Что такое двухмашинный агрегат
Назначение и устройство двухмашинный агрегат, его тех. характеристика.
Дисциплина МДК.01.01. Устройство, техническое обслуживание и ремонт узлов локомотива Гр.№36 Машинист локомотива
Урок №16
Тема программы 5.3.Устройство вспомогательных электрических машин
Тема урока: Двухмашинный агрегат, тех. характеристика. Устройство двухмашинного агрегата
Цели урока:изучить назначение и устройство двухмашинный агрегат, его тех. характеристика.
План урока
I. Организационный момент.
II Изучение нового материала:назначение и устройство двухмашинный агрегат, его тех. характеристика.
Работа над новым теоретическим материалом
Назначение и устройство двухмашинный агрегат, его тех. характеристика.
Тип DT-701-4, постоянного тока, четырех-полюсный, с параллельным возбуждением и самовентиляцией
Мощность, кВт 14,4/12
Частота вращения якоря, об/мин 2400/1280
Тип DT-706-4, постоянного тока, четырех-полюсный, с комби-нированным возбуждением и самовентиляцией
Частота вращения якоря, об/мин 2400/1280
Двухмашинный агрегат тепловозов ЧМЭ3, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э
Этот агрегат представляет собой механическое объединение двух электрических машин (вспомогательного генератора ВГ и возбудителя В). Вспомогательный генератор питает цепи управления, освещения, независимую обмотку возбуждения возбудителя и заряжает аккумуляторную батарею. Возбудитель предназначен для питания независимой обмотки возбуждения тягового генератора.
Станины 1 и 2 обеих машин (рис. 110, а) представляют собой стальные цилиндры диаметром 457 мм. к нижней части которых с двух сторон приварены лапы 3, используемые для монтажа агрегата на главной раме тепловоза. В каждой станине просверлены 16 сквозных отверстий а под болты крепления полюсов и отверстие б с резьбой М20 под рым-болт. На торцах станин имеются четыре резьбовых отверстия а под болты крепления подшипниковых щитов.
Цилиндрическая часть станины возбудителя соединена сварным выступом и перемычкой с кольцом, в котором сделаны четыре сквозных отверстия г под болты 15 (Ml2) (см. рис. 109, а), соединяющие станины обеих машин. При сборке двухмашинного агрегата фиксация станин обеспечивается постановкой двух цилиндрических штифтов диаметром 10 мм.
К станинам прикреплены болтами по четыре главных и четыре добавочных полюса. Сердечники 14 (рис. 110, б) главных полюсов набраны и 115 (вспомогательный генератор) и 65 (возбудитель)листов электротехнической стали толщиной I мм, изолированных друг от друга лаком. По концам пакета поставлены стальные лис ты толщиной 5 мм. Каждый пакет спрессован и стянут пятью заклепками 17 диаметром 8 мм. В пакете сделаны два резьбовых отверстия д (M12) под крепежные болты.
На сердечнике главного полюса вспомогательного генератора установлена катушка 16, размещенная между двумя гетинаксовыми прокладками 13 толщиной 3 мм. Четыре последовательно соединенные катушки, выполненные из 800 витков изолированного медного провода, образуют обмотку параллельного возбуждения вспомогательной) генератора. На главных полюсах возбудителя расположены три обмотки возбуждения, назначение и устройство которых рассмотрены ниже. На каждом полюсе катушки всех трех обмоток отделены друг от друга гетинаксовыми прокладками 13 толщиной 3 мм. При сборке между станинами и главными полюса-ми с обеих сторон ставят резиновые клинья 15.
Добавочные полюсы обеих машин (рис. 110, в) конструктивно одинаковы и отличаются лишь по способу крепления катушек. Сердечники 22 выполнены цельными и имеют по два резь-бовых отверстия д (Ml2) под крепежные болты. Обмотки добавочных полюсов состоят из четырех последовательно соединенных катушек, имеющих по 22 (вспомогательный генератор) и 17 (возбудитель) витков полосовой меди. Катушка 23 добавочного полюса возбудителя снизу упирается в полюсный наконечник 24, приваренный к сердечнику, а сверху фиксируется двумя цилиндрическими штифтами 21 диаметром 3 мм, проходящими через отверстия в сердечнике. Катушка 25 добавочного полюса вспомогательного генератора укреплена на сердечнике посредством двух верхних 21 и двух нижних 26 штифтов. Концы всех штифтов разведены в разные стороны. Каждая катушка помещена между двумя гетинаксовыми прокладками 13 толщиной 4 мм.
Рис. 109. Двухмашинный агрегат:
Якори обеих машин собраны на общем валу 1 (см. рис. 109, а) и конструктивно почти одинаковы. Каждый якорь состоит из сердечника, обмотки и коллектора. Сердечники 19 набраны из 266 (вспомогательный генератор) и 166 (возбудитель) листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком. Листы зафиксированы шпонкой и стянуты двумя чугунными нажимными шайбами, напрессованными на вал. При сборке задние нажимные шайбы 20 насаживают до упора в борт вала, а передние нажимные шайбы 17 дополнительно стопорят пружинным кольцом.
Сердечники имеют по восемь вентиляционных каналов диаметром 22 мм для прохода охлаждающего воздуха, а также 47 (вспомогательный генератор) и 37 (возбудитель) пазов, в которые уложены волновые обмотки якорей 8, собранные соответственно из 47 и 37 катушек. Каждая катушка состоит из трех одновитковых секций, т. е. якорная обмотка вспомогательного генератора имеет 141 виток, а возбудителя — 111 витков. В каждом пазу сердечников якорей находятся шесть изолированных проводников. Поперечное сечение проводников якорной обмотки возбудителя (и соответственно ширина паза) несколько больше, чем вспомогательного генератора, так как у последнего ток нагрузки ниже. Катушки в пазах закреплены текстолитовыми клиньями; лобовые части катушек укреплены проволочными бандажами. Шаг обмоток по пазам 1 — 13 (вспомогательный генератор) и 1 — 10 (возбудитель), шаг по коллектору соответственно 1 — 71 и 1 — 56. Концы секций якорных обмоток припаяны к петушкам коллекторных пластин.
