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

ется форма переднего (со стороны привода) подшипникового щита 11, имеющего фланец 1 для крепления к картеру дизеля. Правильная цен­ тровка соединения дизеля и генератора обеспечивается кольцевым буртиком на фланце подшипникового щита. Соединительную муфту, на­ саженную на хвостовик вала 12, осматривают через люк, закрываемый

тору 4 приварены опорные лапы 9; в верхней части статора ввинчива­ ется рым-болт 3. Ротор и статор охлаждаются воздухом, засасыва­ емым через решетку 8 и выбрасываемым через решетку 10.

Статор генератора ДГБ20-4 (рис. 14) имеет четыре полюсных на­ конечника 4 с обмотками возбуждения 3, соединенными последова­ тельно. Полюсные наконечники крепятся к статору 2 болтами 1. Об­ мотки возбуждения плотно прижаты к полюсным наконечникам прессшпановыми прокладками 5, играющими роль пружин. В переднем под­ шипниковом щите 1 генератора (рис. 15) расположено полюсное коль-

Рис. 13. Синхронный генератор ДГБ20-4

21

до 2 с выступающими полюсами. Отверстия 3 для выхода охлажда­ ющего воздуха занимают значительную площадь поверхности щита.

п о л я типа ДГЦИ — сложная электрическая машина. На валу 10 (рис. 16) этого генератора находятся два сердечника 17 и 12 с постоян­ ными магнитами, вращающимися внутри статоров 16 и 11. Сердечник 17 генераторной части машины имеет основную 15 и дополнительную 14 обмотки, соединенные параллельно. Начала этих обмоток соединены вместе п выведены на среднее контактное кольцо 20\ конец основной об­ мотки выведен на контактное кольцо 21, а дополнительной — на коль­ цо 19.

В пазах статора 16 генераторной части машины уложены три основ­ ные силовые обмотки 3 (на рисунке показаны отдельно от статора); осп электромагнитных систем этих обмоток сдвинуты относительно друг друга на угол 120°. В тех же пазах статора 16 помещаются три основные обмотки переменного тока 2, соединенные между собой в звезду.

Свободные концы обмоток переменного тока 2 выведены на трехфаз­ ный двухполуперподный выпрямитель 1, состоящий из шести полу­ проводниковых диодов. Постоянный ток от этого выпрямителя подво­ дится к щеткам 23 («+») и 24 («—»), соприкасающимся с контактными ^кольцами 20 и 21. В цепь плюсовой щетки 23 включен реостат 25.

В пазах статора И стабплпзаторной части машины также имеются две системы трехфазных обмоток, соединенных в звезду: дополнитель­ ных силовых 6 и дополнительных переменного тока 5. Осп этих об­ моток расположены точно так же, как п системы обмоток 2 и 3 статора 16. Начала дополнительных силовых обмоток соединены вместе в точ­ ке 7; концы обмоток соединяются с началами основных силовых обмоток 3 генераторной части. На щиток генератора к клеммам 4 выводятся концы основных силовых обмоток 3 (три фазы) и общая точка 7 допол­ нительных силовых обмоток 6 (нулевой провод).

22

Концы дополнительных обмоток переменного тока 5 выведены на второй выпрямитель 8, собранный по той же схеме, что и первый. Пос­

На сердечнике 12 стабилизатора обмоток не имеется.

При раскручивании ротора генератора магнитный поток 13 посто­ янного магнита сердечника 12, показанный условно стрелкой и явля­ ющийся потоком возбуждения, пересекает обмотки 5 и 6, находящие­ ся на статоре 11; в обмотках 5 и 6 при этом индуктируются перемен­ ные э. д. с.

