Что отсутствует на тяговом генераторе переменного тока

Тяговые генераторы переменного тока

С появлением более мощных дизелей возникла необходимость применения тяговых генераторов большей мощности. Однако тяговые генераторы постоянного тока, рассчитанные на большую мощность, выходили за рамки допустимых значений по габаритам и массе. В этой связи на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока нашли применение генераторы переменного тока (табл. 10.8), которые в сочетании с выпрямительной установкой заменили тяговые генераторы постоянного тока.

Рассмотрим конструкцию тягового генератора переменного тока на примере ГС501А, представляющего собой синхронную электрическую машину защищенного исполнения с явно выраженными 12 полюсами на роторе, с независимым возбуждением и при-

Тяговый агрегат А714: тяговый генератор

нудительной вентиляцией. Он состоит из статора, ротора, подшипникового щита, подшипника (рис. 10.13).

Статор состоит из корпуса 2, сердечника 3 и обмотки 4. Корпус статора сварен из стальных листов. К корпусу статора параллельно его оси с двух сторон привариваются опорные лапы для установки генератора на поддизельную раму. Перпендикулярно лапам для повышения их жесткости приварены к корпусу стальные ребра с проушинами, предназначенными для подъема и транспортировки тягового генератора. В верхней части корпуса приварены кронштейны, служащие опорами для установки на генераторе синхронного возбудителя и стартер генератора.

Сердечник статора набран из штампованных сегментов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, которые стягиваются при помощи шпилек и нажимных шайб 5. Сердечник имеет 144 паза 18 и 120 вентиляционных каналов 17. Обмотка статора двухслойная, волновая, стержневая. Обмотка выполнена из медного изолированного провода. Секция обмотки прямоугольной формы, соответствующей форме паза сердечника, выполнена из девяти уложенных друг на друга широкой стороной медных проводников (рис. 10.14). Лобовые части обмотки крепятся к корпусу статора с помощью пластмассовых обмоткодержателей. Выводы обмотки статора 9 (см. рис. 10.13) припаиваются к шинам. Статор имеет шесть фазных выводов, два нулевых и два вывода обмотки возбуждения.

Подшипниковый щит 1 (см. рис. 10.13), представляющий собой сварную конструкцию, крепится к корпусу статора болтами. В щите имеется ступица 12, обеспечивающая возможность замены роликоподшипника без снятия щита с генератора и без съема генератора с тепловоза.

Крышки 13 подшипникового узла стягиваются болтами. Во внутренней полости подшипникового щита на изогнутых ребрах, с помощью четырех изоляторов, закреплены две подвески, на каждой из которых установлены три радиальных латунных щеткодержателя 75. Устройство щеткодержателя аналогично конструкции щеткодержателя тягового генератора ГП311Б. В щеткодержатель устанавливаются щетки марки ЭГ-4, снабженные резиновым амортизатором.

Ротор состоит из вала 10, корпуса 16, сердечника, полюсов, контактных колец 14. Корпус ротора генератора сварной. С одного конца цилиндрическая часть корпуса имеет стальную втулку, на

Рис. 10.13. Синхронный тяговый генератор

которую монтируют контактные кольца и запрессовывают вал. Контактные кольца, изготовленные из специальной антикоррозионной стали, напрессовываются на корпус ротора в горячем состоянии и изолированы от него. С противоположной стороны корпус ротора имеет фланец для соединения с коленчатым валом дизеля. На корпус ротора напрессовывается сердечник, состоящий из пакета стальных листов толщиной 2 мм. В листах сердечника вьпитам-пованы пазы в форме «ласточкина хвоста», в которые крепят клиньями полюсы. Полюс состоит из сердечника и обмотки. Сердечник полюса ротора набран из листовой стали, спрессован и стянут четырьмя стальными шпильками. Катушки полюсов ротора 8

ГС501А (продольный и поперечный разрезы):

выполнены из медной ленты. Между витками меди проложена изоляция. Катушка пропитана в сборе с сердечником полюса в эпоксидном компаунде и имеет изоляцию класса Р. В пазы полюсных наконечников встроена демпферная обмотка 19, состоящая из медных стержней, соединенных между собой по торцам короткозамы-кающими сегментами. Эта обмотка снижает перенапряжение на фазах в динамических режимах работы генератора.

