0 
Исходя из того, что уровень продаж электромобилей не только в Украине, но и во всем мире безудержно возрастает, у двигателя внутреннего сгорания появился довольно серьезный конкурент. Много автолюбителей предпочитают электрический привод, и не мудрено, он и экономичнее и экологичнее. К слову, на сегодня, электродвигатель удивляет нас своим разнообразием. Мы не будем углубляться и говорить о всех его видах, а сделаем акцент именно на тяговом электродвигателе. Многие автоконструкторы, несомненно, станут утверждать о том, что данная силовая установка уже активно эксплуатируется на электровозах, электропоездах, большегрузных автомобилях с электроприводом, и даже на танках и самоходных кранах. Они будут совершенно правы.
Исходя из вышеперечисленных транспортных средств, тяговой электродвигатель является мощным силовым агрегатом. Так к чему же мы упоминали электромобили? Как оказалось, они тоже оборудуются данной силовой установкой, которая «зажила» среди конструкторов электромобилей довольно высокую популярность. Что ж, давайте познакомимся с конструкцией данного мотора, а также рассмотрим принцип его работы и возможные неисправности. Итак начнем…
1. Устройство тягового электродвигателя
К тому же, тяговые электродвигатели железнодорожных и городских транспортных средств приводятся в эксплуатацию в довольно сложных погодных условиях, в пыльном и влажном воздухе. Исходя из этого, разработчики конструкции тяговых электродвигателей обязательно располагают на усовершенствованную электрическую и механическую прочность узлов и деталей, теплостойкую и влагостойкую изоляцию токоведущих обмоток и частей, устойчивую коммутацию двигателей. Итак, давайте детально рассмотрим, из чего же состоит тяговой электродвигатель, и сделаем краткую характеристику каждого из составляющих. Если говорить в целом, можно сказать, что как и любые другие двигатели с постоянным током, тяговой электродвижок состоит из якоря, щеткодержателя и щетки, а также из остова с полюсами.
Теперь обо всех деталях по порядку. Якорь тягового электродвигателя состоит из сердечника, обмотки, коллектора и вала. Вал якоря, как правило, изготавливают из специальной стали с повышенным качеством. Но, как показывает практика, валы тоже «стареют» и их приходится менять. Исходя из этого, листы сердечника собирают не на валу, а непосредственно на специальной втулке. В таком случае, данная конструкция способствует выпрессовыванию вала из втулки, при этом не разбирая сердечник, обмотку и коллектор.
Как правило, одним из основных и достаточно важных и ответственных узлов в данном двигателе является коллектор. Он является частью, которая терпит наибольшие нагрузки в электрическом отношении. В основном условиями его надежной работы ограничиваются предельные мощности тяговых двигателей.
Коллекторы современных тяговых двигателей имеют в диаметре свыше 800 мм, число пластин составляет 600.
Щетки и щеткодержатели в тяговом электродвигателе являются одним целым. Сквозь щетки, которые установлены на щеткодержателях, проходит электрический ток, который подводится прямиком к обмотке якоря тягового двигателя. Материалом, из которого изготавливаются щетки для тяговых электродвигателей, является графит, который получают при нагревании антрацита, сажи, кокса в электрической печи. За счет материала, из которого сделаны щетки, они получили название электрографитизированных. Во время изготовления таких деталей, конструкторы прослеживают за тем, чтобы они характеризировались высоким переходным сопротивлением и низким коэффициентом трения, а также обладали упругостью и износоустойчивостью.
В свою очередь, конструкция щеткодержателя включает в себя корпус и кронштейн, соединённые между собой с помощью болта. Для того чтобы крепление и электрический контакт корпуса и кронштейна был более надежным и тесным, соприкасающиеся поверхности имеют рифлёную поверхность. Очень важно, чтобы щеткодержатель находился в изоляции от остова электродвигателя. Поэтому кронштейны щеткодержателей крепятся к остову или подшипниковым щитам с использованием изоляторов.
Теперь поговорим об остове. В составе тягового электродвигателя остов одновременно выполняет роль магнитопровода, так как к нему крепятся главные и дополнительные полюса. Как правило, остов должен проделывать минимальное сопротивление прохождению магнитного потока. Исходя из этого, его изготавливают из стали, которая обладает хорошими магнитными свойствами.
2. Как работает тяговой электродвигатель
Как правило, современный электромобиль комплектуется электрическим двигателем, который может быть как постоянного, так и переменного тока. Основной задачей какого-либо электрического двигателя является передача крутящего момента на движитель электромобиля.
Тяговой электродвигатель работает по определенному принципу, который основывается на том, что образуемое обмоткой статора вращающееся магнитное поле наводит ток в короткозамкнутой обмотке ротора и под воздействием электромагнитных сил заставляет ротор вращаться.
Рассмотрим, как это все происходит на действии. Итак, как правило, в магнитное поле (в данном случае оно создается благодаря постоянному магниту) помещают якорь с обмотками - обмотку из медной изолированной проволоки. В свою очередь, от какого-либо источника тока поступает постоянный ток, который проходит по обмотке. После этого, вокруг проводника, который проводит через себя электрический ток, возникает магнитное поле. Помимо магнитного поля, которое образуется благодаря току, протекающему через проводник, существует еще и магнитное поле постоянного магнита. Они воздействуют между собой и в результате образуется сила, которая стремится повернуть проводник в определенную сторону.
Куда будет направлено действие этой силы (а следовательно, и направление вращения) можно определить воспользовавшись правилом левой руки. Следуя правилу, если расположить левую руку так, чтобы в ладонь входили магнитные силовые линии (из северного полюса магнита в южный), а пальцы разместить в сторону направления движения тока, проходящего через проводник, то отставленный в сторону большой палец покажет направление движения проводника.
В итоге, рамка поворачивается против часовой стрелки вплоть до того времени, пока не займет определенную позицию. В последнем случае, ток по ее цепи проходить не будет, но все же, даже тогда она будет двигаться по инерции до тех пор пока не займет соответствующего положения. В данном положении, по рамке опять пройдет ток в прежнем направлении, что говорит о том, что он будет производить магнитное поле, которое во время взаимодействия с полем магнита, будет стремиться к поворачиванию рамки против часовой стрелки. И тут приходит на помощь коллектор. Как правило, коллектор, который предназначается для поддержания направления тока в обмотке электродвигателя при ее оборачивании неизменимым, состоит из двух медных полуцилиндров, которые располагаются в изоляции друг от друга и дотрагиваются до щеток.
Если бы его не было, то рамка, после того как она займет определенное положение, должна будет сделать остановку, так как, согласно правилу левой руки, сила взаимодействия магнитных полей рамки и магнита будет стремиться возвратить рамку в определенную позицию. В интернете существует много схем, на которых этот процесс представлен наглядно. Теперь давайте разбираться, каких неисправностей и поломок тягового электродвигателя нужно ждать и как провести разумную диагностику поломки. Читаем ниже.
3. Неисправности тягового электродвигателя
Прежде, чем детализировать примеры неисправностей тягового электродвигателя, важно сказать, что все неисправности электрических автомобилей, можно в целом разделить на поломки электрических и механических частей. Нас более всего интересует электрическая часть, поэтому говоря о неисправностях, мы должны обязательно упомянуть понижение сопротивления изоляции, механические разрушения, старение изоляции, пробои.
Если говорить о токопроводящих проводах, частыми неисправностями последних являются трещины и надломы, износ, перегрев и расплавление контактных соединений. Говоря о механических частях, неисправностями есть трещины валов якорей и подшипниковых щитов, уменьшение посадки малого зубчатого колеса на конусной части вала и внутренних колец подшипников на шейках вала якоря тягового движка, крышки моторно-осевых подшипников, деформирование горловин остовов и ослабление подшипниковых щитов в остовах, износ вкладышей и деформирование деталей моторно-осевых подшипников, ослабление болтов, крепящих полюсы, разрушение сепараторов подшипников, щеткодержатели, просадка и поломка пружин подвески тяговых двигателей.
В следствии загрязнения и увлажнения поверхности, а также попадания в электромобиль, влаги, пыли и масла, часто происходит снижение сопротивления изоляции токопроводящих частей. Для восстановления защитных свойств изоляции нужно проделать качественную очистку поверхности изоляции, а затем вскрыть эмалью. Также нужно всегда помнить, что достаточно глубокое проникновение влаги затребует дополнительного обсушивания.
В большинстве случаев, при довольно значительном понижении сопротивления изоляции, или же при каких-либо механических повреждениях изоляции и межвитковых замыканиях в катушках, но только довольно реже, происходят пробои изоляции обмоток на корпус. Такое может произойти и в случае замыкания между двумя изолированными проводниками или старения изоляции. Если диагностика проблемы показывает именно на данную неисправность, для того чтобы ее устранить, нужно настроиться на ремонт, или же заменить катушку (обмотку).