Коллекторы 7 по конструкции одинаковы и имеют 141 (вспомогательный генератор) и 111 (возбудитель) коллекторных пластин. Корпус 28 коллектора (рис. 110, г) и нажимная шайба 32 спрессованы и стянуты шестью шпильками 27 (М12). Гайки, навернутые на передние концы шпилек, дополнительно фиксируются лепестковыми шайбами. Коллекторные пластины 29 изолированы друг от друга миканитовыми прокладками, а от корпуса коллектора и нажимной шайбы — миканитовым цилиндром 30 и двумя манжетами 31.
Вал 1 (см. рис. 109) вращается в двух подшипниках: шариковом 16 (со стороны вспомогательного генератора) и роликовом 2 (со стороны возбудителя). Подшипники установлены в щитах 4, прикрепленных четырьмя болтами 9 (М12) к торцам станин. Внутренняя полость подшипников, заполняемая смазкой, образована передней 22 и задней 23 подшипниковыми крышками, которые стянуты тремя болтами М6, проходящими через отверстия в щитах. Задние крышки 23 вместе с упорными кольцами 24 образуют лабиринтные уплотнения, препятствующие попаданию смазки внутрь машин. Упорное кольцо со стороны возбудителя напрессовано на вал до упора в борт, а кольцо со стороны вспомогательного генератора надето на вал свободно, но прижато к его борту внутренним кольцом подшипника 16. Опорный подшипник 16 дополнительно закреплен стопорным кольцом 25. Опорно-упорный подшипник 2 ограничивает осевой разбег вала двухмашинного агрегата. При сборке во внутреннюю полость каждого подшипника закладывают 100— 120 г смазки ЖРО, а при текущих ремонтах через масленки 3 добавляют по 10 —20 г.
Подшипниковые щиты 4 отлиты из чугуна и по конструкции одинаковы. В каждом щите расточено центральное отверстие диаметром 110 мм под подшипник. Для осмотра коллектора и щеток в щитах сделаны четыре люка, закрываемые съемными крышками с пружинными замками. Нижние крышки имеют прорези для прохода охлаждающего воздуха.
На среднюю часть вала 1 напрессован стальной диск, к которому пятью болтами М8 прикреплено вентиляторное колесо 13, отлитое из силумина. Охлаждающий воздух засасывается через прорези в нижних крышках 21 подшипниковых щитов и выбрасывается через окна в станине возбудителя. Сверху к станине возбудителя прикреплена текстолитовая панель зажимов 14 (на рис. 111 на вкладке расположение зажимов соответствует их расположению на панели 14), закрываемая съемной крышкой.
Токосъемные устройства обеих машин конструктивно одинаковы и аналогичны щеточному устройству тягового генератора. Четыре комплекта щеткодержателей вместе с пластмассовыми изоляторами укреплены при помощи стяжных болтов в приливах чугунной траверсы 5 (см. рис. 109), которая прикреплена четырьмя болтами М8 к подшипниковому щиту. Комплект состоит из двух щеткодержателей 6, в каждом из которых установлено по одной щетке. Щетки вспомогательного генератора и возбудителя отличаются по размерам (см. приложение 1) и поэтому невзаимозаменяемы.
Со стороны возбудителя на конусную часть вала напрессован шкив 35 (рис. 110, д) с восемью ручьями под приводные ремни. Шкив дополнительно закреплен гайкой 34 с двумя шайбами, из которых одна пружиная. Для спрессовки шкива предусмотрены осевое отверстие е и радиальное отверстие ж, совпадающее с кольцевьГ; канавкой з на наружной поверхности вала 33.
Приваренными к станинам лапами двухмашинный агрегат опирается на плиты 7 и 8 (см. рис. 110, а), изготовленные из швеллера. Задняя плита 7 (со стороны тягового генератора) с обоих концов имеет приварные пластины 6 и при помощи пальцев 4 шарнирно соединена с ушками 5. В середине передней плиты 8 приварена накладка 9 с вырезом под стяжной болт 10, головка которого пальцем II шарнирно соединена с ушками 12 (ушки 5 и 12 приварены к главной раме тепловоза). Такое крепление агрегата на главной раме позволяет, меняя затяжку болта 10, регулировать натяжение приводных ремней. При усилии 1У Н (1 кгс) стрела прогиба для новых ремней должна быть равна 12 — 14 му, а для старых — 13 — 15 мм.
Вопросы для самопроверки:
1.Из каких электрическихз машин состоит двухмашинный агрегат?
2. Назначение вспомогательного генератора?
3. Назначение возбудителя?
4. Перечислите основные части вспомогательного генератора и возбудителя?
5.Перечислите тех. характеристики двухмашинного агрегата?
IV. Домашнее задание:
Проработать текст, посмотреть предоставленные рисунки. Ответить на вопросы для самопроверки. Выучить позиции двухмашинного агрегата.Фото с ответами выложить в группу в контакте https://vk.com/club194189853 (Гр.36 ЯЦПТО. Дистанционное обучение )или отправить на электронный адрес vvovk1964@gmail.com или выложить сообщением в здесь в группе
2. А. Пойда Тепловозы. Механическое оборудование, устройство и ремонт, М.,
Транспорт, Г1988г.;
3.Бородин Электрическое оборудование тепловозов, М.Транспорт 1988г.
Двухмашинный агрегат
Двухмашинный агрегат тепловозов ТЭМ2, ТЭМ2М, ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, состоящий из вспомогательного генератора МВГ25/11 и возбудителя МВТ25/9, представлен на рис. 11.1. Двухмашинный агрегат состоит из следующих основных частей: станин возбудителя и вспомогательного генератора, их якорей, коллекторов, щеткодержателей, главных и добавочных полюсов, вентилятора и подшипников.
Станины 7, 13 (см. рис. 11.1) возбудителя и вспомогательного генератора составляют общий разъемный корпус. Между собой станины стянуты болтами. Снизу к ним приварены четыре лапы для крепления двухмашинного агрегата.
К станине 7 возбудителя МВТ25/9 крепятся четыре главных полюса. Каждый главный полюс состоит из сердечника и обмотки. Сердечники 6 набраны из стальных листов и разделены латунной прокладкой на две части неравного сечения. Часть сердечника меньшего сечения (насыщенная) охватывается дифференциальной обмоткой 9, имеющей семь витков из медной полосы. Параллельная обмотка возбуждения 10 охватывает обе части сердечника (насыщенную и ненасыщенную) и имеет 242 витка из изолированного медного провода.