Подшипник 11 ротора самоустанавливающийся, двухрядный со сферическими роликами.

1. Что представляет собой электрическая машина, на чем основан принцип ее действия?

2. Какие существуют типы электрических машин?

3. Какие материалы применяются в электрических машинах?

4. Как происходит передача тока от щетки к коллектору и обратно? Каковы причины искрения под щеткой?

5. Как оценить качество коммутации?

6. Каковы условия эксплуатации тяговых электрических машин?

7. Каковы наиболее характерные неисправности электрических машин и способы их устранения?

8. Каково назначение и устройство основных сборочных единиц тяговых электродвигателей?

9. Каково назначение и устройство основных сборочных единиц тяговых генераторов постоянного тока?

10. Каково назначение и устройство основных сборочных единиц тяговых генераторов переменного тока?

УСТРОЙСТВО И РЕМОНТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Источник

Тяговый генератор переменного тока

На тепловозах, имеющих передачу переменно-постоянного тока, установлены тяговые генераторы переменного тока. Наибольший опыт эксплуатации накоплен по генератору ГС-501А (рис. 8), устанавливаемому на тепловозе 2ТЭ116.

Тяговый генератор ГС-501 А имеет статор 7 (рис. 8) со сварным корпусом цилиндрической формы. По бокам расположены лапы 9 установки на поддизельную раму, а также ребра жесткости 10 с отверстиями для транспортировки. В верхней части статора приварены кронштейны для установки на генераторе синхронного возбудителя и стартер-генератора. В статор установлен кольцевой пакет пластин 11 с пазами, в которые уложена волновая двухслойная обмотка. Пакет пластин стянут болтами.

Ротор 8 имеет сварно-литой корпус, на котором закреплены двенадцать полюсов. Выводы катушек соединены между собой шинами 6, которые прикреплены к контактным кольцам 3.

Подшипниковый щит 5 сварной конструкции запрессован в статор и закреплен болтами. В щит запрессована съемная ступица 1, дающая возможность смены роликового подшипника 2 без снятия щита с генератора. Крышки подшипникового узла стянуты болтами, проходящими через отверстия в теле ступицы. На внутренней поверхности подшипникового щита на изогнутых ребрах установлены щеткодержатели 4.

На тепловозах 2ТЭ121, ТЭП75 для уменьшения массы и размеров устанавливают тяговый агрегат, который включает тяговый синхронный генератор и синхронный генератор собственных нужд. Ротор агрегата имеет общий безвальный корпус, на котором расположены две самостоятельные системы полюсов двух генераторов. Контактные кольца машин крепятся на валу за генератором собственных нужд.

Рис. 8. Тяговый генератор ГС-501А:

I — съемная стутща; 2 — роликовый подшипник; 3 — контактные кольца;

4 — щеткодержатель; 5 — подшипниковый щит; 6 — выводные шины; 7 — статор; 8 ротор; 9 — лапы; 10 — ребра жесткости;

II — кольцевой пакет пластик

Для придания необходимой жесткости статора установлен промежуточный щит. Конструкция тягового генератора агрегата подобна генератору ГС-501 А.

Неисправности механической части тяговых генераторов переменного тока во многом подобны неисправностям генераторов постоянного тока: трещины статора, износ посадочных поверхностей у статора, подшипникового щита, вала, повреждение роликового подшипника, износ и повреждение щеткодержателей, износ щеток и др. Основные неисправности по электрической части появляются в основном из-за загрязнения, вследствие чего имеют место утечки тока, снижение сопротивления изоляции и др.

