных  перемещений  в  изоляции  катушек  якорей  возникают  трещины. 

И  еще  что  необходимо  сделать  в  первую  очередь  —  это  повысить  стабильность  качества  электрощеток.  Данная  марка  —  лучшая  из  отечественных  для  тяговых  двигателей  магистральных  электровозов.  По  своим  техническим  параметрам  допустимой  плотности  тока,  окружной  скорости  коллектора,  коэффициенту  трения,  механической  прочности  —  она  не  уступает,  а  по  некоторым  параметрам  превосходит  щетки  ведущих  зарубежных  фирм.  Однако  в  последние  годы  наблюдается  нестабильность  технических  характеристик  щеток  серийного  производства.

Определенные  резервы  повышения  надежности  щеточно-коллекторного  узла  заложены  в  дальнейшем  совершенствовании  его  конструкции  и  технологии  изготовления.  Прежде  всего,  необходимо  повысить  поверхностную  электрическую  прочность  и  трекингостойкость  изоляционных  деталей  —  пальцев  кронштейнов  щеткодержателей,  изоляционного  вылета  манжеты  конуса  коллектора.

На  современном  ТПС  внедряется  регулируемая  система  вентиляции,  и  тяговые  двигатели  большую  часть  времени  работают  при  сниженном  расходе  обдуваемого  воздуха  до  1/3  номинальной  величины.  К  сожалению,  это  приводит  к  недостаточно  интенсивному  выносу  электропроводящих  продуктов  износа  щеток,  их  осаждению  на  изоляционных  деталях  и  при  сопутствующем  увлажнении  —  к  поверхностному  электрическому  перекрытию.

В  связи  с  этим  в  качестве  первоначальных  мер  можно  предложить:

Переход  на  конструкцию  изоляционных  пальцев  из  дугостойкого  и  трекингостойкого  прессовочного  материала  аминопласт  МФЕ-2  вместо  серийного  материала  АГ-4В  при  изготовлении  новых  и  капитальном  ремонте  эксплуатируемых  двигателей; 

Нанесение  на  изоляционный  вылет  конуса  коллектора  фторопластового  трекингостойкого  покрытия. 

В  настоящее  время  изоляционные  системы  обеспечивают  ресурс  работы  без  замены  изоляции  на  пробег  5  млн.  км.  Среди  них  можно  отметить  четыре  основных.

Одна  из  них  —  система  «Монолит»  класса  нагревостойкости  F.  Она  используется  для  якорей,  главных  и  добавочных  полюсов  моноблочного  исполнения  на  основе  непропитанных  или  предварительно  пропитанных  стеклослюдинитовых  с  вакуум-нагревательной  пропиткой  в  эпоксидном  компаунде.  Система  отличается  наивысшей  из  используемых  систем  влагостойкостью,  теплопроводностью  и  механической  прочностью.  Может  быть  рекомендована  также  для  модернизации  тяговых  двигателей  НБ-418,  ТЛ2К  при  капитальных  ремонтах  с  заменой  изоляции.  Соответствующие  конструктивные  проработки  для  тяговых  двигателей  НБ-418К6  имеются  и  внедряются,  например,  на  Улан-Уденском  локомотивном  заводе.

Положительный  эффект  от  замены  ранее  использованной  системы  изоляции  якоря  ВЭС-2  с  пропиткой  в  лаке  ФЛ-98  позволяет  одновременно  с  конструктивным  решением  по  открытию  головок  якорных  катушек  в  задней  лобовой  части,  системы  изоляции  катушек  главных  полюсов  класса  нагревостойкости  Н  на  основе  миканитовых  лент  ЛМК-ТТ  с  послойной  промазкой  лаком  КО-919  в  2  раза  повысить  расчетный  ресурс  изоляции.  Также  при  этом  в  1,5  раза  можно  снизить  номинальный  расход  вентилирующего  воздуха  и  в  3  раза  затраты  на  вентиляцию.  Следующая  изоляционная  система  —  класса  нагревостойкости  F.  Она  предназначена  для  компенсационных  обмоток  на  основе  предварительно  пропитанных  в  эпоксидном  составе  стеклослюдинитовых  лент  с  прохождением  пазовой  части  промазочным  компаундом  К-110  и  токовой  термообработкой  после  укладки  проводов  в  пазы.  Система  обладает  высокой  влагостойкостью,  теплопроводностью  и  обеспечивает  надежное  закрепление  обмотки  в  пазах.

Изоляционная  система  класса  нагревостойкости  Н  основана  на  полиамидных  пленках  с  пропиткой  в  кремнийорганическом  лаке  КО-916  (обмотка  якоря)  или  с  промазкой  и  токовой  выпечкой  (компенсационные  обмотки).  Система  из-за  малой  толщины  корпусной  изоляции  имеет  достаточно  высокую  теплопроводность  и  позволяет  повысить  токовую  нагрузку  обмотки  благодаря  увеличению  сечения  меди  в  пазу. 

И,  наконец,  система  класса  нагревостойкости  С  на  основе  непропитанных  стеклослюдинитовых  лент  с  пропиткой  в  кремнийорганическом  компаунде.  Единственным  опытом  ее  применения  являются  статоры  асинхронных  тяговых  двигателей  НТА-1200  электровоза  ЭП10.  Здесь  использованы  изоляционные  материалы  фирмы  «Фон-Рол-Изола»,  и  система  имеет  наименование  «Веридур».  В  коллекторных  тяговых  двигателях  данная  система  может  быть  успешно  применена  в  якорях  и,  возможно  в  моноблоках  главных  и  дополнительных  полюсов  [3,  с.  22—29].

Обладая  наилучшим  набором  технических  характеристик  (высокой  электрической  прочностью,  теплопроводностью,  влагостойкостью),  она  должна  стать  альтернативой  трем  перечисленным  системам  при  проектировании  перспективных  электрических  машин.  Отечественные  аналоги  данной  изоляции  в  настоящее  время  активно  предлагаются  ЗАО  «Электроизолит»  и  ОАО  ХК  «Элинар».

Список  литературы: 

1. Золкин  А.Л.  Исследование  процессов  износа  коллекторов  тяговых  электродвигателей  //  Наука,  инновации  и  образование:  актуальные  проблемы  развития  транспортного  комплекса  России:  материалы  международной  научно-технической  конференции.  Екатеринбург:  УрГУПС,  2006.  —  С.  153—154.
2. Шантаренко  С.Г.,  Белан  Д.Ю.,  Лаптев  А.А.,  Пономарев  Е.В.  //  Термодинамические  процессы  в  тяговом  электродвигателе.  Вестник  РГУПС.  Ростов-на-Дону,  2009.  —  С.  129—134.
3. Харламов  В.В.,  С.Г.  Шантаренко,  Ю.Я.  Безбородов.  Повышение  качества  изготовления  и  ремонта  коллекторов  тяговых  электродвигателей  подвижного  состава  //  Вестник  РГУПС.  №  2.  Ростов-н/Д.,  2005.  —  С.  22—29.