К торцу станины возбудителя крепится подшипниковый щит 2. На нем установлена изолированная траверса с четырьмя щеткодержателями 4. Траверса допускает сдвиг щеткодержателей при их установке в нейтральное положение. В каждый щеткодержатель устанавливается по одной щетке. В центре подшипниковый щит имеет
Якорь возбудителя состоит из сердечника 8, обмотки 5, коллектора 3 и вала 18. Сердечник набран из листов электротехнической стали. Сердечник возбудителя от сердечника вспомогательного генератора отделен магнитным экраном, состоящим из 26 латунных листов. На валу сердечник удерживается шпонкой. Листы сердечника имеют 45 пазов, куда укладывается волновая двухслойная обмотка из прямоугольного изолированного провода. Каждая секция обмотки состоит из трех проводников (рис. 11.2). В паз сердечника укладываются две полусекции. Между секциями и на дно паза укладываются миканитовые прокладки. Обмотка в пазах удерживается гетинаксовыми клиньями, а ее лобовые части удерживаются бандажами. Концы секций обмотки якоря припаяны к петушкам коллекторных пластин. Шаг обмотки по пазам 1-11, по коллектору 1-68. Коллектор возбудителя содержит 135 пластин.
Магнитная система вспомогательного генератора МВГ25/11 состоит из станины 13 (см. рис. 11.1), шести главных 12 и шести
Сердечники добавочных полюсов литые стальные, катушки намотаны из меди. К торцу станины вспомогательного генератора крепится подшипниковый щит 17, снимаемый при осмотре коллектора 16. На подшипниковом щите установлена траверса со щеткодержателями 19.
Сердечник якоря 14, набранный из листов электротехнической стали, имеет вентиляционные отверстия, паз для шпонки и 46 пазов, в которые укладывается волновая обмотка с двумя параллельными ветвями. Секция обмотки выполнена из прямоугольной меди с изоляцией. Она состоит из двух витков (рис. 11.3). В пазах секции удерживаются проволочным бандажом. Лобовые части в местах намотки бандажей дополнительно изолированы. Обмотка якоря 15 (см. рис. 11.1) имеет шаг по пазам 1.8, по коллектору 1. 32.
Вентилятор 11 (см. рис. 11.1) забирает воздух из дизельного помещения в районе коллекторных камер агрегата и выбрасывает его в средней части через люки, закрытые сверху защитными сетками.
Двухмашинный агрегат тепловоза ТЭМ2 приводится во вращение от шкива, посаженного на хвостовик вала тягового генератора посредством девяти клиновых ремней, ведомого шкива, вала и
При установке привода двухмашинного агрегата в сборе на тепловозе, во избежание перекосов ремней необходимо, чтобы наружный торец ведомого шкива 23 совпал с торцом ведущего торца, что достигается перемещением шкива на валу за счет выемки или постановки прокладок 21.
Маневровые локомотивы
На тепловозах ТЭМ1 и ТЭМ2 установлен двухмашинный агрегат, состоящий из возбудителя МВТ-25/9 и вспомогательного генератора МВГ-25/11 (рис. 154). Это самовентилируемая машина защищенного исполнения. Вентилятор 8 центробежного типа, расположенный в середине агрегата, засасывает воздух со стороны коллекторов и выбрасывает его через отверстия сетки, закрывающей верхние вырезы в центральной части станины
Станины 12 возбудителя и вспомогательного генератора 6 изготовлены из стали с хорошей магнитной проницаемостью Между собой ста-
Рис 154 Двухмашинный агрегат тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2
Коллектор возбудителя арочного типа состоит из 135 пластин твер-дотянутой меди. Возбудитель имеет четыре щеткодержателя 15, установленных на изолированной траверсе, допускающей сдвиг щеткодержателей для установки их в нейтральное положение. В каждый щеткодержатель установлено по одной щетке марки ЭГ4 размером 12.5Х44Х Х40 мм. Нажатие на щетку должно составлять 1,0-1,1 кгс.
Вспомогательный генератор расположен в двухмашинном агрегате со стороны свободного конца вала. В его станине установлены шесть главных и шесть добавочных полюсов. Катушка параллельной обмотки 7 имеет 394 витка из провода диаметром 1,56 мм марки ПВО. Катушка добавочного полюса имеет 19 витков из голой меди сечением 0,8×30 мм, намотанной широкой плоскостью в два ряда. В листах сердечника 5 якоря выштампованы 46 пазов под обмотку якоря. В пазы уложена волновая двухслойная обмотка 4 из медного провода марки ПБД сечением 1,55X5,1 мм Обмотка укреплена в пазах проволочным бандажом из девяти витков проволоки диаметром 1,2 мм. Бандаж лобовых частей имеет 15 витков. Конструкция коллектора и щеткодержателей такая же, как и у возбудителя.
Двухмашинный агрегат тепловоза ЧМЭЗ состоит из возбудителя DT706-4 и вспомогательного генератора DT701-4 (рис. 155). Конструкция агрегата подобна конструкции двухмашинного агрегата тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 и отличается в основном размерами и обмоточными данными. Многие узлы возбудителя DT706-4 й вспомогательного генератора DT701-4 унифицированы
Возбудитель DT706-4 представляет собой четырехполюсную машину постоянного тока независимого возбуждения. В его стальной станине 15 расположены четыре главных и четыре добавочных полюса. Сердечники главных полюсов набраны из лакированных стальных листов толщиной 1 мм и стянуты пятью заклепками между крайними листами
Рис. 155. Двухмашинный агрегат тепловоза ЧМЭЗ:
Двухмашинный агрегат типа 5518/12X4 тепловоза ЧМЭ2 состоит из дифференциального возбудителя и вспомогательного генератора. Обе машины четырехполюсные, защищенного исполнения с самовентиляцией. Конструкция машин аналогична рассмотренным выше. Обмотка якоря возбудителя двухслойная волновая, уложена в 25 пазах. Бандаж обмотки якоря выполнен из стальной струны. Коллектор из 75 пластин должен иметь биение рабочей поверхности не более 0,08 мм. Регулирование возбудителя, т. е. формирование его гиперболической внешней характеристики, осуществляется по такому же принципу, как и на тепловозах ТЭМ1 и ТЭМ2. Обмотки возбуждения выполняются из медного провода, оплетенного стеклолентой, приклеенной к проводнику.
