Меню Рубрики

Установка тягового генератора двигателю

Тяговый генератор тепловоза 2ТЭ10Л представляет собой электрическую машину постоянного тока. Его длительная номинальная мощность, т. е. мощность, которая может быть получена от него неограниченное время, равна 2000 кВт. Тяговый генератор состоит из следующих основных частей: магнитной системы, якоря, щеткодержателей со щетками и вспомогательных устройств (рис. 143). Магнитная система генератора предназначена для создания мощного магнитного поля в нем. Она образована из станины (ярма) генератора, главных и добавочных полюсов.

Рис. 143. Тяговый генератор тепловоза 2ТЭ10Л

Станина генератора, являясь частью магнитной системы, представляет собой и его остов (корпус). Изготовлена станина из стали с малым содержанием углерода, обладающей высокой магнитной проницаемостью. Снаружи станина имеет лапы, с помощью которых генератор устанавливают на поддизельной раме.
Магнитная система генераторов постоянного тока в зависимости от их мощности может иметь различное число полюсов. Генераторы большой мощности выполняются многополюсными, так как при этом уменьшаются их размеры и масса. Тяговый генератор, тепловоза 2ТЭ10Л имеет 10 главных полюсов. Сердечники главных полюсов изготовлены из тонких листов электротехнической стали с большой магнитной проницаемостью (рис. 144). В сердечнике, набранном из отдельных изолированных листов, вихревые токи намного меньше, чем в цельном. Листы стягиваются заклепками.

Рис. 144. Главный полюс тягового генератора

Сердечники полюсов прикреплены к станине болтами. Наконечники сердечников имеют такую форму, которая позволяет, во-первых, удерживать полюсную катушку и, во-вторых, придать распределению магнитных силовых линий между полюсом и якорем желаемый характер.
На каждом главном полюсе размещены катушки обмоток независимого возбуждения и пусковой. Катушка независимого возбуждения выполнена из 105 витков медного провода сечением 1,7 х 6,9 мм. Пусковая катушка полюса, по которой кратковременно пропускается ток большой силы только при пуске дизеля, имеет всего три витка из сдвоенного провода сечением 2,26X40 мм. В генераторах северный и южный полюсы чередуются между собой, т. е. за северным полюсом следует южный, затем опять северный и т. д.
Добавочные полюсы установлены между главными. По числу главных полюсов тяговый генератор тепловоза 2ТЭ10Л оборудован 10 добавочными полюсами. Каждый добавочный полюс состоит из сердечника и катушки с шестью витками провода сечением 16X25 мм (рис. 145).

Рис. 145. Добавочный полюс тягового генератора

Ввиду небольших размеров сердечники добавочных полюсов выполнены цельными (сплошными). Полюсы снабжены изоляционными рамками для усиления изоляции от корпуса и пружинными рамками для предупреждения вибрации катушек на сердечниках полюсов.
Якорь генератора (рис. 146) служит для размещения на нем обмотки и коллектора, а также для уменьшения сопротивления магнитной цепи генератора.

Рис. 146. Якорь тягового генератора (без обмотки)

С целью снижения массы генератора корпус якоря выполнен полым. Корпус оканчивается фланцем для соединения с помощью муфты с коленчатым валом дизеля, а с противоположной стороны снабжен ребристой втулкой. Во внутреннее отверстие втулки запрессован укороченный вал якоря. Применение укороченного вала вместо сквозного позволило дополнительно уменьшить массу якоря. Наружное кольцо ребристой втулки предназначено для установки коллектора генератора. Вал якоря опирается на сферический двухрядный роликовый подшипник (см. рис. 143), расположенный в съемной капсуле. Капсула крепится к подшипниковому щиту генератора и позволяет снять подшипник без полной разборки электрической машины. Подшипник закрыт крышками и уплотнительными кольцами.
Сердечник якоря набран из сегментных листов электротехнической (см. рис. 146) стали толщиной 0,5 мм, стянутых с помощью нажимных шайб и шпилек. Нажимные шайбы одновременно являются обмоткодержателями для лобовых частей якорной обмотки. Листы сердечника изолированы друг от друга, благодаря чему резко снижаются потери энергии в сердечнике, уменьшается его нагрев вихревыми токами. Эти листы по наружной поверхности имеют зубцы. При сборке впадины между зубцами образуют пазы, в которые укладывается обмотка якоря.
Якорная обмотка — двухходовая петлевая с уравнительными соединениями. Обмотка состоит из секций. Каждая секция имеет несколько витков хорошо изолированного медного провода прямоугольного сечения 2,83 X 5,5 мм. Готовые секции укладывают в пазы сердечника якоря и соединяют с пластинами коллектора.
При работе генератора его якорь вращается с большой скоростью и на секции обмотки якоря действуют значительные центробежные силы. В пазах сердечника якоря секции обмотки укрепляют специальными клиньями из изоляционного материала (рис. 147).