Переменные э. д. с. дополнительных обмоток переменного тока 5 создают на выходе выпрямителя 8 некоторую разность напряжений, в результате чего по дополнительной обмотке возбуждения 14 начина­ ет проходить постоянный ток, который создает вокруг нее магнитное поле. Магнитный поток этого поля совпадает по направлению с магнит­ ным потоком 18 постоянного магнита и усиливает его. Возросший по­ ток возбуждения сердечника 17 обусловливает индуктирование в об­ мотках 2 первоначальных переменных э. д. с., способных «раскрыть» диоды выпрямителя 1 и вызвать на его выходе некоторую разность напряжений, под действием которой в основной обмотке возбуждения 15 возникает постоянный ток. Поток магнитного поля, созданного этим постоянным током, совпадает по направлению с потоком дополнитель­

23

ной обмотки 14 и потоком постоянного магнита сердечника 17, вследствие чего общин поток возбуждения возрастает, что в свою оче­ редь вызывает индуктирование в обмотках 2 повышенной переменной э. д. с. и дальнейшее возрастание тока в обмотке 15.

Процесс возбуждения генератора заканчивается, когда ротор на­ чинает вращаться с постоянной скоростью, а переменная э. д. с., ин­ дуктированная в обмотках переменного тока 2, становится равной па­ дению напряжения в цепи возбуждения, состоящей из выпрямителя /, реостата 25, щеток 23 п 24, контактных колец 20 и 21, обмотки 15. На выходе генератора в этом случае появляется переменная э. д. с., рав­ ная 390 в. Эту величину устанавливают при помощи реостата 25, из­ меняющего ток и магнитный поток возбуждения.

Постоянные магниты, находящиеся на сердечниках 12 и 17, способ­ ствуют индуктированию в обмотках переменного тока 5 и 2 в начале процесса возбуждения повышенных переменных э. д. с., достаточных для «раскрытия» диодов выпрямителей 8 и 1. Если бы постоянные маг­ ниты отсутствовали, переменные э. д. с., индуктированные в обмотках 5 и 2 только за счет потока остаточного магнетизма сердечников 12 и 17, были бы ниже напряжения «раскрытия» выпрямителей и генератор не возбудился.

При подключении к клеммам 4 нагрузки в виде активного сопротив­ ления по обмоткам 3 генератора и подсоединенным к ним последователь­ но обмоткам 6 начинает проходить ток. Магнитный поток стабилизато­ ра по отношению к его сердечнику при подключении активной нагрузки будет расположен перпендикулярно, а магннтопровод, состоящий из статора и сердечника, будет иметь определенное магнитное сопро­ тивление. Магнитный поток, наведенный обмотками, будет вращаться внутри статора со скоростью вращения сердечника генератора и всег­ да располагаться перпендикулярно по отношению к сердечнику 12, так как последний находится на одном валу с сердечником 17 и враща­ ется вместе с ним с одинаковой скоростью.

Ток нагрузки, проходящий по обмоткам 3, создает внутри статора 16 магнитное поле реакции, ослабляющее основной магнитный поток возбуждения. Однако понижения напряжения на выходе генератора не происходит, так как в действие вступает дополнительная обмотка возбуждения 14, усиливающая основной магнитный поток возбужде­ ния и компенсирующая размагничивающее действие магнитного поля реакции.

Магнитный поток 13, наведенный внутри статора И стабилизатора током нагрузки, протекающим по обмоткам 6, по отношению к непод­ вижным обмоткам 5 будет потоком возбуждения, в результате чего в них будет индуктироваться переменная э.д. с. Эта э. д. с. создаст на выходе выпрямителя 8 некоторую разность потенциалов, и по допол­ нительной обмотке возбуждения 14, подключенной к выпрямителю 8, потечет постоянный ток. Общий магнитный поток возбуждения сер­ дечника 17 при этом усиливается, благодаря чему поддерживается напряжение на выходе генератора на прежнем уровне.

При увеличении нагрузки постоянный ток, проходящий по обмот­ ке 14, и дополнительное возбуждение увеличиваются, компенсируя

24

соответствующее усиление размагничивающего действия магнит­ ного поля реакции. Уменьшение нагрузки на генератор вызывает од­ новременно ослабление размагничивающего действия реакции и уменьшение дополнительного возбуждения, создаваемого обмоткой 14. Сопротивление 9 позволяет регулировать величину тока в дополнитель­ ной обмотке возбуждения так, чтобы колебания напряжения на его выходе при любых изменениях нагрузки не превышали ±2,5% номи­ нального.

Генератор типа ДГЦИ поддерживает автоматически постоянное напряжение не только при чисто активной нагрузке, когда коэффициент мощности равен единице, но и при нагрузке как активно-индуктивной, так и активно-емкостной. При этом в обоих случаях коэффициент мощности может уменьшаться до 0,5, Этим свойством генераторы типа ДГБ не обладают.

При подключении к генератору активно-индуктивной нагрузки ток, проходящий по обмоткам 3 и 6, будет отставать по фазе от на­ пряжения на некоторый угол, зависящий от коэффициента мощности. Размагничивающее действие реакции в этом’’случае будет более силь­ ным, а чтобы поддержать на выходе генератора то же напряжение, тре­ буется относительно большая (в сравнении с активной нагрузкой) ве­ личина дополнительного возбуждения.

Поскольку ток в обмотках 6 статора стабилизатора отстает от напря­ жения, магнитный поток 13, наведенный в этих обмотках, будет так­ же отставать от своего первоначального положения (перпендикуляр­ но сердечнику 12) и располагаться по отношению к сердечнику 12 под некоторым углом или даже полностью совпадать с его осью. Поворот сердечника по отношению к магнитному потоку 13 уменьшает магнит­ ное сопротивление магнитопровода стабилизатора, в результате поток, пронизывающий обмотки 5, будет большим и в обмотках станет индук­ тироваться большая переменная э. д. с. Магнитный поток 13 будет, кро­ ме того, совпадать с потоком постоянного магнита, находящегося на сердечнике 12, что еще больше усиливает дополнительное возбуждение обмоток 5 стабилизатора.

Большая переменная э. д. с., индуктированная в обмотках 5, опре­ делит увеличенный дополнительный ток возбуждения в обмотке 14 и более усиленное дополнительное возбуждение, чем компенсируется повышенное размагничивающее действие реакции тока активно-индук­ тивной нагрузки. При меньшем коэффициенте мощности отставание тока "отНапряжения по фазе будет большим. Магнитный поток 13 ста­ билизатора станет больше отставать от своего первоначального поло­ жения. Магнитное сопротивление магнитолровода дополнительно сни­ зится, а общий поток возбуждения обмоток 5, определяемый величиной магнитного сопротивления и суммой потока постоянного магнита и потока 13, создаваемого обмотками 6, возрастет, что обеспечит индук­ тирование в обмотках 5 повышенной э. д. с., вызывающей в свою очередь более интенсивное дополнительное возбуждение генератора. Чем меньше коэффициент мощности, тем больше относительная вели­ чина дополнительного возбуждения и, наоборот, чем больше коэффи-

25

циемт мощности, тем меньше относительная величина дополнительного возбуждения.

В случае подключения к генератору активно-емкостной нагрузки ток, проходящий по обмоткам 3 н 6, будет опережать по фазе напряже­ ние на угол, зависящий от коэффициента мощности. Тогда при коэф­ фициенте мощности до 0,5 реакция тока нагрузки, несмотря на ее активно-емкостный характер, будет по-прежнему ослаблять основной поток возбуждения генератора, так как усиливающее действие реак­ ции емкостной составляющей нагрузки будет меньше ослабляющего действия реакции активной составляющей. Однако общее ослабляю­ щее действие реакции нагрузки будет относительно меньше ослабляю­ щего действия реакции активно-индуктивной нагрузки. В связи с этим необходимо, чтобы стабилизатор генератора давал при активно­ емкостной нагрузке относительно меньший дополнительный по­ стоянный ток, проходящий по дополнительной обмотке возбуж­ дения 14.

Стабилизатор генератора типа ДГЦИ благодаря наличию на сер­ дечнике 12 постоянного магнита так и работает.

Как уже было сказано, ток в обмотках 6 при активно-емкостной нагрузке будет опережать напряжение, и, следовательно, магнитный поток 13, наведенный обмотками 6, также повернется по отношению к сердечнику 12 пз своего первоначального положения в сторону вращения на некоторый угол. Сопротивление магпптопровода при этом уменьшится, однако не на такую величину, как при активно-индуктив­ ной нагрузке, так как этому противодействует магнитный поток, соз­ даваемый магнитом сердечника 12. Возросший магнитный поток воз­ будителя, создаваемый обмотками 5, определит индуктирование в них переменной э. д. с., вызывающей в свою очередь дополнительное воз­ буждение генератора.

Чем меньше коэффициент мощности при активно-емкостной на­ грузке, тем больше сказывается противодействие постоянного магнита, поскольку его магнитный поток направлен по отношению к потоку об­ моток 6 под меньшим углом.

Параметры генератора типа ДГЦИ рассчитаны так, что этот гене­ ратор при изменении коэффициента мощности доО,5 и изменении нагруз­

ном составе с машинным охлаждением.

Генераторы типа ДГЦИ могут работать друг с другом в параллель­ ном режиме. Чтобы снизить нежелаемые колебания тока нагрузки, дополнительные обмотки возбуждения у всех параллельно работающих генераторов соединяются параллельно. Для этого на щитке генера­ тора имеются клеммы 26. Дополнительные обмотки и генератор под­ ключают одновременно.

Принцип действия генератора ДГЦИ рассматривался по схеме, в которой сердечники генераторной и стабилизаторной частей машины имеют одну пару полюсов. На самом деле генераторы имеют несколько пар полюсов, что позволяет работать им при пониженной скорости вращения валов генератора и дизеля.

26

Генератор ДГЦИ17-100Б/2, применяемый на 21-вагонных поездах, конструктивно выполнен вместе с возбудителем (рис. 17). Он имеет вал 1 с роторами 26 и 16, корпус 7 и подшипниковые щиты 6 п 20. Кор­ пус генератора, сваренный из стали, имеет опорные лапы 2S.

Внутрь корпуса 7 запрессован статор 8 генератора, набранный из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В па­ зах статора 8 находятся основные силовые обмотки и основные обмотки переменного тока. Лобовые части 12 этих обмоток выходят из пазов статора по его торцам.

Между корпусом 7 генератора и подшипниковым щитом 20 находит­ ся промежуточный подшипниковый щит 13, во внутреннее кольцо ко­ торого запрессован статор 15 стабилизатора, также набранный из листов электротехнической стали. В пазах статора уложены дополни­ тельные силовые обмотки 18 и дополнительные обмотки переменного тока 17. К промежуточному подшипниковому щиту крепится блок 14 селеновых выпрямителей. Обмотки статора стабилизатора выполняются аналогично обмоткам статора генератора.

Ротор 26 генератора и ротор стабилизатора набираются из листов электротехнической стали и напрессовываются на вал 1. Основная 10 и дополнительная 11 обмотки возбуждения выполнены в виде катушек, закрепленных на роторе 26 при помощи башмаков 9 н болтов 27. Ка­ тушки изолированы от ротора прессшпановымн прокладками. Провод­ ники, ведущие от обмоток к контактным кольцам 23, крепятся к ва­ лу бандажом 25. К контактным кольцам прижаты щетки 19. Состояние контактного аппарата и выпрямителя может быть проверено через лю­ ки, закрываемые крышками 24.

Вал генератора вращается в роликовом 2 и шариковом 21 подшип­ никах, которые защищены крышками 22 с лабиринтными уплотне­ ниями. Шайбы 4 предназначены для балансировки вращающейся час­ ти генератора. На вал генератора напрессован вентилятор 5, имеющий резиновые пальцы 3. Охлаждающий воздух засасывается этим венти­ лятором через задний подшипниковый щпт н выбрасывается через пе­ редний щит.

Резиновые пальцы 8 (рис. 18) на фланце вентилятора 2, напрессо­ ванного на вал 6 генератора, входят в цилиндрические отверстия ма­ ховика 1 дизеля. Штифты 7, на которых находятся резиновые пальцы 8, имеют коническую форму и закрепляются гайками 5. Крыльчатка 4 вентилятора крепится к соединительной полумуфте болтами 3.