Вспомогательный генератор конструктивно мало отличается от возбудителя. Параллельная обмотка вспомогательного генератора получает питание через вибрационный регулятор возбуждения. Четыре щеткодержателя приклеены к ступице подшипникового щита, и в каждом из них установлены две щетки размером 8X20X30 мм. Нажатие на щетки 0 29-0,32 кгс. Катушки главных и добавочных полюсов изготовлены из медного провода со стеклотканевой изоляцией.
Двухмашинный агрегат
Двухмашинным агрегатом называется возбудитель и вспомогательный генератор тепловоза, собранные в общем корпусе. Якоря возбудителя и вспомогательного генератора собраны на общем валу, станины соединены болтами. Возбудитель питает независимую обмотку возбуждения тягового генератора, вспомогательный генератор предназначен для питания цепей собственных нужд тепловоза и заряда аккумуляторной батареи.
Содержание
Возбудитель
Тяговый генератор тепловоза должен обеспечивать использование номинальной мощности дизеля тепловоза. Мощность, вырабатываемая генератором, равная произведению напряжения на его выводах на ток нагрузки, должна оставаться постоянной.
.
Ток тяговых двигателей тепловоза зависит от скорости движения.
,
где I — ток якоря;
U — напряжение на тяговом двигателе;
c — машинная постоянная;
n — частота вращения якоря двигателя;
Φ — магнитный поток двигателя;
R — сопротивление якоря.
Для поддержания постоянства мощности тягового генератора необходимо изменять напряжение генератора обратно пропорционально току в нём. Напряжение и ток генератора должны ограничиваться предельно допустимыми значениями. Зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при неизменной частоте вращения якоря и заданных условиях возбуждения называется внешней характеристикой генератора. Поскольку ни генераторы постоянного тока, ни синхронные генераторы не имеют требуемой (гиперболической) внешней характеристики, для её получения используется система возбуждения тягового генератора с автоматическим регулированием тока возбуждения. В случаях, когда не требуется использование полной мощности дизеля, для экономии топлива мощность дизеля уменьшается путём ступенчатого снижения частоты вращения его коленчатого вала рукояткой контроллера машиниста. Система возбуждения должна обеспечивать при частичных нагрузках постоянство мощности генератора на уровнях, соответствующих экономичным режимам работы дизеля. Мощность дизеля тепловоза зависит от различных факторов, таких как температура и давление воздуха, затраты на привод вспомогательных механизмов изменяются во времени, мощность тягового генератора зависит от температуры его обмоток. Поэтому система возбуждения должна регулировать мощность тягового генератора в зависимости от свободной мощности дизеля. Одним из способов построения системы возбуждения является использование для питания обмотки возбуждения тягового генератора специального генератора — возбудителя.
Возбудитель ВТ-275/120, устанавливаемый на тепловозах ТЭ3, ТЭ7 имеет магнитную систему, состоящую из четырёх ненасыщенных и двух насыщенных полюсов. На ненасыщенных полюсах расположены независимая, ограничительная и регулировочная обмотки, а на насыщенных — параллельная и дифференциальная. Обмотка независимого возбуждения включена на напряжение вспомогательного генератора, параллельная обмотка включена на напряжение возбудителя, дифференциальная обмотка включена параллельно обмотке добавочных полюсов тягового генератора, поэтому ток в ней пропорционален току генератора. Магнитодвижущие силы параллельной и дифференциальной обмотки направлены навстречу друг другу. На участке характеристики, где ток генератора невелик, сердечник полюса насыщен под действием параллельной обмотки, напряжение возбудителя мало зависит от тока генератора, таким образом, за счёт насыщения полюсов обеспечивается ограничение напряжения тягового генератора. При росте тока тягового генератора сердечник полюса перестаёт быть насыщенным, и напряжение возбудителя изменяется примерно обратно пропорционально току генератора — реализуется гиперболический участок внешней характеристики тягового генератора. Для ограничения максимального тока тягового генератора используется схема, состоящая из ограничительной обмотки (магнитодвижущая сила которой направлена навстречу магнитодвижущей силе независимой обмотки), включенного последовательно с ней тахогенератора и диода. Эта цепь включена параллельно обмотке добавочных полюсов генератора и обмоткам возбуждения ТЭД. При небольшом токе тягового генератора диод препятствует прохождению тока от тахогенератора, при приближении тока тягового генератора к максимальному значению суммарное падение напряжения на обмотке добавочных полюсов и обмотке возбуждения ТЭД превышает напряжение тахогенератора, в цепи ограничительной обмотки начинает течь ток, магнитная система возбудителя размагничивается, и напряжение резко снижается.
Поскольку якорь тахогенератора и якорь возбудителя приводится от коленчатого вала дизеля, ток, при котором начнётся снижение напряжения тягового генератора, и напряжение возбудителя пропорциональны частоте вращения коленчатого вала дизеля, тем самым изменяется мощность тягового генератора и его максимальный ток при частичных нагрузках.
Для изменения мощности тягового генератора в зависимости от свободной мощности дизеля предусмотрена регулировочная обмотка с подключенным к ней тахогенератором. При уменьшении нагрузки обороты дизеля возрастают, напряжение тахогенератора повышается, увеличивая мощность тягового генератора. Однако эта система работает только в режиме максимальной мощности дизеля.
Возбудитель В-600, устанавливаемый на тепловозах М62, 2ТЭ10Л, ТЭП10Л, ТЭП60, 2ТЭП60 (в составе двухмашинного агрегата А-706) имеет на главных полюсах две обмотки — независимую и размагничивающую. Размагничивающая обмотка возбудителя подключена к вспомогательному генератору, а независимая — к магнитному усилителю, который регулирует напряжение на ней в зависимости от сигналов подключенных к нему датчиков.