Порядок снятия, разборки тягового генератора. При текущем ремонте ТР-3 тяговый генератор снимают с тепловоза, очищают от пыли и грязи, проверяют состояние узлов и деталей, их крепления, качество изоляции, заменяют смазку в подшипнике и определяют износы. По результатам оценки состояния выполняют необходимый ремонт. Выемку тягового генератора производят и на неплановых ремонтах, если устранение неисправности требует его полной разборки. Порядок выемки, разборки и сборки генераторов и ремонт подшипниковых щитов подобен таким же операциям тяговых генераторов постоянного тока.

Статор. Ремонт механической части статора аналогичен ремонту механической части станины тяговых генераторов постоянного тока. Дополнительно к рассмотренному ранее проводят операции по проверке затяжки гаек обмоткодержателей (гаечным ключом) и состояния системы выводом. При ослаблении затяжки гаек обмоткодержате-ля их подтягивают, причем подтяжку ведут равномерно, чтобы оба конца, на которые опираются накладки обмоткодержателей, не смещались относительно друг друга. При осмотре состояния выводов обращают внимание на наличие трещин, следов подгара и оплавлений. Контактные поверхности шин и наконечников должны быть ровными и чистыми (без следов перегрева).

Проверка состояния электрической части сводится к визуальному осмотру, к замеру сопротивления изоляции и сопротивления обмоток. При осмотре обращают внимание на целостность изоляции, выступающие части обмотки, соединительные шины (повреждение их случается при разборке или транспортировке генератора), правильность положения и исправность изоляционных гильз, целостность изоляции и отсутствие трещин на кольцах, места пайки обмотки и соединения демпфирующей обмотки.

Проверяют плотность посадки пазовых клиньев обмотки статора простукиванием молотком. Дребезжание клина в пазу допускается не более чем на одну треть длины клина. Устраняют ослабление путем добавления под клин прокладок из стеклотекстолита (СТЭФ-Р или СТЭФ-1) толщиной 0,35 мм, при этом допускается рациональное выступание клиньев не более 1,5 мм над сердечником статора.

При повреждении покровной изоляции секции или нарушении пайки в хомутиках заменяют секцию обмотки статора. Для этого распаивают хомутики тринадцати секций, за первую принимают поврежденную, т.е. распаивают один шаг секции. Далее выбивают клинья и снимают пазовые прокладки, поднимают верхние стороны секций из пазов, снимают обмоткодержатели с поврежденной секции и заменяют поврежденную секцию новой. Затем устанавливают и закрепляют обмоткодержатели, укладывают верхние стороны секций в пазы и обмоткодержатели, прокладывают пазовые прокладки и устанавливают клин (предварительно при необходимости заменив корпусную изоляцию секции). Пайка хомутиков и катушек производится электродуговым паяльником припоем ПСр 2,5. Концы секций изолируют слюдинитовой лентой в два слоя с перекрытием 1/2 ширины и стеклолентой, также с перекрытием 1/2 ширины. Ленту слюдинитовую следует плотно стянуть стеклолентой ЛЭС 0,1×20.

Для замены корпусной изоляции секции статора снимают старую поврежденную изоляцию, покрывают секцию лаком КО-916 и накладывают три слоя микаленты (с перекрытием 1/2 ширины) и один слой стеклоленты, пропитанной эмалью КО-911, также с перекрытием 1/2 ширины ленты.

При механическом повреждении изоляции лобовых частей секции статора производят подизолировку поврежденного места тремя слоями стеклоленты, пропитанной в лаке КО-916, и покрывают эмалью КО-911.

Для проверки возможного межвиткового замыкания и обрыва фазы замеряют сопротивление фаз секций обмоток. Нормативы сопротивления приводятся для температуры обмотки 20 °С. Если же температура обмотки секции во время замеров отличается от требуемой, после замера пересчитывают сопротивление по формуле 235 + 20

где R, — сопротивление обмотки секции при температуре Т, ОМ; Т — температура, при которой замеряли сопротивления, °С.

