Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

Работа при переменной токовой нагрузке. В эксплуатации тяговых электрических машин 
также возможны режимы работы, не соответствующие указанным. Для этих машин типичен 
режим с быстроменяющимся током и мощностью. Если они работают в продолжительном 
режиме с постоянной мощностью, но с разными по величине токами, то тепловой процесс в 
них следует отнести к не установившемуся, так как при разных токах изменяется и величина 
потерь. 
6.3. Вентиляция тяговых электрических машин. 
Компактность конструкции тяговых электрических машин подвижного состава создает 
серьезные трудности при решении вопроса об удалении тепловой энергии, возникающей в 
них при работе. Интенсивность охлаждения тяговых электрических машин и способ, каким 
оно осуществляется, являются основными факторами, влияющими не только на 
конструкцию деталей тягового двигателя, но и на расход в них активных материалов. Как 
правило, почти все тяговые электрические машины подвижного состава в настоящее время 
охлаждаются посредством продувания через них воздуха, т. е. вентилируются. Влияние 
вентиляции на длительную мощность, развиваемую двигателем, весьма значительно. Так, 
например, длительная мощность совершенно закрытого двигателя трамвайного типа 
составляет 25...35% его часовой мощности, однако применение вентиляции позволяет 
повысить ее вдвое и даже более. Правда, на часовой мощности применение вентиляции 
сказывается незначительно. Так, у двигателей небольших мощностей с частотой вращения до 
600 об/мин после конструктивных переделок, требуемых для осуществления вентиляции 
(например, устройство вентиляционных каналов в сердечнике якоря), часовая мощность 
двигателя даже несколько понижается по сравнению с мощностью закрытого двигателя. 
Особенно существенно влияние вентиляции при длительных периодах работы двигателя. 
Нормальной работой тяговых электрических машин является работа на прерывистую 
нагрузку. Характер такой нагрузки заключается в следующем: сначала двигатель работает 
под большим током и при постепенно повышающейся частоте вращения – это пусковой 
период; затем ток довольно заметно уменьшается, а частота вращения все еще продолжает 
расти; и, наконец, двигатель вращается без потребления тока – период выбега; в конце 
перегона двигатель останавливается. Следовательно, на каждом перегоне в тяговом режиме 
двигатель будет сильно нагреваться. В период выбега накопленная двигателем теплота 
рассеивается – уносится воздухом. Чем больше двигатель успеет охладиться за период 
выбега и следующее за ним время покоя, тем в большей мере он будет готов к повторению 

---

75 / 203 
подобного теплового цикла на следующем перегоне. Значит, нужно стремиться наиболее 
целесообразно использовать для охлаждения двигателя то время, когда возникающие в нем 
потери невелики, и время, когда двигатель не вращается. Существует два основных типа 
тяговых двигателей в зависимости от способа их вентиляции: закрытые двигатели с 
самовентиляцией и закрытые двигатели с независимой вентиляцией. В двигателях с 
самовентиляцией воздух прогоняется через двигатель вентилятором, расположенным на валу 
внутри двигателя. Самовентилирующиеся двигатели применяются преимущественно на 
городском электрическом транспорте (трамваи, троллейбусы и т.п.) или в мотор-вагонах 
метро и пригородных железных дорог. В двигателях с независимой вентиляцией воздух 
прогоняется внешним вентилятором с отдельным, независимым от тягового двигателя 
приводом. Двигатели с независимыми вентиляторами применяются главным образом на 
магистральных локомотивах. В зависимости от положения вентилятора (как встроенного, так 
и независимого по отношению к двигателю) различают вентиляцию вытяжную, 
нагнетательную и смешанную. При независимой вентиляции тяговых электрических машин 
применяются исключительно нагнетательные вентиляторы. Забор воздуха извне происходит 
через особые пылеулавливающие приспособления. Так же, как и при самовентиляции, 
основными системами независимой вентиляции в тяговых двигателях постоянного тока 
являются параллельная и последовательная вентиляция. Параллельная вентиляция в 
большинстве двигателей осуществляется с прямым направлением движения воздуха (от 
коллектора), и лишь в ограниченном числе типов двигателей воздух проходит от задней 
стороны двигателя к коллектору. При подаче воздуха со стороны коллектора внутри якоря 
проходит относительно большое количество воздуха, благодаря чему значительно 
повышается длительная мощность двигателя, снижается температура петушков коллектора и 
его поверхности, обеспечивается интенсивная подача воздуха в камеру коллектора и 
исключается возможность скопления ионизированного воздуха над поверхностью 
коллектора. В результате этого существенно снижается возможность возникновения дуги 
между щетками. Чем ниже температура петушков коллектора, тем выше надежность работы 
обмотки якоря. Обмотка якоря при часовом режиме согласно нормам может иметь перегрев 
120°С. С учетом допустимой температуры окружающего воздуха 25°С получим, что средняя 
температура, при которой может работать обмотка, равна 145°С. При столь высокой 
температуре оловянисто-свинцовый припой, которым припаивают выводы обмотки к 
петушкам, может расплавиться. При последовательной вентиляции, воздуха расходуется в 
1,5 – 2 раза меньше, чем при параллельной. Таким образом, мощность, затрачиваемая при 
последовательной и параллельной вентиляции, будет приблизительно одинакова, но масса 
вентиляторной группы (вентилятор плюс его двигатель) при последовательной вентиляции 
получится меньше. Объясняется это тем, что этот вентилятор рассчитан на меньшую подачу 
воздуха с одновременным соответствующим повышением напора. При конструировании 
электродвигателей с последовательной вентиляцией необходимо изыскивать возможность 
обеспечивать максимально возможную площадь поперечного сечения каналов коллекторной 
втулки и осевых каналов сердечника якоря, поскольку в них скорость движения воздуха не 
должна превышать 25 м/с. Практика показывает, что площадь сечения вентиляционных 
отверстий в сердечнике якоря крупных электродвигателей составляет 55...80% суммарной 
площади сечения между катушками. При этом обеспечивается большая надежность тяговых 
электродвигателей в работе. 
Контрольные вопросы: 
1. Чем определяется допустимый уровень нагрева электрической машины? 
2. Что такое установившийся режим работы? 
3. Перечислите виды вентиляции в электрических машинах. 
4. Какие виды потерь определяются режимами работы электрической машины? 
5. Какие существуют способы охлаждения электрических машин? 
6. Укажите основные направления снижения потерь в электрических машинах. 

---

76 / 203