Вспомогательный генератор
ДВУХМАШИННЫЙ АГРЕГАТ И ТАХОГЕНЕРАТОРЫ
ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ
Тяговый генератор тепловоза имеет независимое возбуждение. Ток в независимую обмотку посылает специальный генератор небольшой мощности — возбудитель. Ток возбудителя нужно изменять таким образом, чтобы мощность генератора оставалась постоянной при заданной частоте вращения коленчатого вала дизеля и увеличении скорости движения тепловоза в достаточно широком диапазоне. Регулировку тока возбуждения тягового генератора можно производить вручную. Включив в эту цепь резистор в виде реостата и изменяя его сопротивление, получим необходимый ток возбуждения. Однако машинисту придется непрерывно следить за электроизмерительными приборами и регулировать сопротивление реостата. При быстрых изменениях режима работы тепловоза человек просто не успеет выполнить необходимые действия.
На современных тепловозах процесс поддержания постоянства мощности тягового генератора автоматизирован. Применяются две основные системы регулирования мощности генератора: машинная и аппаратная.
В машинных системах автоматического регулирования мощности используются специальные возбудители. Напряжение на выводах такого возбудителя автоматически изменяется в необходимых пределах в зависимости от силы тока тягового генератора с помощью специальных обмоток возбуждения. Таким способом и устанавливается требуемая взаимозависимость тока и напряжения тягового генератора.
Преимущества машинных систем автоматического регулирования мощности заключаются в простоте и высокой эксплуатационной надежности. Однако они не обеспечивают получение требуемой внешней характеристики тяговых генераторов в полной мере. Приходится применять дополнительные аппараты, электрические генераторы небольшой мощности для коррекции внешней характеристики тягового генератора с целью приближения ее к оптимальной.
В аппаратных системах устанавливаются специальные регуляторы мощности тепловозных дизель-генераторов. В этом случае в качестве возбудителя может быть использован наиболее простой электрический генератор. Автоматические регуляторы изменяют ток возбуждения тягового генератора, обеспечивая требуемую внешнюю характеристику. На тепловозах широко применяются аппаратные системы с автоматическим регулированием возбуждения возбудителя для реализации необходимых токов возбуждения тягового генератора. В этом случае обмотка возбуждения возбудителя питается энергией от подвозбудителя небольшой мощности (около 1 кВт). Автоматические регуляторы управляют малыми токами, поэтому получаются весьма компактными и надежными.
Машинные системы автоматического управления работают на постоянном токе, который необходим для возбуждения тягового генератора. В аппаратных системах широко используется переменный ток, параметры которого легко изменяются с помощью трансформаторов. На переменном токе работают магнитные усилители, являющиеся наиболее простыми и надежными электрическими регуляторами, широко применяемыми на тепловозах. В тех случаях, когда потребитель в аппаратной системе регулирования мощности должен получить постоянный ток, на входе его устанавливается выпрямитель.
Машинными системами автоматического регулирования мощности тяговых генераторов оборудованы тепловозы ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, ТЭМ2, ТЭЗ и некоторые другие. Аппаратные системы с установкой автоматических регуляторов мощности непосредственно в цепи возбуждения тягового генератора применялись на тепловозах ТЭ10 первых выпусков. Тепловозы 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, ТЭП60 снабжены также аппаратной системой регулирования, но автоматические регуляторы мощности находятся в цепи возбуждения возбудителя от подвозбудителя.
Для получения внешней характеристики тягового генератора, представленной на рис. 140, необходимо подобным же образом изменять магнитный поток и, следовательно, ток возбуждения генератора в зависимости от тока нагрузки. Действительно, гиперболическая характеристика генератора обеспечивается путем изменения напряжения генератора обратно пропорционально его току. Напряжение генератора при постоянной частоте вращения якоря регулируется за счет изменения магнитного потока полюсов, т. е. тока возбуждения. Обмотка независимого возбуждения генератора является внешней нагрузкой возбудителя. При постоянном сопротивлении этой обмотки ток в ней согласно закону Ома будет прямо пропорционален напряжению возбудителя. Поэтому напряжение возбудителя в машинных схемах регулирования мощности должно изменяться в зависимости от тока нагрузки генератора по кривой, повторяющей в определенном масштабе внешнюю характеристику генератора. Регулирование напряжения возбудителя также осуществляется путем изменения его возбуждения, так как генераторы с обычными системами возбуждения не обладают требуемой естественной внешней характеристикой.
Основной особенностью возбудителей машинных систем регулирования мощности являются их главные полюсы и специальные, обмотки возбуждения. Рассмотрим прежде всего принцип работы возбудителей тепловозов ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1 и ТЭМ2.
Якорь возбудителя имеет конструкцию, обычную для генераторов постоянного тока. Его главные полюсы расщеплены, т. е. состоят из двух частей 1 и 2 (рис. 157), разделенных немагнитной латунной прокладкой. В данном случае расщепление полюсов произведено по длине сердечника, т. е. в продольном направлении. Поэтому такие полюсы называют продольно расщепленными.
Рис. 157. Схема возбудителя с продольным расщеплением главных полюсов
На каждом главном полюсе установлено по две катушки возбуждения. Одна катушка охватывает обе части полюса. Эти катушки всех главных полюсов возбудителя питаются током от вспомогательного генератора и образуют обмотку независимого возбуждения. Напряжение вспомогательного генератора поддерживается строго постоянным, поэтому этот ток возбуждения сохраняется неизменным. В независимую обмотку также поступает небольшой силы ток и непосредственно от выводов возбудителя. Вторая катушка охватывает лишь часть главного полюса. Эти катушки всех полюсов образуют дифференциальную (встречную) обмотку возбудителя. Дифференциальная обмотка включена в силовую цепь, по ней протекает весь ток генератора.
Направление тока в независимой и дифференциальной обмотках подобрано так, что их магнитные потоки имеют противоположное один другому направление.
Любой проводник якорной обмотки возбудителя одновременно пересекает магнитные потоки двух частей расщепленного полюса. Поэтому результирующая электродвижущая сила возбудителя равна алгебраической сумме э. д. с, индуктируемых потоками каждой части полюсов.
Величина тока в независимой обмотке возбуждения меняется в незначительных пределах, поэтому э. д. с. E1, возникающая в обмотке якоря под частью 1 полюсов, почти не изменяется при изменениях тока генератора (рис. 158).