Рис. 147. Размещение обмотки в пазу якоря генератора

Участки обмотки, выходящие из пазов сердечника якоря, стягивают бандажами из стальной проволоки , наматываемой с предварительным натяжением, или стеклоткани. Для того чтобы витки проволоки бандажа не расходились, их по всей окружности пропаивают оловом вместе с пластинами из жести (замками). Бандажи надежно прижимают лобовые части обмоток к цилиндрическим обмоткодержателям корпуса якоря. В генераторах последних лет изготовления проволочные бандажи заменены более надежными в эксплуатации стеклобандажами (из стеклоткани). Стеклобандажи в отличие от проволочных не оказывают влияния на магнитное поле электрической машины.
Коллектор, как уже указывалось, служит для выпрямления переменной э. д. с, индуктируемой в обмотке якоря генератора, и для съема тока. Он состоит из большого числа медных коллекторных пластин. Например, коллектор тягового генератора тепловоза 2ТЭ10Л имеет 465 пластин. При сборке коллектора между его пластинами прокладывают изоляцию из миканитовых прокладок. Миканит -— электроизоляционный материал, получаемый склеиванием тонких листочков слюды различными связующими материалами. Изоляция (миканитовые манжеты и цилиндры) прокладывается также между собранными в виде кольца коллекторными пластинами, корпусом коллектора и нажимным конусом (см. рис. 146). Основания коллекторных пластин выполнены в виде ласточкина хвоста и входят в выступы корпуса коллектора и нажимного конуса, которые стягиваются шпильками и надежно удерживают пластины. Собранный коллектор напрессовывают на ребристую втулку якоря.
Выступающую часть коллекторных пластин, в которую впаиваются выводы обмотки якоря, называют петушками. В тяговых генераторах тепловозов 2ТЭ10Л каждая коллекторная пластина соединена с концами секций обмотки якоря посредством ленточной меди («гибкого петушка») . Гибкий петушок припаивают одним концом к пластине коллектора, другим — к выходам обмотки якоря.
Токосъем с коллектора электрических машин осуществляется щетками. В тепловозных электрических машинах применяются высококачественные электрографитовые щетки (рис. 148).

Читайте также:  Установка подогрева двигателя на люсиду

Рис. 148. Щетка тягового генератора

Эти щетки изготовлены из угольного порошка с добавлением связующих материалов. Они прессуются в виде брусков нужных размеров и подвергаются действию высокой температуры (до 3000°С) в электропечах. В результате термической обработки углерод переходит в другую свою модификацию — графит. Поэтому термообработка щеток и получила название графитации. Графитация позволяет значительно повысить качество щеток. Они становятся мягче, прочнее, износоустойчивее, меньше изнашивают коллектор, выдерживают большие токовые нагрузки. Такие щетки имеют достаточное электрическое сопротивление, поэтому обладают высокими коммутирующими качествами.
Рабочую поверхность щеток точно притирают (пришлифовывают) к поверхности коллектора. Поверхность коллектора, по которой скользят щетки, делается строго цилиндрической и тщательно шлифуется. Для обеспечения более спокойной, без ударов и вибраций работы щеток с целью повышения надежности их могут устанавливать наклонно к поверхности коллектора электрической машины или снабжать резиновыми амортизаторами.
Щетки вставляют в специальные латунные обоймы, называемые щеткодержателями. Щеткодержатели тягового генератора тепловоза 2ТЭ10Л показаны на рис. 149. Назначение щеткодержателей — удерживать щетки в правильном положении и прижимать их к поверхности коллектора. Для этого щеткодержатели имеют пружины. В щеткодержателе установлены две щетки с резиновыми амортизаторами. Электрический ток отводится от щеток по гибким медным тросикам (шунтам). Второй конец тросика надежно соединен с бракетом щеткодержателей.
В соответствии с числом главных полюсов тяговый генератор тепловоза 2ТЭ10Л имеет десять алюминиевых бракетов , на каждом из них укреплено по девять щеткодержателей с восемнадацатью щетками. Бракеты на изоляторах крепятся к поворотной траверсе. Траверса устанавливается в подшипниковом щите генератора (см. рис. 143 и 149) и может поворачиваться для облегчения доступа при осмотре и ремонте к каждому щеткодержателю. Пять бракетов щеткодержателей одной полярности соединены шиной; одна из шин является плюсовой, вторая — минусовой.