Сопротивления замеряют с помощью моста постоянного тока. Концы выводов прибора соединяют поочередно с выводами фаз ICI, 1С2, 1СЗ первой обмотки, а затем с выводами 2С1, 2С2, 2СЗ второй обмотки. Значение сопротивления каждой фазы должно соответствовать 0,0011 ±10 % Ом. При нормальном сопротивлении фаз испытания

Рис. 9. Схема соединения тягового генератора ГС-501А

Рис. 10. Проверка обмотки статора на меж-витковое замыкание при помощи магнитного башмака:

І — магнитный башмак; 2 — стальная пластина;

Проверку статора на межвитковое замыкание и обрыв обмоток фаз производят с использованием мегаомметра.

Допускается проверка на межвитковое замыкание при помощи ’’магнитного башмака” (рис. 10). Магнитный башмак имеет катушку, которая подключается к источнику переменного напряжения 6-12 В и частотой 500-1000 Гц. При наложении на зубцы статора башмак создает переменное магнитное поле, которое наводит э.д.с. в витках катушек, находящихся в перекрываемых им пазах. При замыкании в витке возникает ток, который обнаруживается щупом в виде стальной пластины. Щуп прикладывают к зубцам, охватывающим паз, где лежит вторая сторона катушки с короткозамкнутым витком.

После пропитки внутреннюю поверхность статора покрывают эмалью КО-911 при температуре 60-70 °С, а сушку производят ступенчатую: в течение 2 ч при температуре 110-120 °С и 6 ч при температуре 140-160 °С.

Заключительной операцией по ремонту статора является испытание электрической прочности изоляции обмоток фаз напряжением 1900 В переменного тока частотой 50 Гц в течение 1 мин. Испытательное напряжение прикладывают к одной из фаз первой обмотки

Щеткодержатели. При осмотрах тяговых генераторов всегда обращают внимание на состояние щеточного аппарата и при выявлении таких дефектов, как трещины корпуса, чрезмерный износ в корпусе под оси, износ окон под щетки, неисправности нажимного рычага, большие смятия гребенки, щеткодержатель снимают и разбирают.

Трещины в корпусе щеткодержателя заваривают газовой сваркой с разделкой их под угол 60° и предварительным подогревом до температуры 400-430 °С. Запрещается заваривать трещины у основания прилива для крепления щеткодержателя. При износе отверстий под оси свыше 0,5 мм восстановление их также производят газовой сваркой. При небольшом количестве сварочных работ допускается местный прогрев завариваемого места пламенем сварочной горелки. При сверловке отверстий после наплавки корпус щеткодержателя устанавливают в кондуктор с фиксацией по щеточ ному окну и закреплением боковых поверхностей. При отсутствии кондуктора отверстия размечают по чертежу.

Износ окна под щетки в корпусе определяют проходным и непроходным шаблоном (рис. 11) или штангенциркулем. Щеткодержатели, имеющие увеличенные окна, восстанавливают электролитическим меднением.

Собирают щеткодержатели в последовательности, обратной разборке. У собранного щеткодержателя проверяют динамометром усилие нажимного рычага на щетки, которое должно быть в пределах 1,8-2,0 Н.

После монтажа щеткодержателей на подшипниковый щит замеряют сопротивление изоляции цепи щеткодержателей относительно корпуса подшипникового щита мегаомметром на 1000 В. Сопротивление изоляции должно быть не менее 100 МОм. При заниженном или нулевом сопротивлении изоляции проверяют состояние изоляторов. Проводят испытания и на оценку электрической прочности изоляции цепи щеткодержателя относительно корпуса подшипникового щита напряжением 2,5 кВ переменного тока частотой 50 Гц в течение 1 мин. Изоляция цепи щеткодержателя считается выдержавшей испытание, если не произошло перекрытия по поверхности миколексовых изоляторов.

