Современные электродвигатели для стрелочных приводов

Электродвигатель — это устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в механическую. На железных дорогах России электрические двигатели применяются в электроприводах, которые перемещают остряки стрелочного перевода из одного положения в другое, запирают остряки и крайнем положении, с их помощью получают непрерывный контроль фактического положения стрелки.

В настоящий момент при новом строительстве и модернизации существующих станций используют приводы с электродвигателями переменного тока. Их преимуществом являются высокая надежность и удобство в эксплуатации. Не смотря на это, большая часть переводов на сети железных дорог до сих пор оснащена двигателями постоянного тока. Также следует отметить, что на сортировочных горках в силу условий технологии работы внедрение двигателей переменного тока не возможно. В стрелочных электроприводах используются следующие виды электродвигателей постоянного тока: МСП-0,1, МСП-0,15, МСП-0,25. [1]

Электродвигатель типа МСП-0,1 предназначен для установки в электроприводах для перевода стрелок легких типов, но в новых разработках электродвигатели МСП-0,1 не применяются. Электродвигатели постоянного тока типа МСП-0,1 мощностью 0,1 кВт имеют последовательное соединение обмоток, являются двухполюсными, реверсивными, с горизонтальным валом на подшипниках качения, изготовляются на номинальное напряжение 30, 100 и 160В; имеют две обмотки возбуждения.

Электродвигатель типа МСП-0,15 мощностью 0,15 кВт предназначен для установки в электроприводах для перевода стрелок тяжелых, а также обычных типов. С 1982 года электродвигатели выпускаются только на напряжение 160 В. [2]

Электродвигатель МСП-0,25 является неотъемлемой частью усовершенствований железнодорожного оснащения. Стрелочный электродвигатель постоянного тока типа МСП-0,25 представляет собой двухполюсной, реверсивный электродвигатель с горизонтальным валом на подшипниках. Его мощность составляет 0,25 кВт. [3]

Первый опыт применения на отечественных железных дорогах электроприводов переменного тока в схеме управления стрелкой относится к 1952 году. Но в то время на станциях отсутствовали надежные источники переменного тока, возникали сложности с резервированием питания. Кроме того, не были решены вопросы последовательного перевода стрелок, связанные с увеличением числа жил кабеля. Все это обусловило широкое распространение двухпроводной схемы управления стрелкой с двигателями постоянного тока в системах электрической централизации с центральным питанием.

Дальнейшее развитие железнодорожного транспорта, увеличение массы поездов и рост скоростей их движения привели к необходимости удлинения станционных путей и укладке тяжелых типов рельсов, в том числе и на стрелках. Возросшие тяговые усилия по переводу остряков потребовали применения более мощных электродвигателей стрелочных приводов, что связано с увеличением рабочего тока и необходимостью иметь в каждом проводе линейной цепи по две, три и более жил кабеля.

Улучшение условий энергоснабжения, недостатки двухпроводной схемы управления стрелкой с двигателями постоянного тока, современные методы и технологии обслуживания, положительный опыт эксплуатации приводов с двигателями переменного тока, особенно в суровых климатических условиях, позволили рекомендовать их к широкому внедрению на всей сети Российских железных дорог.

Асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока имеют ряд преимуществ по сравнению электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением, которые применяются в стрелочных приводах. Прежде всего, это отсутствие в асинхронных электродвигателях такого сложного и малонадежного узла, как коллектор, что значительно сокращает эксплуатационные расходы на текущее обслуживание и ремонт, а также исключает получение ложного контроля положения стрелки за счет выпрямительного эффекта дуги при искрении коллектора. [4]

Межремонтный срок службы электродвигателей переменного тока в 3–4 раза больше по сравнению с двигателями постоянного тока. В настоящее время на железной дороге применяются электродвигатели переменного тока типа МСТ. К ним относятся такие электродвигатели, как МСТ-0,3; МСТ-0,ЗА; МСТ-0,ЗБ; МСТ-0,ЗВ и МСТ-0,6; МСТ-0.6А.

Асинхронные трехфазные электродвигатели типов МСТ-0,3, МСТ-0,ЗА, МСТ-0,ЗБ, МСТ-0,ЗВ устанавливаются в электроприводах типа СП для перевода остряков тяжелых и обычных стрелок электрической централизации; типов МСТ-0,6, МСТ-0,6А устанавливаются в электроприводах типа СП для перевода остряков стрелок в маневровых районах. [2,5]

Новая модификация — это электродвигатели переменного тока типа МСА, асинхронные, реверсивные, трёхфазные с улучшенными эргономическими свойствами (наличие ручки для переноса и уменьшение массы). Выпускаемые заводом электродвигатели имеют встроенное соединением обмоток «звездой». МСА полностью взаимозаменяемые с электродвигателями типа МСТ. МСА применяются и в новых шпальных электроприводах типа УПС. [6]

Следует отметить, что коллекторные двигатели изобретены более 170 лет назад. По управляемости и энергоэкономичности они считаются лучшими, в особенности для электроприводов с регулированием скорости или положения. Их основной недостаток — ненадежный и быстро изнашивающийся щеточноколлекторный узел, вызывающий искрение и помехи, а в стрелочных электроприводах и ложный контроль положения остряков. Спустя 50 лет, как альтернатива коллекторному двигателю, появились асинхронные двигатели переменного тока, по сути бесконтактные, лишенные данного недостатка, но существенно ниже по энергетической эффективности и управляемости.