С и н х р о н н ы е г е н е р а т о р ы с к о м п а у н д н ы м и т р а н с ф о р м а т о р а м и и р е з и с т о р а м и имеют вращаю­ щиеся полюсы и неподвижный якорь (статор). Они изготавливались в двух модификациях: с механическим выпрямителем (генератор ЕС93-4С) и с кремниевым выпрямителем (генераторы ЕСС93-4М, ЕСС5-93-4М101, ЕСС5-93-4М101В). Все генераторы такого типа работают совместно с блоком компаундирующих трансформаторов и резисторов.

Генератор ЕС93-4С с механическим выпрямителем (рис. 19) имеет три силовые обмотки 1, соединенные в звезду, три дополнительные об­ мотки 12 и одну обмотку возбуждения 14, питаемую постоянным то­ ком от обмоток 12 через механический выпрямитель 13. К схеме

27

также в дополнительных обмотках 12 небольшую переменную э. д. с. Поскольку оси магнитных систем силовых обмоток смещены от­ носительно друг друга на угол в 120°, возникшие э. д. с. по своей фазе будут также сдвинуты относительно друг друга на этот же угол.

Э. д. с. дополнительной обмотки вызывает соответствующий неболь­ шой ток в замкнутой цепи, состоящей из сопротивления реостата 8, резисторов 10, дополнительных обмоток И , механического выпрямите­ ля 13 и обмотки возбуждения 14 ротора. Небольшой ток, протекающий по обмотке возбуждения, несколько усиливает остаточный магнитный поток машины, что вызывает возрастание э. д. с., индуктированных в дополнительных обмотках. Это приводит к увеличению тока в обмот-

Рпс. 19. Схема синхронного генератора ЕС93-4С

29

ké возбуждения 14 ротора іі, следовательно, к дальнейшему возраста­ нию магнитного потока, что в свою очередь обусловливает еще боль­ ший рост э. д. с. дополнительной обмотки. Процесс длится до тех пор, пока ротор не станет вращаться с номинальной скоростью п в машине не установится соответствующий магнитный поток.

Под действием этого магнитного потока в силовых обмотках ин­ дуктируются переменные э. д. с., равные по своему значению номиналь­ ному напряжению. Меняя величину сопротивления реостата 8 и, сле­ довательно, ток в дополнительных обмотках и обмотке возбуждения 14, можно точно установить необходимое напряжение (380—400 в).

При подключении к генератору нагрузки через клеммы 6 и 7 по силовым обмоткам 1 статора пойдет ток, а магнитное ноле, наведенное этим током, будет ослаблять магнитный поток, образованный обмот­ кой возбуждения ротора. Для компенсации размагничивающего дей­ ствия магнитного потока статора и сохранения напряжения генератора на уровне номинального значения ток обмотки возбуждения ротора должен быть увеличен. Это обеспечивается компаундирующими трансформаторами и резисторами.

Когда ток нагрузки проходит по первичным обмоткам трансфор­ маторов, в их вторичных обмотках п компаундирующих резисторах также появляется соответствующий ток. В результате на каждом ре­ зисторе произойдет падение напряжения, пропорциональное по вели­ чине току нагрузки, проходящему по первичным обмоткам трансфор­ маторов. Величина, обратная падению напряжения, представляет со­ бой э. д. с. Указанные э. д. с. компаундирования геометрически сум­ мируются с э. д. с. вспомогательных обмоток, что обеспечивает воз­ растание тока, проходящего по обмотке возбуждения 14 ротора, и компенсирование размагничивающего действия силовых обмоток.

Таким образом, чем больше ток нагрузки и его размагничивающее действие, тем больше ток во вторичных обмотках компаундирующих трансформаторов и величина дополнительных э. д. с. на ком­ паундирующих резисторах . Увеличение э. д. с. вызывает воз­ растание тока возбуждения и магнитного потока машины. При уменьшении нагрузки происходят обратные явления.