Источник

ТЯГОВЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ПОЧЕМУ СТАЛИ ПРИМЕНЯТЬ ТЯГОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА?

Развитие отечественного и зарубежного тепловозостроения сопровождалось непрерывным повышением секционной мощности тепловозов. Увеличение массы поездов, скоростей движения настоятельно требовало применения все более мощных локомотивов. Пока секционная мощность тепловоза не превышала 1470 кВт (2000 л. с), применение тяговых генераторов постоянного тока не вызывало особых затруднений. Все тепловозные силовые установки оборудовались тяговыми генераторами, вырабатывавшими постоянный ток, который непосредственно использовался для питания тяговых электродвигателей. Но уже в конце 50-х годов потребовалось увеличить секционную мощность тепловозов до 2210 кВт (3000 л. с.) и более. В Советском Союзе и ряде других стран были разработаны и построены тепловозные дизели мощностью 2210—2940 кВт (3000—4000 л. с.) с частотой вращения коленчатого вала 850—1500 об/мин. Однако при создании тяговых генераторов постоянного тока для тепловозов с этими дизелями встретился ряд трудностей. С увеличением мощности значительно возрастали размеры генераторов. В то же время для обеспечения надежной работы коллектора и щеток линейная окружная скорость цилиндрической поверхности коллектора не должна превышать 60—70 м/с. Это требование ограничивает увеличение диаметра коллектора и, следовательно, диаметра якоря генератора. Далее, для предупреждения недопустимого искрения на коллекторе и повреждения генератора в результате появления кругового огня напряжение между соседними пластинами коллектора не должно превышать определенной величины — приблизительно 30—35 В. В результате ограничивается и максимальная длина витков обмотки якоря и, следовательно, длина якоря. Действительно, при одинаковой линейной скорости движения в магнитном поле индуктируемая электродвижущая сила в каждом витке обмотки будет пропорциональна длине ее активных сторон.
Таким образом, создание тепловозных тяговых генераторов постоянного тока большой мощности вызывало не только рост размеров и массы, осложняя их размещение на локомотиве, но и наталкивалось на принципиальные трудности. Эта проблема коренным образом могла решаться только путем отказа от применения в электрических машинах коллектора. Коллектор служит для выпрямления тока, вырабатываемого в обмотке якоря генератора, поэтому отказ от его использования практически означает переход на электрическую машину переменного тока. Так на мощных тепловозах получили применение тяговые генераторы переменного тока с выпрямительными установками для питания постоянным током тяговых электродвигателей.
Читателю известно, что постоянный ток характеризуется своим неизменным направлением в замкнутой электрической цепи.
Переменным называют ток, который периодически изменяет свое направление и величину. Через определенный промежуток времени Т, называемый периодом, изменение тока точно повторяется. Следовательно, переменный ток передается импульсами. За один период сила тока в замкнутой цепи постепенно возрастает до максимального значения, затем снижается до нуля, ток меняет свое направление на обратное, вновь возрастает до максимальной величины и снова снижается до нуля. Длительность периода определяется в секундах, а число периодов за 1 секунду называют частотой тока. Например, если период (т. е. полный цикл изменения) переменного тока составляет 1/50 секунды, то число периодов за секунду будет = 50. Итак, частота этого тока равняется 50 периодам в секунду. В электротехнике для измерения частоты тока принята специальная единица — герц — по имени знаменитого немецкого физика Генриха Герца, равная 1 периоду в секунду. Поэтому частота рассматриваемого нами тока окажется 50 Гц (герц). Такая частота принята в качестве стандартной для энергетических установок России. Переменный ток нашел самое широкое применение в электрической энергетике всего мира благодаря ряду своих преимуществ — величина напряжения переменного тока легко изменяется с помощью трансформаторов, в которых не имеется вращающихся частей, электрические машины переменного тока много проще, дешевле и надежнее машин постоянного тока.
Для получения в замкнутой электрической цепи переменного тока созданы источники электрической энергии, индуктирующие переменную электродвижущую силу. Они получили название генераторов переменного тока. Генераторы переменного тока, так же как и генераторы постоянного тока, основаны на использовании явления электромагнитной индукции. Поэтому в устройстве этих генераторов тока много общего. Генератор переменного тока имеет магнитную систему для создания магнитного поля и проводники, в которых индуктируется электродвижущая сила, когда при своем движении они пересекают магнитный поток (рис. 151).