При работе дизеля тепловоза коленчатый вал через пластинчатую муфту вращает якорь тягового генератора в магнитном поле, создаваемом его полюсами. В якорной обмотке индуктируется э. д. с, при замыкании внешней цепи ток проходит из якорной обмотки через одну группу пластин коллектора, плюсовые щеткодержатели к тяговым электродвигателям и далее через минусовые щеткодержатели, другую группу пластин коллектора возвращается в якорную обмотку.
Несмотря на принимаемые меры по снижению электрических, магнитных, механических потерь энергии в генераторе, они остаются достаточно большими и приводят к нагреву деталей. Наиболее чувствительной к повышенным температурам является изоляция обмоток и коллектора электрических машин. Для предупреждения перегрева генераторов, прежде всего электрической изоляции, их охлаждают наружным воздухом. При этом в отечественных тяговых генераторах мощностью до 1500 кВт обычно используется самовентиляция. Для подачи охлаждающего воздуха в более мощные тяговые генераторы на тепловозах устанавливают специальные дополнительные вентиляторы.
Тяговый генератор тепловоза ТЭЗ выполнен с самовентиляцией. Для этого на якоре генератора со стороны, противоположной коллектору, укреплен центробежный вентилятор. Вентилятор засасывает воздух со стороны коллектора. Далее поток воздуха проходит внутри генератора, охлаждает его. и выбрасывается вентилятором через патрубок наружу под раму тепловоза.
На тепловозах 2ТЭ10Л установлен отдельный центробежный вентилятор для охлаждения воздухом тягового генератора (рис. 150).

Рис. 150. Система воздушного охлаждения тягового генератора тепловоза 2ТЭ10Л

Читайте также:  Установка дизельный двигатель мерседес на уаз

Очищенный от посторонних примесей воздух подается вентилятором по нагнетательному каналу через воздухоподводящий патрубок (см. рис. 143) со стороны, противоположной коллектору. Внутри генератора охлаждающий воздух проходит параллельными потоками через магнитную систему и якорь, отводит от них тепло и выбрасывается наружу через выпускной патрубок в подшипниковом щите и выпускные каналы. Для обеспечения надежной работы тяговых генераторов охлаждающий воздух не должен нести с собой несгоревшее топливо, выбрасываемое дизелем, пыль, влагу. Поэтому очень важным является рациональный выбор места забора охлаждающего воздуха и применение достаточно эффектной его очистки.

источник

Маневровые локомотивы

Принципы регулирования напряжения тяговых генераторов и управления тяговыми электродвигателями

Регулирование напряжения тяговых генераторов. Мощность дизеля регулируют изменением частоты вращения коленчатого вала яд. При такой регулировке к. п. д. дизеля остается почти постоянным в широких пределах изменения частоты вращения, поэтому на тепловозах с электрической передачей применяют ступенчатое (обычно 8-15 позиций контроллера) изменение частоты вращения вала дизеля при полном использовании наибольшего вращающего момента. Число ступеней выбирается таким, чтобы при переходе с одной ступени на другую не было больших изменений силы тяги и тока.

Несмотря на то что для дизеля обычно устанавливается несколько ступеней мощности, расчетным принят режим, соответствующий полной мощности, которая должна поддерживаться постоянной в широком диапазоне скоростей движения тепловоза.

Постоянство мощности дизеля Nе может быть легко достигнуто с помощью электрической передачи. Для этого достаточно, чтобы произведение тока тягового генератора на напряжение было постоянным. В этом случае графически внешняя характеристика генератора* (зависимость напряжения от тока при постоянной частоте вращения яд), так же как и тяговая характеристика, изображается равнобокой гиперболой (линия б, в на рис. 1.3).