Еще одной неисправностью тягового двигателя может быть искрение на коллекторе, которое, в зависимости от степени загрязнении и замасливании коллектора, может быть разной интенсивности. Пиковой точкой искрения является образования на коллекторе кругового огня – мощной дуги, которая производит замыкание между разноименными щетками. В момент образования такой дуги, может случиться переброс ее на корпус. При этом происходит оплавление деталей автомобиля, которые попали в область огненной дуги. Помимо загрязнения и ненадлежащего обслуживания коллекторно-щеточного узла существуют и другие причины возникновения данной неисправности. Среди них можно выделить неравномерную выработку коллектора или же механические повреждения, а также сильное скопление угольной пыли в межламельных канавках.
С какой стороны обойти данную проблему? Для начала эксперты советуют про диагностировать уровень интенсивности перекрытия. Как правило, в некоторых случаях можно обойтись только очисткой и промывкой коллектора и щеточного аппарата, а также заменой щеток, которые вышли уже из строя. В этом же случае возможен и продув коллекторной камеры сухим сжатым воздухом. В других, более сложных случаях, потребуется ремонт и замена всех деталей и узлов, которые вышли из строя.
Также вы можете обнаружить незначительные подгары, или неглубокие задиры на коллекторе, которые можно удачно устранить зачисткой и шлифованием коллектора, которое, как правило, производят брусками или мелким шлифовальным полотном, находящимся на деревянной колодке с профилем, который должен соответствовать диаметру коллектора. Каждому автолюбителю важно не забывать, что во время какой-либо механической обработки верхнего слоя коллектора, с него «сдирается» оксидная пленка (политура), а это может стать причиной ухудшения коммутации. В связи с этим, нужно знать о зачищении и полировке рабочей поверхности коллектора, в том случае, когда удаление загрязнения или подгара чистой салфеткой, раньше смоченной в техническом спирте или в авиационном бензине стает невозможным.
Можно судить о нормальном состоянии коллектора тогда, когда все коллекторные пластины обладают одинаковым цветом от светло-коричневого до блестяще-черного с разнообразными оттенками, которые, в свою очередь, зависят от марки щеток и меди, а также частоты вращения якоря, относительной влажности воздуха, температуры коллектора, плотности тока и других характеристик.
Если говорить о политуре, можно сказать что, в зависимости от шероховатости поверхности коллектора и марки щеток она может нарабатываться за несколько часов или суток.
Важно отметить, что применяемые на тяговых генераторах двухходовые обмотки способны создать на верхнем слое коллектора различную расцветку коллекторных пластин, а именно две темные и одна светлая или одна светлая и одна темная.
В том случае, когда коллектор обладает глянцевой политурой, то расцветка, которая чередуется не буде вызывать подгара. Когда же прослеживается изменение поверхности коллектора, которая становится матовой, подгары коллекторных пластин становятся неизбежными. Причины нарушения коммутации можно разделить на два типа: электрического и механического характера. Если говорить о первых, о можно упомянуть о сдвиге щеток с нейтрали, нарушении цепи обмотки добавочных полюсов, в частности, ослаблении межкатушечных соединений, работе при неисправных (сколотых или сильно изношенных) щетках, вибрации щеток и тд. Во время эксплуатации щеток важно следить, чтобы износ последних не переваливал за половину.
К причинам механического характера можно отнести отклонение в процессе эксплуатации от правильной формы коллектора(эксцентричность, эллиптичность,местные биения ). Помимо этого на рассмотрение можно взять и его повреждение при попадании каких-либо посторонних предметов.
Устранить плохую коммутацию можно лишь поделав качественную диагностику ее возникновения. Если же вы обнаружили отклонения в форме или же повреждение коллектора, вам следует проделать проточку.
Можно говорить и о такой неисправности как, распайка петушков коллектора, которая возникает в период чрезмерного перегрева машины (длительные перегрузки, нарушение вентиляции ) или как в следствии перекрытия. Данную проблему можно исправить только отремонтировав якорь.
Как правило, те места изоляции, которые подвергались повреждениям, проходят проверку на прочность, а также специалисты проводят измерения их сопротивления постоянному току. Восстановить изоляцию соединительных и выводных шин можно с помощью наложения стеклоленты и стеклолакоткани, которые предварительно пропитывают в изоляционном лаке, заранее нанесенным на шину перед ее изолировкой. Важно не забывать о такой неисправности тягового двигателя как перегрев моторно-осевых подшипников. Эта проблема возникает при низком уровне количества смазки, или же ее обводнении. Возможны случаи и с довольно явным перекосом колесной пары, а также с большим зазором «на масло», которые также являются причинами данной неисправности.