Рис. 151. Простейший генератор переменного тока

В простейшем генераторе переменного тока проводники, выполненные в виде рамки, соединены своими концами с контактными кольцами. Кольца вращаются вместе с рамкой, по их поверхности скользят щетки, соединяющие генератор со внешней цепью. Сравнивая простейшие генераторы (см. рис. 132 и 151) двух видов тока, легко видеть, что их основное отличие состоит в том, что коллектор генератора постоянного тока в генераторе переменного тока заменен контактными кольцами. Для индуктирования электродвижущей силы приведем рамку во вращение с постоянной скоростью от постороннего источника механической энергии. Возникающие в обеих рабочих сторонах рамки А и Б электродвижущие силы действуют согласно и суммируются в общую э. д. с. рамки. Как и в простейшем генераторе постоянного тока, схема работы которого показана на рис. 133, в рамке индуктируется периодически изменяющаяся по величине и направлению электродвижущая сила. Если к щеткам присоединить замкнутую внешнюю электрическую цепь с резистором нагрузки RH, то под действием электродвижущей силы в ней будет проходить электрический ток.
При горизонтальном положении рамки ее рабочие стороны А и Б как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их, поэтому э. д. с. и сила тока в цепи имеют нулевое значение (рис. 152, а).

Рис. 152. Схема работы генератора переменного тока

По мере поворота рамки э. д. с. и ток будут непрерывно увеличиваться до максимальных значений при вертикальном положении рамки (рис. 152, б) и вновь примут нулевые значения при угле поворота рамки 180° от первоначального положения (рис. 152, в). Во внешней цепи в этот полупериод ток проходил от щетки 2 к щетке /. При дальнейшем повороте рамки направление индуктируемой э. д. с. в каждой ее рабочей стороне меняется на обратное (рис. 152, г), и ток во внешней цепи во втором полупериоде проходит уже от щетки 1 к щетке 2, т. е. в обратном направлении. После прохождения горизонтального положения (рис. 152, д) цикл изменения э. д. с. и тока полностью повторится. Изменение э. д. с. и тока во внешней цепи иллюстрируется графиком, представленным на рис. 152. Если в первом полупериоде считать значения э. д. с. и тока положительными, то во втором полупериоде они
примут отрицательные значения. Таким образом, полный цикл изменения э. д. с. в рамке, равный по времени периоду Т, совершается за один полный ее оборот. Следовательно, частота переменного тока, вырабатываемого двухполюсным генератором, равна частоте вращения якоря с рамкой, измеренной в оборотах в секунду. При увеличении числа пар полюсов в генераторе пропорционально возрастает число полных циклов изменения переменного тока за один оборот якоря. Поэтому частота вырабатываемого генератором переменного тока определяется по формуле

где n — частота вращения якоря, об/с;
р — число пар полюсов магнитной системы генератора.