Наилучшими областями их применения являются длительно работающие нерегулируемые электроприводы с одной или двумя скоростями вращения, стабильность которых не имеет решающего значения (обычные вентиляторы, насосы, транспортеры и др.). Развитие электроники привело к появлению весьма сложных и дорогих асинхронных двигателей с частотным управлением, регулируемых по скорости. Но их динамические показатели, такие, как точность регулирования и быстродействие, не могут конкурировать с более простыми электроприводами постоянного тока аналогичного класса и стоимости. Общим недостатком коллекторных и асинхронных двигателей классической конструкции является то, что основная доля тепла в них выделяется в роторе, откуда, весьма затруднен теплоотвод. Это существенно снижает надежность, срок службы и увеличивает габариты этих двигателей.

Примером бесколлекторного электродвигателя является ДБУ — это перспективный электродвигатель для компактных, надежных, регулируемых приводов любого назначения с наибольшим сроком службы, в особенности в тяжелых условиях эксплуатации (мороз, тепло, влажность, вибрации и др.). Они не требуют обслуживания и регламентных работ. [7, стр.10]

Электродвигатель ДБУ предназначен для применения в электроприводах стрелочных переводов СП-6, СП-6М, СП-6К и других электроприводах стрелочных переводов железных дорог.

Он разработан и изготовлен с использованием новейших материалов и современных технологий. ДБУ обладает рядом преимуществ по отношению к применяющимся в настоящее время коллекторным двигателям постоянного тока МСП-0,15, МСП-0,25, а именно:

• повышенная надежность двигателя за счет отсутствия коллекторного узла гарантия — 4 года;

• исключение возможности пробоя обмоток при климатических и механических воздействиях за счет оригинального конструктивного решения двигателя;

• защита двигателя при перегрузках посредством блока электронного управления двигателем; повышенная надежность стрелочного электропривода за счет исключения механического фрикциона, функции которого обеспечивает электронный блок управления двигателя;

• автоматическое выключение двигателя через (10  2) с после включения; двукратное уменьшение массогабаритных характеристик (в сравнении с коллекторными двигателями);

• возможность планового пуска двигателя, исключение удара остряка о рамный рельс; двигатель может быть изготовлен как для работы в сетях как постоянного, так и переменного тока;

• блок управления двигателя обеспечивает самодиагностику и диагностику электропривода (без прокладки дополнительных проводов). [8]

В настоящее время проходит испытания «интеллектуальный» стрелочный электродвигатель ЭМСУ, имеющий электронное управление и работающий как от постоянного, так и от переменного тока. Он сможет заменить практически все типы стрелочных электродвигателей, выпускавшихся ранее.

На заводе изготовителе производится около 20 модификаций электродвигателей, что является невыгодным, так как под каждый нужна специфическая оснастка, которую должно поддерживать в работоспособном состоянии, даже если она используется всего несколько раз в год. Поэтому специалисты придумали универсальный двигатель, который, благодаря использованию электронной платы, может быть запрограммирован на разное число оборотов и разный вид напряжения. При этом сама механика для всех типов двигателей осталась единой. [9]

Двигатель ЭМСУ разработан на базе вентильно — индукторного двигателя. ЭМСУ предназначен для эксплуатации на железнодорожном транспорте в составе стрелочных электроприводов. мощностью 0,1 кВт Двигатель оснащён микропроцессорной системой управления, позволяющей ему быть универсальным по питающему напряжению и частоте вращения ротора.

Еще одно удобство при эксплуатации электродвигателя ЭМСУ — это настройка номинальной частоты вращения ротора, в зависимости от типа стрелочного перевода, которая может производиться как на заводе-изготовителе, так и в условиях эксплуатации от переносного пульта или ноутбука.

Работа ЭМСУ в стрелочных переводах осуществляться от серийных схем управления ЭЦ и не требует перерасчёта кабельных сетей. ЭМСУ важен для скоростных поездов. Он имеет стабильную скорость вращения и стабильное потребление тока, легко перепрограммируется.

Система управления двигателем предусматривает возможность обеспечения синхронной работы двух и более электроприводов, что делает его перспективным для применения в стрелочных переводах скоростных дорог. [10]

Литература:

1. Повышение надежности двигателей постоянного тока стрелочных электроприводов. http://jurnal.org

2. Электродвигатели для стрелочных электроприводов и приводов автостопа. http://scbist.com/

3. Электродвигатель МСП-0,25.http://speztrade.ru

4. Принцип построения и особенности работы контрольной, управляющей и рабочей цепей пятипроводной схемы управления стрелочным электроприводом с двигателем переменного тока. http://edu.dvgups.ru

5. Асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока. http://edu.dvgups.ru

6. Электродвигатели переменного тока типа МСА (17529–00–00) ТУ 32 ЦШ 2093–2001. http://geksar.ru

7. Схема управления стрелкой с бесколлекорным управляемым электродвигателем. Автоматика, связь, информатика 6–2007.

8. Электродвигатели для привода стрелочных переводов. http://www.etm.ru/

9. Инновации ЭТЗ «Гэксар». http://www.saratovnews.ru

10. Электродвигатель малогабаритный стрелочный универсальный (ЭМСУ). ТУ32 ЦШ 162.22–2009 (черт. 22381–00–00) http://geksar.ru/