Генераторы общепромышленного исполнения не могут обеспечить такую характеристику (рис. 1.4). Генераторы со смешанным (противокомпаундным) возбуждением иногда применяются на тепловозах малой мощности, дизель-поездах и автомотрисах.

На тепловозах применяются тяговые генераторы с независимым возбуждением, а создание их гиперболической внешней характеристики обеспечивается системами автоматического регулирования напряжения СВГ (см. рис. 1.2), которые могут использовать специальные возбудители (электромашинные системы), магнитные усилители или полупроводниковые элементы (тиристоры).

1 В теории электрических машин внешней характеристикой называется зависимость 0, от 1г при постоянных Лд и токе возбуждения.

Рис. 1.3. Внешняя характеристика тягового генератора и изменение мощностидизеля Ые: аб- зона ограничения по току; бе-зона использования полной мощности дизеля; ее- зона ограничения по напряжению (возбуждению)

Рис. 1.4. Схемы возбуждения генераторов: а — независимого; б — параллельного; в — последовательного; г — смешанного; д — внешниехарактеристики

Чтобы обеспечить плавное трогание и разгон тепловоза, электрическая передача автоматически ограничивает ток тягового генератора (см. рис. 1.3, линия аб). Участок аб характеризуется большими токами и низкими напряжениями генератора, при этом реализуется максимальная сила тяги.

На современных тепловозах применяется также автоматическое ограничение напряжения тягового генератора при больших скоростях движения, что позволяет уменьшить габаритные размеры генератора и защитить элементы силовой цепи тепловоза (линия вг) от высокого напряжения. Участок вг характеризуется малыми токами генератора, т. е. низкими значениями силы тяги тепловоза, максимальным напряжением и недоиспользованием мощности генератора и дизеля. Максимальное напряжение генератора (обычно около 700 В) ограничивается допустимым значением среднего напряжения между коллекторными пластинами.

При движении тепловоза с поездом часто не требуется использование полной мощности дизеля, например при движении по легкому профилю, при малой массе состава, при ограничении.скорости на уклонах и др. Мощность дизеля регулируется частотой вращения коленчатого вала, при этом каждому значению па соответствует определенная мощность, при которой к. п. д. дизеля будет максимальным (рис. 1.5). Поэтому система регулирования напряжения тягового генератора должна обеспечить при пониженной частоте яд (частичных нагрузках) постоянство мощности тягового

Рис. 1.5. Зависимость напряжения тягового генератора 11г от тока 1г при различных позициях контроллера пк

Рис. 1.6. Функциональные схемы регулирования напряжения тягового генератора сиспользованием:

о-возбудителей с расщепленными полюсами; б — магнитных усилителей и тиристоровгенератора на уровнях, соответствующих экономичным режимам работы дизеля.

Для изменения мощности тягового генератора, а следовательно, и мощности дизеля Д при изменении частоты вращения коленчатого вала Лд в систему СВГ вводится сигнал по яя (рис. 1.6, а). В систему возбуждения СВГ также вводят сигнал по току тягового генератора 1г (суммарному току тяговых электродвигателей 1 и 2). Напряжение [/„, вырабатываемое системой СВГ с использованием возбудителей с расщепленными полюсами, подводится к обмотке возбуждения тягового генератора ОВГ, обеспечивая изменение магнитного потока Фг и напряжения иг тягового генератора по гиперболической кривой. В рассмотренной системе СВГ предполагалось, что мощность генератора постоянная и равна мощности дизеля. В действительности изменяется как мощность дизеля, так и мощность тягового генератора. Мощность дизеля Л/«, может изменяться от атмосферных условий, а также от изменения мощности 1Увсп, расходуемой на привод вспомогательных механизмов. В результате может меняться Л/«,- Ывсп, передаваемая тяговому генератору, так называемая свободная мощность дизеля. Мощность тягового генератора может изменяться из-за влияния температуры обмотки ОВГ, гистерезиса машин и др. Вместе с тем, как указывалось выше, мощность дизеля должна поддерживаться постоянной. Для этого в систему СВГ, кроме сигналов по току 1г и напряжению иг тягового генератора и пЛ, вводится сигнал А», по положению органа топливоподачи пропорциональный (при данной пя) свободной мощности дизеля (рис. 1.6, б). Такие системы применяют на магистральных и мощных маневровых тепловозах.