Рис. 153. Схема электрического генератора трехфазного тока

При вращении ротора, являющегося электромагнитом, в обмотках индуктируются переменные э. д. с. (рис. 154), сдвинутые по фазе (во времени) на 1/3 периода. Каждую из обмоток трехфазного генератора можно рассматривать в качестве однофазного генератора, питающего переменным током I1 – I3 свою внешнюю цепь с резисторами R1—R3 (см. рис. 153). Обмотка вместе с внешней цепью получила название фазы (От греческого слова phasis — появление).
Число проводов, соединяющих трехфазный генератор с внешними нагрузками, можно сократить, если три обратных провода от потребителей энергии к генератору заменить одним, как это показано на рис. 155, а. Теперь по общему проводу к генератору будут проходить токи всех трех фаз. Соединение обмоток трехфазного генератора, при котором их концы соединены между собой, принято называть соединением звездой. Три провода, соединяющих начало каждой обмотки генератора с потребителями, называют линейными, именно по ним идет передача электроэнергии.

Рис. 154. Изменение эдс, индуктируемой в фазах трехфазного генератора

Таким образом, применение трехфазного тока вместо однофазного позволяет сократить число проводов и затраты цветного металла для их изготовления. Кроме того, трехфазный ток дает возможность получить вращающееся магнитное поле в двигателях, на основе которого созданы простые по конструкции асинхронные электродвигатели.
Трехфазный ток имеет и еще одно важное преимущество. При выпрямлении однофазного тока получаемое па выходе из выпрямителя напряжение имеет пульсацию от нулевых до максимальных значений (если не применяется специальных сглаживающих устройств). Происходит это потому, что напряжение однофазного источника переменного тока в течение каждого периода принимает дважды нулевое и максимальное значения. Вследствие сдвига по времени фаз изменения трехфазного тока на 1/3 периода после его выпрямления колебания напряжения составляют лишь около 8%. Об этом подробнее рассказано ниже при описании работы выпрямителей. Снижение пульсации выпрямленного тока генератора улучшает условия работы питающихся от него электродвигателей постоянного тока — предупреждается нарушение коммутации, уменьшаются потери энергии в двигателе. Поэтому тяговые генераторы переменного тока выполняются многофазными. Так, тяговый генератор тепловоза 2ТЭ116, конструкция которого рассмотрена ниже, имеет в статоре две независимые трехфазные обмотки. Оси обмоток сдвинуты одна относительно другой, и генератор получается как бы шестифазным. Пульсация выпрямленного напряжения генератора и тока в силовой цепи тепловоза лежит в пределах 4—5%, практически не оказывая влияния на работу тяговых электродвигателей. Благодаря этому отпадает необходимость в применении на тепловозах с генераторами переменного тока сложных сглаживающих устройств.

СИНХРОННЫЙ ТЯГОВЫЙ ГЕНЕРАТОР

Частота переменной э. д. с, индуктируемой в рассмотренных выше генераторах переменного тока, строго пропорциональна частоте вращения ротора, поэтому такие генераторы называют синхронными (От греческого слова synchronos — одновременный). Рассмотрим устройство синхронного тягового генератора тепловоза 2ТЭ116 (рис. 156).

Рис. 156. Синхронный тяговый генератор тепловоза 2ТЭ116 (продольный разрез)