Рис. 158. Зависимость ЭДС возбудителя от силы тока тягового генератора
Электродвижущая сила Е2 индуктируется в якоре под частью 2 полюсов, и ее величина зависит от соотношения магнитных потоков независимой и дифференциальной обмоток. При отсутствии тока в цепи якоря генератора магнитный поток в части 2 полюсов создается только независимой обмоткой и достигает максимальной величины. С увеличением тока генератора магнитный поток этой части полюсов уменьшается, так как магнитодвижущая сила дифференциальной обмотки противодействует магнитодвижущей силе независимой обмотки. При равенстве магнитодвижущих сил обеих обмоток эта часть полюсов полностью размагничивается. Если ток генератора продолжает увеличиваться, то начинает преобладать магнитодвижущая сила дифференциальной обмотки и магнитный поток меняет свое направление на противоположное.
Электродвижущая сила Е2 пропорциональна магнитному потоку части 2 главных полюсов. Поэтому с увеличением тока нагрузки генератора вначале она будет уменьшаться до нуля, а затем, изменив направление, начнет снова возрастать. Электродвижущая сила возбудителя, полученная в результате алгебраического суммирования э. д. с. Е1 и Е2, также показана на рис. 158. Она значительно уменьшается с увеличением тока тягового генератора. Ток возбуждения тягового генератора определяется величиной э. д. с. возбудителя и, следовательно, будет также значительно снижаться при увеличении тока нагрузки. С уменьшением тока возбуждения уменьшается и напряжение тягового генератора. Итак, в конечном итоге с увеличением тока генератора будет уменьшаться напряжение на его выводах.
Из рассмотрения зависимости э. д. с. возбудителя от тока нагрузки генератора следует, что при малых токах она практически остается постоянной, поэтому чрезмерного повышения напряжения тягового генератора не происходит. Ограничение э. д. с. достигается тем, что независимая обмотка создает магнитное насыщение полюсов, дифференциальная обмотка при малых токах в ней не в состоянии оказывать влияние на магнитный поток полюса. При очень больших токах генератора, наоборот, дифференциальная обмотка создает магнитное насыщение своей части полюса, и при дальнейшем повышении тока в ней магнитный поток этой части полюсов не увеличивается. Общий магнитный поток полюсов перестает уменьшаться, и напряжение тягового генератора при больших его токах почти не падает. Благодаря этому внешняя характеристика тягового генератора приобретает вид, близкий к гиперболе, с ограничением максимального напряжения (см. рис. 140).
На тепловозах ТЭЗ применен также возбудитель с расщепленными полюсами. Только у него сердечники главных полюсов расщеплены не по их длине, а по ширине вдоль оси якоря. Возбудитель имеет шесть главных полюсов (рис. 159), два из которых насыщенные и четыре ненасыщенные.
Насыщенные полюсы имеют магнитные мостики, т. е. уменьшение поперечного сечения сердечника полюса. Благодаря этому при увеличении тока возбуждения наступает магнитное насыщение, и далее магнитный поток полюсов почти не растет. На верхнем и нижнем насыщенных полюсах расположены параллельная и дифференциальная обмотки. Их магнитодвижущие силы направлены встречно.
Основное возбуждение ненасыщенных полюсов создается независимой обмоткой, которая питается током от вспомогательного генератора. Ненасыщенные полюсы снабжены также токовой обмоткой, включенной последовательно с якорем возбудителя.
Эта обмотка действует согласованно с независимой и препятствует размагничивающему действию реакции якоря. Действительно, с увеличением тока якоря повышается размагничивающее действие реакции якоря, однако благодаря последовательному включению одновременно возрастает ток и в последовательной обмотке, которая усиливает подмагничнваиие возбудителя. В результате реакция якоря не вызывает существенных искажений характеристик возбудителя.
При малых токах генератора направление магнитного потока насыщенных полюсов определяется потоком параллельной обмотки: полярность полюсов возбудителя будет при этом такой же, как у обычного генератора постоянного тока (после северного полюса С идет южный полюс Ю, далее снова северный и т. д.). Возбудитель работает как шестиполюсный генератор.
При увеличении тока тягового генератора магнитный поток, создаваемый дифференциальной обмоткой, возрастает и размагничивает насыщенные полюсы возбудителя. При большом токе в дифференциальной обмотке полярность насыщенных полюсов меняется, и возбудитель работает как двухполюсный генератор.
Один полюс находится выше горизонтальной плоскости, проведенной через вал возбудителя, другой — ниже этой плоскости. Шесть полюсов возбудителя образуются как бы рассечением этих двух физических полюсов плоскостями, проходящими по радиусам якоря. Поэтому его называют возбудителем с радиально (или поперечно) расщепленными полюсами.
Изменение магнитного потока двух полюсов в результате размагничивания их дифференциальной обмоткой приводит к тому, что характеристика возбудителя тепловоза ТЭЗ получается примерно такой же, как и у возбудителя с продольно расщепленными полюсами (см. рис. 158).
У возбудителя тепловоза ТЭЗ имеется и ряд других особенностей по сравнению с возбудителями тепловозов ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1 и ТЭМ2.
В процессе работы тягового генератора обмотка возбуждения нагревается, поэтому ее сопротивление возрастает, и при том же напряжении возбудителя ток возбуждения генератора уменьшается и, следовательно, снижает его мощность. Дизель разгружается. При холодных обмотках возбуждения, наоборот, мощность генератора будет слишком велика, она вызовет перегрузку двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, при включении вентилятора холодильника, компрессора или других вспомогательных нагрузок дизель также будет перегружаться.
Для более полного использования мощности дизеля, а также предупреждения его перегрузки при указанных изменениях режима работы силовой установки на тепловозе ТЭЗ применен узел дополнительного автоматического регулирования мощности (АРМ). Одним из основных его элементов является регулировочная обмотка возбудителя, расположенная на ненасыщенных полюсах (см. рис. 159). Эта обмотка с помощью автоматического устройства увеличивает возбуждение возбудителя, если мощность дизель-генераторной установки уменьшилась меньше заданной, и снижает его при чрезмерном повышении мощности.
Для улучшения пусковых характеристик тепловоза ТЭЗ применен узел автоматического регулирования пускового тока APT. Одним из основных элементов этого узла является ограничительная обмотка возбудителя. Катушки ограничительной обмотки установлены на ненасыщенных полюсах возбудителя (см. рис. 159). Ее магнитный поток направлен навстречу магнитным потокам остальных обмоток этих полюсов. В случае прохождения тока по ограничительной обмотке происходит размагничивание возбудителя.
При наибольшем токе генератора (на который настроен узел) по обмотке ограничения проходит ток, и создаваемый ею магнитный поток уменьшает суммарный магнитный поток возбудителя. По мере увеличения скорости движения посредством специального автоматического устройства ток в ограничительной обмотке уменьшается, напряжение возбудителя, а следовательно, и генератора возрастает в такой степени, что ток в силовой цепи почти не изменяется. Разгон поезда происходит при заданной величине тока генератора (участок ГВ внешней характеристики генератора на рис. 140), обеспечивающей максимальную силу тяги локомотива по сцеплению.
В таком режиме разгона мощность дизель-генератора непрерывно возрастает вплоть до номинальной. Дальнейшее увеличение скорости движения поезда будет происходить уже при постоянной мощности и сопровождаться снижением тока тягового генератора с одновременным повышением его напряжения по гиперболической зависимости (участок ВБ характеристики генератора).
Узел автоматического регулирования пускового тока одновременно защищает тяговый генератор и тяговые электродвигатели от перегрузки, так как ограничивает ток в силовой цепи.
Устройства, регулирующие ток в обмотках возбуждения возбудителя, рассмотрены ниже.
В аппаратных системах регулирования мощности тягового генератора роль возбудителя упрощается. Тепловозы 2ТЭ10Л оборудуются возбудителем, представляющем собой обычный генератор постоянного тока. По конструкции он близок к вспомогательному генератору тепловоза. На главных полюсах возбудителя расположены основная независимая обмотка и размагничивающая обмотка для коррекции характеристик возбудителя.
Вспомогательный генератор тепловозов предназначен для питания током обмоток независимого возбуждения возбудителя и тахогенераторов, цепей управления и освещения, вспомогательных электрических двигателей и заряда аккумуляторной батареи. Он представляет собой генератор обычно со смешанным возбуждением. Напряжение вспомогательного генератора поддерживается постоянным с помощью регулятора напряжения, который описан ниже. Возбудитель и вспомогательный генератор часто объединяют в один агрегат с общим валом якорей, получивший поэтому название двухмашинного агрегата.
ДВУХМАШИННЫЙ АГРЕГАТ
Станины возбудителя и вспомогательного генератора тепловоза ТЭЗ соединены болтами в один общий корпус (рис. 160). К корпусу, имеющему, цилиндрическую форму, приварены четыре опорные лапы. Вал якорей двухмашинного агрегата опирается на два шариковых подшипника. Внутренние кольца подшипников напрессованы на вал, а наружные закреплены в корпусе агрегата.
Рис. 160. Двухмашинный агрегат тепловоза ТЭ3
Вентилятор, установленный в средней части двухмашинного агрегата, двойной, поэтому потоки воздуха, охлаждающего возбудитель и вспомогательный генератор, независимы. Охлаждающий воздух всасывается с двух сторон через окна в нижней части корпуса двухмашинного агрегата около подшипников, проходит через возбудитель и вспомогательный генератор, охлаждая их, и выбрасывается вентилятором через отверстия в середине станины.
Возбудитель имеет шесть главных радиально расщепленных полюсов и пять добавочных. На главных полюсах размещены шесть обмоток возбуждения: параллельная, дифференциальная, независимая, последовательная, регулировочная и ограничения тока (рис. 161).
Их роль подробно была рассмотрена выше. Добавочные полюсы состоят из сердечника и одной обмотки (рис. 162). Полюсы болтами прикреплены к станине. Сердечник якоря набран из листов электротехнической стали. Листы запрессованы на вал якоря до упора в заднюю шайбу якоря. С другой стороны листы удерживаются корпусом коллектора. В пазах сердечника уложена обмотка якоря.
Рис. 162. Добавочный полюс возбудителя и вспомогательного генератора
Собранные коллекторные пластины устанавливаются на корпус коллектора и прочно удерживаются с помощью нажимной шайбы. От корпуса и шайбы пластины коллектора тщательно изолируют миканитом. Нажимная шайба укреплена гайкой. Выводы якорной обмотки впаяны в петушки коллекторных пластин.
Возбудитель имеет шесть щеткодержателей, которые крепятся на кольце, изготовленном из изоляционного материала. В каждом щеткодержателе установлено по одной щетке (рис. 163).
Рис. 163. Щеткодержатель двухмашинного агрегата
Номинальная мощность возбудителя составляет 10 кВт, номинальное напряжение—107 В, максимальное — до 150 В. Вспомогательный генератор имеет шесть главных и пять добавочных полюсов.
На главных полюсах расположены параллельная и последовательная обмотки возбуждения. Последовательная обмотка помогает поддерживать постоянным напряжение вспомогательного генератора, облегчая условия работы регулятора напряжения.
Устройство якоря, щеткодержателей вспомогательного генератора не имеет больших отличий от устройства тех же частей возбудителя. Мощность вспомогательного генератора равна 8 кВт, номинальное напряжение — 75 В.
Привод двухмашинного агрегата осуществлен от дизеля. Вращение от коленчатого вала передается дальше через вал якоря тягового генератора, промежуточный вал, передний редуктор и промежуточный вал непосредственно выступающему наружу концу вала якоря двухмашинного агрегата.
На тепловозах серии 2ТЭ10Л вспомогательный генератор и возбудитель также объединены в двухмашинный агрегат (рис. 164), по конструкции близкий к двухмашинному агрегату тепловоза ТЭЗ.
Рис. 164. Двухмашинный агрегат тепловоза 2ТЭ10Л
Наиболее существенные отличия имеют главные полюсы возбудителей этих тепловозов. На главных полюсах возбудителя тепловоза 2ТЭ10Л расположено по две обмотки — независимого возбуждения и управления (размагничивающая). При работе тепловоза аппараты электрической схемы изменяют силу тока в независимой обмотке возбуждения таким образом, чтобы возбудитель обеспечивал постоянство мощности тягового генератора при заданной частоте вращения его якоря. Размагничивающая обмотка служит для коррекции характеристик возбудителя и получения малого напряжения генератора при трогании тепловоза.