Читайте также:  Установка наддува на атмосферный двигатель

Изменение напряжения генератора, определяемое собственными характеристиками генератора и возбудителя или магнитного усилителя (без участия каких-либо внешних регулирующих устройств), называют саморегулированием генератора.

Рис. 1.7. Схемы соединения электродвигателей: а ■— последовательное; б — параллельное; в — подключение резисторов Ослабления возбуждения

Схемы саморегулирования с гиперболической внешней характеристикой генератора в зоне рабочих токов применены на тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭЗ и ТЭМ2. Они основаны на использовании для возбуждения тягового генератора специальных возбудителей. Схемы саморегулирования с наклонными прямолинейными участками внешней характеристики тягового генератора в зоне рабочих токов (селективные характеристики) использованы на тепловозах типов ТЭ10 и ТЭП60, а также на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7, 2ТЭ121. На первых типах в системе возбуждения генератора используются магнитные усилители, на вторых — тиристоры.

На современных тепловозах применяют схемы автоматического регулирования, обеспечивающие получение гиперболической характеристики (использование полной мощности дизеля) за счет специальных автоматических регуляторов в дополнение к саморегулированию.

Управление тяговыми электродвигателями. Известно, что частота вращения якоря электродвигателя постоянного токаи — шгде и — напряжение на зажимах двигателя; I, — ток и сопротивление цепи якоря; Ф — магнитный поток; се — машинная постоянная.

Из формулы видно, что частоту вращения якоря двигателя можно регулировать, изменяя напряжение, магнитный поток или сопротивление в цепи якоря. Из-за вызываемых дополнительных потерь в цепи якоря этот способ на тепловозах не применяется.

Изменение подводимого напряжения к тяговому электродвигателю происходит непрерывно с изменением тока нагрузки (сопротивления движению), так как тяговый генератор имеет гиперболическую внешнюю характеристику. Подводимое напряжение также изменяется при изменении схемы соединения тяговых электродвигателей, например при переключении с последовательной схемы на последовательно-параллельную. Кроме того, при изменении мощностидизеля перестановкой главной рукоятки или штурвала контроллера машиниста с одной позиции на другую, изменяют частоту вращения вала дизеля, а следовательно, и напряжение тягового генератора. Такой способ используется при разгоне поезда.

При последовательном соединении электродвигателей (рис. 1.7, а, б) к каждому двигателю подводится напряжение и = иг/т, где т — число двигателей, включенных последовательно. Переключая электродвигатели в параллельные цепи с разным числом двигателей, соединенных последовательно, получим несколько значений подводимого напряжения к двигателю. Каждое переключение усложняет схему и увеличивает количество аппаратов. Поэтому на тепловозах сравнительно небольшой мощности обычно применяют две схемы соединения двигателей, а для мощных тепловозов — одну (параллельное включение двигателей) и две ступени ослабления возбуждения. Переключение может осуществляться: разрывом цепи, коротким замыканием группы двигателей и методом моста. Переключение с разрывом силовой цепи снижает силу тяги до нуля, поэтому практически не применяется. Метод моста требует дополнительных резисторов в цепях якорей двигателей, поэтому на тепловозах не используется. На тепловозах применяется метод короткого замыкания, который обеспечивает небольшое снижение силы тяги.

На тепловозах магнитный поток (поле возбуждения) регулируют ступенчато шунтированием обмотки возбуждения, применяя для этого параллельное подключение резисторов (рис. 1.7, в). При полном поле ток якоря 1я проходит по обмотке возбуждения, так как электродвигатели имеют последовательное возбуждение. Если же подключим при помощи контакторов Ш1, Ш2 шунтирующие резисторы 1? и 1?Ш2, то по обмотке возбуждения пройдет только часть тока якоря. Так как магнитный поток определяет магнитодвижущая сила (м. д. с), т. е. ампер-витки обмотки возбуждения, то, следовательно, с уменьшением тока в обмотке возбуждения магнитный поток также уменьшается, а п„ возрастает. Отношение тока возбуждения 1в к току якоря 1„ называется коэффициентом ослабления возбуждения а. На тепловозах применяют одну или две ступени ослабления возбуждения, коэффициент сс не должен быть меньше 0,25, так как это может вызывать резкое ухудшение коммутации тяговых электродвигателей.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector