книги из ГПНТБ / Скрипкин В.В. Электрооборудование изотермического подвижного состава учебник

Рефрижераторный подвижной состав имеет также преобразователи (умформеры), которые предназначены для преобразования постоян­ ного тока аккумуляторных батарей напряжением 50 в в переменный ток напряжением 220 в, необходимый для питания вспомогательных цепей.

2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Применяемые на рефрижераторном подвижном составе синхронные генераторы имеют устройства для автоматического регулирования на­

ДГБ) представляет собой сложную электрическую машину, состоящую

ротор 9, полюсы возбуждения 10 и статор 18, выполненные в виде полюсного кольца. Ротор генератора и ротор стабилизатора находят­ ся на одном валу и вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Рис. 5. Схема синхронного генератора с компаупдным стабилизатором непод­ вижного магнитного поля

12

На роторе генератора имеются три фазовые обмотки 1, 2, 3 и обмот­ ки постоянного тока 4. Фазовые обмотки расположены на роторе 12 так, что оси их магнитных систем сдвинуты в пространстве одна отно­ сительно другой на угол 120°. Начала фазовых обмоток выведены на контактные кольца 15. На роторе стабилизатора также имеются три обмотки переменного тока 6, 7, 8 и обмотки постоянного тока 5. Об­ мотки переменного тока, так же как и фазовые обмотки ротора генера­ тора, сдвинуты одна относительно другой на 120° п расположены так, что оси магнитных систем обмоток 1 и 8, 2 и 7, 3 и 6 находятся в трех плоскостях, проходящих через продольную ось генератора и образу­ ющих между собой угол 120°.

Фазовые обмотки генератора и обмотки переменного тока стабили­ затора соединены в звезду так, что в каждом луче этой схемы име­ ется обмотка генератора и обмотка переменного тока ротора стабилиза­ тора, причем из-за встречного соединения этих обмоток ток, прохо­ дящий по ним, имеет сдвиг на 180°, т. е. противоположное направление.

Обмотки постоянного тока 4 и 5, играющие роль якорных обмоток возбудителя, также соединены между собой последовательно и распо­ лагаются на роторе в тех же пазах, что и обмотки переменного тока стабилизатора и фазовые обмотки генератора. От обмоток постоянно­ го тока 4 имеются входы к коллекторным пластинам 14, к которым прижаты щетки 13. На полюсах возбуждения 11 генератора имеются обмотки возбуждения 17. Соединенные последовательно между собой щетками 13 через регулировочный реостат R n, они образуют цепь воз­ буждения генератора.

К контактным кольцам генератора прижаты щетки, имеющие вы­ воды на клеммный щиток генератора (выход). К тому же щитку при­ соединяются щетки 13 коллектора, выводы обмотки 17 полюсов воз­ буждения И и реостата R n.

Для работы синхронного генератора со стабилизатором напряжения необходимо, чтобы его полюсы возбуждения имели некоторый остаточ­ ный магнетизм с определенным магнитным потоком, пронизывающим ротор генератора. При раскручивании вала генератора в обмотках по­ стоянного тока 4 под действием магнитного потока остаточного магне­ тизма полюсов индуктируется некоторая электродвижущая сила (э. д. с.) <?„. За счет индуктированной э. д. с. на щетках 13 возбудите­ ля создается постоянное напряжение UK, вызывающее в цепи возбуж­ дения ток возбуждения іп, который, проходя по обмоткам 17, наводит в полюсах магнитное поле; поток последнего будет усиливать действие потока остаточного магнетизма.

Поскольку магнитный поток, пронизывающий ротор генератора усилится, э. д. с. е„, индуктируемая в обмотках 4, и напряжение на щет­ ках 13 также увеличатся, что в свою очередь вызовет увеличение тока возбуждения, магнитного потока и т. д. Нарастание напряжения на выходе генератора называют возбуждением генератора.

13

Ток возбуждения і„ будет увеличиваться то тех пор, пока напряже­ ние UB на щетках возбудителя не станет равным падению напряжения

как количество витков в обмотках 1, 2, 3 одинаково, а сами обмотки расположены одна относительно другой под углом 120°, то индуктируе­ мые в них синусоидальные э. д. с. по своей максимальной величине и частоте будут одинаковыми, но смещенными по фазе на 1/3 пе­ риода.

В процессе возбуждения синхронного генератора его стабилиза­ тор не принимает никакого участия.

При подключении нагрузки к генератору по его фазовым обмот­ кам потечет ток нагрузки. У простейшего синхронного генератора в этом случае наблюдалось бы значительное падение напряжения (учи­ тывая, что нагрузка на рефрижераторном подвижном составе активноиндуктивная). Однако у генератора со стабилизатором напряжение на выходе остается практически неизменным.

Ток нагрузки / проходит не только по фазовым обмоткам 1, 2, 3, но и по обмоткам переменного тока стабилизатора и создает магнитное поле реакции тока нагрузки. Магнитный поток Фст этого поля по отношению к полюсам стабилизатора будет неподвижным, так как на­ правление тока в обмотках 1 и 8, 2 и 7, 3 и 6 противоположное, а сами обмотки пространственно попарно соосны.

Учитывая, что полюсы возбуждения генератора и полюсы стабилиза­ тора, между которыми концентрируется магнитный поток реакции Фст, расположены в пространстве тоже соосно, поток реакции Фст будет распределяться между полюсами стабилизатора так же, как резуль­ тирующий поток Фрсз генератора. При этом полюсное кольцо стаби­ лизатора играет роль магнитного ярма.

Магнитный поток реакции Фст тока нагрузки по отношению к вра­ щающимся обмоткам постоянного тока 8 стабилизатора будет потоком возбуждения. Вследствие этого в обмотках 5 индуктируется некоторая э. д. с., которая по отношению к э. д. с. е„, индуктируемой в обмотках постоянного тока 4 ротора генератора, будет дополнительной, так как

13 возбудителя и увеличение на необходимую величину тока возбужде­ ния іи, проходящего по обмоткам 17 полюсов. В результате усили­ вается магнитный поток Фрсз и напряжение на выходе генератора остается неизменным.

14

При увеличении нагрузки ток I в фазовых обмотках 1, 2, 3 и обмот­ ках переменного тока б, 7, 8 стабилизатора увеличивается. Магнит­ ный поток реакции Фст, создаваемый током нагрузки, также усили­ вается, дополнительная э. д. с., индуктируемая в обмотках постоянного тока 5, повышается, напряжение на щетках 13 возбудителя и ток воз­ буждения ів растут, что в свою очередь вызывает усиление результи­ рующего магнитного потока Фрез. Этот поток компенсирует падение напряжения на выходе генератора, которое по-прежнему остается неизменным.

При частичном отключении потребителей от генератора уменьше­ ние тока нагрузки вызывает обратные явления. Магнитный поток Фст

ключении нагрузки стабилизатор не работает; напряжение на выходе генератора создается исключительно за счет э. д. с. <?„, индуктируемой в обмотках постоянного тока 4.

Таким образом, у синхронного генератора со стабилизатором на­ пряжения размагничивающее действие фазовых обмоток с нараста­ нием тока нагрузки компенсируется увеличением магнитного тока Фрез за счет работы стабилизатора напряжения. При этом стабили­ затор генератора работает только тогда, когда по фазовым обмоткам переменного тока проходит ток, т. е. когда генератор нагружен.

Характеристики синхронного генератора с компаундным стабили­ затором неподвижного магнитного поля значительно отличаются от характеристик простейшего синхронного генератора.

Характеристика холостого хода Е = f (ів) имеет более прямолиней­ ный характер (рис. 6, а), г. е. между э. д. с. Е, индуктируемой в фазо­ вых обмотках, и током возбуждения ів существует почти прямолиней­

Внешние характеристики синхронного генератора со стабилизато­ ром напряжения имеют также более прямолинейный характер и менее отклоняются от линии номинального напряжения Uu (рис. 6, б).

При теоретическом рассмотрении принципа работы синхронного генератора было показано, что напряжение на выходе генератора при изменении его нагрузки остается неизменным. Однако на самом деле у генератора со стабилизатором напряжения также наблюдаются коле­ бания напряжения при изменении нагрузки, но значительно меньшие и в пределах допустимого для трехфазной сети.

Колебание напряжения зависит от характера нагрузки (cos <р). Оно будет наименьшим только в том случае, если фактический coscp сети равен cos ср, на который отрегулирован и рассчитан генератор. Расчетное значение cos ср генератора обязательно указывается на его паспортной табличке. Если фактический coscp сети менее расчетного

15

16

жесткости по краям сёрдечнпка полюса установлены листы большей толщины. Наконечникам полюсов придана такая форма, которая обес­ печивает синусоидальное распределение магнитного потока во внешней поверхности ротора. Катушки полюсов намотаны из медной проволоки с хлопчатобумажной изоляцией, пропитанной шеллачным лаком.

Секции катушек 12 и 14 разделены рамкой 13, обеспечивающей хо­ рошую циркуляцию охлаждающего воздуха вокруг них. Катушки плотно прижаты к полюсному наконечнику пружинящей пластиной 2, изготовленной из прессшпана.

Между полюсным наконечником и опорной прессшпановой проклад­ кой 11 имеется толстое медное кольцо 10, представляющее собой один короткозамкнутый виток. Это кольцо играет роль экрана (успокоите­ ля) п защищает катушки, а также полюсы возбуждения от воздействия обратного синхронного магнитного потока и, кроме того, компенсирует размагничивающее действие магнитного поля якоря.

Ротор генератора представляет собой сердечник, набранный также из тонких изолированных одна от другой пластин электротехнической стали фигурного сечения. Каждая пластина 6 имеет вырезы, которые у собранного ротора образуют пазы полузакрытой формы для размеще­ ния обмоток переменного и постоянного тока. Обмотки переменного тока 5 расположены в верхней части паза, а постоянного 7 — в нижней. Обмотки выполнены из круглой меди с хлопчатобумажной изо­ ляцией. От тела ротора и между собой обмотки дополнительно изоли­ рованы прокладкой 4 из электротехнического картона.

Чтобы обмотки под действием центробежной силы не выходили из пазов, в них поставлены деревянные клинья 3, которые с торцов рото­ ра закреплены бандажом из стальной проволоки.

Пластины ротора 16 (рис. 9) стянуты стальными шайбами 15 и 17. Неподвижность посадки ротора на валу 3 обеспечивается упором шай­

18

Ротор стабилизатора 10 набирается из тонких листов электротехни­ ческой стали фигурного сечения, изолированных один от другого ла­ ком. Пластины ротора стянуты стальными шайбами 8 и 32. В пазах ротора стабилизатора уложены обмотки 9 постоянного и переменного тока. Ротор стабилизатора удерживается на валу генератора при по­ мощи шпонки 33 и стопорного кольца 34.

Внутри подшипникового щита 22 (см. рис. 7) располагается кон­ тактный аппарат, который состоит из четырех контактных колец 21, прижатых к ним щеток 20, а также из коллектора 19 и щеток, находя­ щихся в щеткодержателях 16, прикрепленных к траверсе 17. Коли­ чество щеткодержателей и щеток, расположенных вокруг коллектора, равно числу полюсов возбуждения. Щетки генератора объединены в группы «+» и «—», по три щетки в каждой группе. Установка щеток по окружности коллектора в нейтральное положение производится при помощи траверсы, привернутой болтами к подшипниковому щиту. Щеткодержатели изолированы от траверсы, т. е. не имеют электричес­ кого контакта с ней. Щетки 20 крепятся к валику, который одним концом закреплен в подшипниковом щите 22, а вторым — в крон­ штейне 18. Щетки изолированы одна от другой и от валика миканитовой трубкой.

Щетка 2 постоянного тока (рис. 10, а) может свободно перемещаться в обойме щеткодержателя 1 и компенсировать тем самым износ, а также вертикальные колебания, вызываемые вибрацией и неровностями по­

19

Рис. 10. Щетки синхронного генератора

Щетки переменного тока 10 (рис. 10, б) жестко прикреплены к своим обоймам 9, которые могут вращаться на оси 8 относительно хо­ мутика 12, укрепленного на изолированном щеточном валике болтом 7, и прижимаются к контактному кольцу витой пружиной 11. На каждом контактном кольце генератора установлено по две щетки. По мере из­ носа щетки в процессе эксплуатации обойма 9 поворачивается, так что щетки всегда плотно обхватывают кольцо. Все щетки генератора пере­ менного тока бронзово-графитовые.

Коллектор генератора набирается из медных пластин 1 (рис. 11), изолированных одна от другой прокладками 5 из миканита такой же формы, как у пластин. Пластины и прокладки спрессовываются со стальной втулкой 4 при помощи пластмассы 3 из фенольной смолы. Стальные кольца 2 защищают коллектор от действия возникающих

20