Коллектор вспомогательного генератора имеет удлиненную втулку из изолирующего материала, на которой дополнительно укреплены два латунных контактных кольца. Каждое из колеи соединяется с коллекторной пластиной, расположенной на расстоянии полюсного деления. Обмотка якоря вспомогательного генератора совместно с двумя кольцами образует генератор переменного тока. Поэтому вспомогательный генератор тепловоза 2ТЭ10Л, являясь электрической машиной постоянного тока, одновременно позволяет получить и переменный ток небольшой мощности.
Вспомогательный генератор и возбудитель тепловоза 2ТЭ10Л имеют по шесть главных и по пять добавочных полюсов. Сердечники главных полюсов выполнены из листовой стали, сердечники добавочных полюсов — стальные литые. Главные полюсы вспомогательного генератора снабжены только параллельной обмоткой возбуждения. Якоря вспомогательного генератора и возбудителя имеют практически одинаковую конструкцию и собраны на общем валу. Их сердечники набраны из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В пазах сердечников якорей каждой из двух электрических машин уложена
волновая обмотка. Коллекторы — обычного арочного типа, имеют по 130 пластин. Объединенный якорь вращается в двух шарикоподшипниках, установленных в капсулах, которые крепятся к станине двухмашинного агрегата. Для съема тока с коллекторов применено по шесть щеткодержателей в соответствии с числом главных полюсов. Щеткодержатели прикреплены к пластмассовой траверсе.
Номинальная мощность вспомогательного генератора тепловоза 2ТЭ10Л составляет 12 кВт, возбудителя — 20,6 кВт, наибольшая частота вращения якоря — 1800 об/мин. Привод двухмашинного агрегата осуществлен от вала якоря тягового генератора через промежуточный распределительный редуктор и систему карданных валов тепловоза.
ТАХОГЕНЕРАТОР ТЕПЛОВОЗА
Для управления силой тока в обмотках возбуждения возбудителя и, следовательно, дополнительного регулирования мощности тягового генератора и ограничения пускового тока на тепловозах ТЭЗ применены тахогенераторы. Такую схему регулирования мощности называют тахометрической.
Тахогенераторами являются генераторы, по напряжению которых можно судить о частоте вращения их якоря, т. е. такие электрические машины, у которых напряжение на выводах прямо пропорционально частоте вращения вала. Тахогенератор, предназначенный для обеспечения более полного использования мощности дизеля тепловоза, имеет условное обозначение Т1 и представляет собой генератор постоянного тока мощностью 0,624 кВт.
Якорь тахогенератора приводится во вращение от коленчатого вала дизеля. Обмотка возбуждения тахогенератора питается током от вспомогательного генератора, следовательно, возбуждение всегда остается постоянным. Поэтому напряжение тахогенератора зависит только от частоты вращения вала дизеля.
Второй тахогенератор Т2 мощностью 0,12 кВт является составной частью узла автоматического регулирования пускового тока (APT). Привод этого тахогенератора также осуществлен от коленчатого вала дизеля.
Тахогенераторы Т1 и Т2 на тепловозах ТЭЗ более позднего выпуска объединены в тахометрический агрегат, показанный на рис. 165. Якоря тахогенераторов имеют общий вал, установленный на двух шариковых подшипниках. Магнитные системы тахогенераторов — раздельные.
Рис. 165. Тахометрический агрегат тепловоза ТЭ3
Каждая система состоит из ярма, сердечников, полюсов и обмоток. Корпус тахоагрегата отделен от магнитных систем слоем алюминиевого сплава и является экраном, который предупреждает проникновение магнитных потоков, создаваемых другими электрическими машинами и проводами при прохождении по ним тока, внутрь тахометрического агрегата. Поэтому внешние магнитные поля не влияют на характеристики тахогенераторов.
Тахометрическая схема автоматического регулирования мощности дизель-генератора и пускового тока, примененная на тепловозах ТЭЗ, в эксплуатации работает недостаточно устойчиво. В связи с этим для мощных тепловозов ТЭ10, 2ТЭ10Л, ТЭП60 были разработаны более совершенные аппаратные схемы автоматического регулирования с применением объединенных регуляторов частоты вращения и мощности дизелей, а также магнитных усилителей.
СИНХРОННЫЙ ПОДВОЗБУДИТЕЛЬ ТЕПЛОВОЗА 2ТЭ10Л
Подвозбудитель вырабатывает электрический ток для питания обмотки возбуждения возбудителя тепловоза. Одновременно подвозбудитель является датчиком частоты вращения коленчатого вала дизеля, т. е. тахогенератором. По мере увеличения частоты вращения вала по позициям контроллера машиниста повышается частота тока подвозбудителя, обеспечивающая рост уровня мощности тягового генератора (воздействием на систему регулирования мощности). Подвозбудитель (рис. 166) является однофазным синхронным генератором обращенного типа — индуктор машины остается неподвижным, вращается якорь вместе с обмоткой, от которой питается электрическим током внешняя цепь подвозбудителя.
Рис. 166. Синхронный подвозбудитель тепловоза 2ТЭ10Л
Система возбуждения возбудителя состоит из четырех полюсов. Сердечники полюсов — сплошные. Катушки полюсов выполнены с многослойной обмоткой из изолированного провода диаметром 1,35 мм. Полюсы установлены в магнитопровод из электротехнической стали, который в свою очередь запрессован в цилиндрическую станину подвозбудителя. Обмотка независимого возбуждения подвозбудителя получает питание постоянным током от вспомогательного генератора тепловоза.
Обмотка якоря подвозбудителя — многовитковая, выполнена из изолированного провода диаметром 2,08 мм, намотанного на сердечник якоря. На валу якоря с помощью пластмассового изолятора укреплены контактные кольца, к которым присоединены выводы обмотки якоря. Щетки установлены в щеткодержателях, крепящихся к изолирующей пластмассовой траверсе. Подвозбудитель имеет самовентиляцию — охлаждающий воздух подается вентилятором, установленным на валу якоря. Привод подвозбудителя осуществлен с помощью редуктора от валопровода, передающего вращение от коленчатого вала дизеля к вентилятору холодильника.
Для возбуждения возбудителя требуется незначительная мощность, поэтому номинальная мощность подвозбудителя составляет всего 1,1 кВт при напряжении ПО В. Максимальная частота вращения якоря равна 4000 об/мин.