Станина генератора сварная, в ней установлен сердечник из сегментных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы стянуты нажимными шайбами и болтами. В пазы сердечника уложена двухслойная волновая обмотка из медного изолированного провода сечением 2,1 X 9,3 мм. В пазах обмотка удерживается пластмассовыми клиньями, лобовые части обмотки укреплены колодками на изолирующих кольцах. Обмотка статора соединена в две независимых звезды, поэтому имеет шесть выводов фаз и два вывода от нулевых точек, к которым присоединяется гибкими проводами внешняя цепь тягового генератора (выпрямительная установка и тяговые электродвигатели).
Корпус ротора генератора также сварной, выполнен по типу корпуса якоря тепловозных генераторов постоянного тока. На корпусе нашихтован магнитопровод из листовой стали с пазами в виде ласточкина хвоста для крепления 12 полюсов магнитной системы. Сердечники полюсов набраны из листовой стали, стянуты нажимными шайбами и шпильками с гайками. Катушки полюсов выполнены из шинной меди сечением 1,35 х 25 мм и закреплены на полюсах с помощью заливки изолирующим эпоксидным компаундом. От выбрасывания центробежными силами катушки удерживаются полюсными башмаками. Все катушки полюсов соединены последовательно. Начало и конец обмотки возбуждения генератора (полюсов) присоединены к контактным кольцам, насаженным на изолирующей пластмассе на корпус ротора. По контактным кольцам скользят электрографитовые щетки, установленные в латунных щеткодержателях.
С их помощью обмотка возбуждения синхронного тягового генератора получает питание током от возбудителя.
Кроме того, в специальных пазах полюсных башмаков уложены стержни диаметром 12 мм, образующие вместе с соединительными дугами успокоительную (демпферную) обмотку, улучшающую работу генератора при переходных режимах.
Своим укороченным валом ротор опирается на сферический роликовый подшипник, установленный в съемной капсуле подшипникового щита. Второй конец ротора с помощью фланца и муфты соединен с коленчатым валом дизеля.
Активная мощность тягового генератора тепловоза 2ТЭ116 составляет 2190 кВт при номинальной частоте вращения ротора n = 1000 об/мин. На этом режиме частота вырабатываемого переменного тока генератором, имеющим шесть пар полюсов, составляет

Рассматривая принцип действия и устройство синхронных генераторов, мы видим, что в них нет коллектора, добавочных полюсов, сложного и громоздкого щеточного аппарата. В машинах переменного тока электромагнитная нагрузка не ограничивается коммутацией и может быть повышена, обеспечивая дополнительное снижение массы. Как же отразились эти преимущества на реальных технических показателях синхронных генераторов?
Масса генератора переменного тока ГС-501А для тепловозов 2ТЭ116 составляет 6 т, а постоянного тока для тепловозов 2ТЭ10Л — 9 т при одинаковой мощности дизелей этих тепловозов 2210 кВт (3000 л. с).
Следовательно, переход на генератор переменного тока обеспечил снижение массы, расхода металла на 3 т. Правда, при этом необходимо иметь в виду, что номинальная частота вращения ротора генератора на тепловозах 2ТЭ116 составляет 1000 об/мин против 850 об/мин на тепловозах 2ТЭ10Л, что также способствует снижению массы генератора.
Отечественной электротехнической промышленностью были разработаны для перспективных локомотивов с силовыми установками мощностью 2940 кВт (4000 л. с.) генераторы постоянного тока ГП-313Б и переменного тока ГС-504. При одинаковой частоте вращения 1000 об/мин, мощности генераторов ГП-313Б и ГС-504 соответственно 2700 и 2750 кВт масса их меди составляет 1907 и 860 кг, а стали 3032 и 2534 кг. Таким образом, генератор переменного тока оказался на 1500 кг легче; для его изготовления затрачивается меньше на 1047 кг дорогой дефицитной меди.
Повышенная эксплуатационная надежность тяговых генераторов переменного тока обеспечила увеличение в 1,5 — 2 раза срока службы между ремонтами по сравнению с генераторами постоянного тока при одновременном снижении общей стоимости обслуживания и ремонтов. Тяговые генераторы тепловозов постоянного и переменного тока имеют близкие по величине коэффициенты полезного действия, достигающие 0,94—0,95 на номинальном режиме.
К числу недостатков тяговых генераторов переменного тока относится необходимость применения на тепловозах выпрямительных установок и стартерных электродвигателей (синхронные генераторы тепловозов не приспособлены для работы в двигательном режиме для пуска дизеля). Однако масса генератора переменного тока и выпрямителя остается меньше массы генератора постоянного тока. Стартерный двигатель при работе дизеля используется в качестве вспомогательного генератора постоянного тока. Надежность работы выпрямительных установок весьма высокая, практически они не требуют ремонта, кроме замены полупроводниковых вентилей в случае повреждения.

Источник