Изоляции типа «монолит».
Создание тяговых двигателей с кремний-органической изоляцией и повышенной частотой вращения обеспечило значительное повышение использования активных материалов, снижение массы двигателей па единицу мощности, повышение их термической надежности.
Однако пронитка обмоток в лаках с относительно небольшим содержанием сухого остатка не могла обеспечить надлежащего заполнения всех внутренних полостей обмоток. В результате температурный перепад между медью обмотки и наружными слоями изоляции катушек главных и добавочных полюсов достигал 30°C, а в обмотке якоря 25°C. Значительное снижение этого перепада и общего нагрева обмотки было достигнуто путем применения изоляционного процесса типа «монолит-2». При этом процессе эпоксидная смола с отвердителем в условиях глубокого вакуума и последующего давления заполняет все свободное пространство внутри катушки и после отверждения обеспечивает минимальный температурный перепад между медью обмотки и наружными слоями изоляции, а также между наружной изоляцией и сердечником полюсов и якоря.
В вентилированных тяговых машинах это снижение составило в среднем 25°C. Это улучшение теплопередачи не могло быть полностью использовано для повышения мощности в связи с применением наполнителей изоляции класса нагревостойкости F.
Все же переход на изоляцию «монолит» класса нагревостойкости F позволил поднять мощность трамвайных двигателей па 8%, а в двигателях для троллейбуса повысить н. с. обмотки возбуждения. Последнее мероприятие дало возможность создать новый тяговый двигатель с уменьшенной длиной сердечника (типа ДК-207-ГЗ).
Конструкция моноблока главного полюса тяговых двигателей с изоляцией «монолит-2» приведена па рис. 2-24. Как видно из этого рисунка, применение эпоксидных смол в качестве наполнителей позволило создать моноблоки, состоящие из катушек, соединенных с сердечниками с помощью эпоксидных связующих. Подобная конструкция исключает вибрацию катушки, устраняет непосредственное соприкосновение катушек с остовом и тем самым повышает общую надежность тягового двигателя. В равной степени сказанное выше относится и к обмотке якоря. Применение стеклобандажей (вместо проволочных) также повышает надежность двигателей. Хотя опыт эксплуатации подобной конструкции еще невелик, можно ожидать, что старение изоляции будет весьма незначительным и профилактические пропитки в процессе эксплуатации не потребуются. Применение изоляции класса нагревостойкости и снижение нагрева обмоток несколько повышает к. п. д. двигателей. В целом применение изоляции «моиолит-2» повышает мощность двигателей на единицу массы, увеличивает надежность обмоток и улучшает энергетические показатели.
Повышение частот вращения.
Обмотка якоря с изоляцией «моиолит-2» настолько надежно связана с сердечником, что становится возможным удержать обмотку в пазах при максимальной частоте вращения даже без помощи клиньев. В связи с этим целесообразно несколько повысить максимальную частоту вращения, которая при изоляции «монолит» ограничивается только работоспособностью коллектора и подшипников.
Отдельные зарубежные образцы тяговых двигателей выполняются при максимальной частоте вращения до 5 000 об/мин для мощности 50 кВт и до 4 200 об/мин для мощности 100—120 кВт. Эти значения на 10—20% превосходят принятые в единой серии двигателей городского транспорта.
Рис. 2-23. Типовой чертеж вспомогательного электродвигателя (с линейными допусками).
Применение двигателей последовательного возбуждения.
Улучшение удельных показателей машин может быть достигнуто также за счет отказа от обмоток параллельного возбуждения при системе тиристорного регулирования поля в двигательном и тормозном режимах. Как показывают расчеты, у двигателей для трамвайных вагонов и троллейбусов с последовательным возбуждением размеры обмоточного пространства, занимаемые катушками, могут быть сокращены на 20% при том же значении н. с. При этом становится возможным сокращение радиальных габаритов машины на 5—7%.
Рис. 2-25. Моноблок добавочного полюса.
Улучшение системы охлаждения.
Параметры двигателя и его надежность могут быть повышены и за счет улучшения системы вентиляции. В ряде современных вагонов применены системы фильтров для очистки воздуха, охлаждающего двигатель. Повышение длительной мощности примерно на 10% может быть достигнуто за счет применения независимой вентиляции. Создание статических преобразователей повышенной мощности позволит применить для этой цели весьма компактные мотор-вентилятор с низковольтным приводным двигателем. При сохранении отношения максимальной частоты вращения двигателя к его частоте вращения при выходе на безреостатную характеристику, равного четырем, реализация перечисленных выше мероприятий (изоляция «монолит» класса нагревостойкости II, повышенная частота вращения, улучшение вентиляции, последовательное возбуждение при тиристорной системе ослабления поля) дает возможность создать двигатели с удельной массой менее 6 кг/кВт при мощности до 50 кВт и менее 5 кг/кВт при мощности более 100 кВт.
Рис. 2-24. Моноблок главного полюса.
При этом масса трамвайного двигателя мощностью 50 кВт должна быть не более 300 кг, а масса двигателя для троллейбуса мощностью 120 кВт — менее 600 кг. Дальнейшее снижение массы может быть достигнуто за счет применения электротехнической стали с повышенной магнитной проницаемостью.
Наряду с уменьшением массы в конструкцию перспективных тяговых двигателей должны быть внесены некоторые изменения применительно к их использованию в системах тиристорного пуска: повышение уровня изоляции, шихтованные сердечники добавочных полюсов, улучшенное токосъемное устройство. При тиристорных бесступенчатых системах пуска и торможения возможно дальнейшее повышение динамических показателей за счет повышения ускорения и замедления (до 1,5 м/с2 и выше) при глубоком ослаблении поля. В связи с этим необходимо будет повысить и удельную мощность двигателя на единицу массы экипажа, доведя ее до 8 кВт/т при среднем наполнении: мощность двигателя для четырехосного трамвайного вагона должна быть доведена до 50—55 кВт, а мощность двигателя для двухосного троллейбуса—до 130 кВт. При этом скорость сообщения может быть повышена на 10—12%.