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

Т а б л и ц а 1

вентилятором 14 через жалюзи щита 5 и выбрасывается в отверстия нижней части щита 1.

Основные технические данные синхронных генераторов, применя­ емых на подвижном составе с машинным охлаждением, приведены в табл. 1.

3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ОСЕВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ВАГОННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Осевые генераторы, применяемые на подвижном составе с машин­ ным охлаждением, по принципу работы и конструктивному исполне­ нию делятся в основном на два типа: генераторы переменного тока типа ГСВ-8Е и генераторы продольного поля типа 23/07.11.

Г е н е р а т о р п е р е м е н н о г о т о к а ГСВ-8Е вырабаты­ вает переменный трехфазный ток с частотой от 80 до 40 гц. Он имеет две системы трехфазных обмоток, дающих напряжения соответственно

46—54 и 11—18 в. ■

Принцип работы трехфазного генератора переменного тока можно уяснить на примере однофазного генератора переменного тока (рис. 31, а), работающего так же, как и трехфазный. Однофазный генератор со'стоит из статора 3 с полюсными наконечниками 10 и ротора 11, име-

41

ющего полюсы 6 п шайбы 12. Ротор напрессован на вал 7. Подшипнико­ вые щиты статора 3 имеют консольные выступы 9 в виде колец, об­ хватывающие шайбы 12 ротора.

На полюсные наконечники статора намотаны основная 4 и допол­ нительная 5 силовые обмотки, а на кольцевые консольные выступы — параллельная 1 п последовательная 8 обмотки возбуждения. Концы и начала обмоток обозначены: основная силовая — ОСО, дополнитель­ ная силовая — ДСО, параллельная обмотка возбуждения — ПОВ и последовательная (сериесная) обмотка возбуждения — СОВ.

При вращении ротора генератора между полюсными наконечника­ ми 10 (рис. 31, б) статора поочередно устанавливаются полюсы 6 ро­ тора И или его впадины. Если против полюсных наконечников стато­ ра находятся полюсы ротора, то магнитное сопротивление магнитопро­ вода в направлении, указанном штриховой линией 2, будет мини­ мальным; если против полюсных наконечников будут находиться впа­ дины ротора, то магнитное сопротивление будет максимальным (боль­ ше минимального в 10—20 раз).

Магнитопровод генератора в продольном сечении, образуемый ста­ тором 3 (см. рис. 31, а), его полюсными наконечниками 10, полюсами ротора 6, ротором 11, шайбами 12 ротора и кольцевыми выступами 9 подшипниковых щитов, имеет четыре симметричных участка, показан­ ных линией 2. Каждый участок магнитопровода с находящимися внутри его контура обмотками представляет собой обычный трансформатор,

Рис. 31. Схема однофазного генератора переменного тока:

а — расположение обмрток; б — поперечный разрез мапштопровода

42

магнитное сопротивление которого прй вращении ротора непрерывно изменяется. Размеры п форма ротора и его полюсов, а также статора и его полюсных наконечников выбраны такими, что изменение сопротив­ ления каждого участка магнитопровода имеет синусоидальный харак­ тер. Частота изменения магнитного сопротивления определяется чис­ лом пар полюсов ротора и его скоростью вращения, которая зависит от скорости движения вагона.

Если параллельную обмотку возбуждения 1 генератора подключа­ ют к источнику постоянного тока, то наведенное этой обмоткой магнит­ ное поле создаст в рассмотренном магнитопроводе определенный ма­ гнитный поток, который будет пронизывать основную 4 и дополнитель­ ную 5 силовые обмотки. При вращении ротора этот магнитный поток вследствие изменения сопротивления магнитопровода будет менять свою величину от максимальной до минимальной. Изменение магнит­ ного потока в полюсных наконечниках вызовет индуктирование в си­ ловых обмотках генератора переменной э. д. с.

Такая же переменная э. д. с. будет индуктироваться в силовых об­ мотках при раскручивании ротора (до 500 об/мин), обладающего опре­ деленным остаточным магнетизмом, который обусловливает создание в магнитопроводе генератора первоначального переменного магнитного потока. Э. д. с., возникшая в силовых обмотках за счет остаточного магнетизма ротора, будет весьма небольшой, однако ее величины доста­ точно, чтобы создать в параллельной обмотке возбуждения 1, подклю­ ченной к основной силовой обмотке 4 через выпрямитель (на рисунке не показано), первоначальный постоянный ток.

Магнитный поток, наведенный появившимся током возбуждения, складываясь с магнитным потоком остаточного магнетизма и меняясь по своей величине за счет вращения ротора, вызовет индуктирование в силовых обмотках более высокой переменной э. д. с., что в свою оче­ редь явится причиной увеличения тока в обмотке возбуждения.

Процесс возбуждения генератора заканчивается, когда ротор начи­ нает вращаться с определенной постоянной скоростью. В это время величина переменной э. д. с., индуктированной в основной силовой об­ мотке, становится равной падению напряжения в цепи выпрямителя и обмотке возбуждения. Направление вращения ротора значения не имеет.

При подключении к силовым обмоткам нагрузки (сеть освещения или аккумуляторная батарея) возникший в них ток создаст свое маг­ нитное поле реакции, магнитный поток которого будет направлен про­ тив основного потока возбуждения. Чтобы напряжение на выходе ге­ нератора не падало, в работу включается последовательная обмотка возбуждения, которая поддерживает основной поток возбуждения.

В генераторе типа ГСВ-8Е статор имеет две системы трехфазных си­ ловых обмоток (рис. 32): основные 2 всегда соединены в звезду, допол­ нительные 1 могут соединяться в звезду и в треугольник. Обмотки воз­ буждения — параллельная 4 и последовательная 3 — состоят из двух секций, намотанных на кольцевые выступы двух подшипниковых щи­ тов. Секции обмоток соединяются последовательно на клеммном щит­ ке 5 генератора. Концы обмоток генератора и соответствующие клеммы

43

щитка 5 обозначены: 1С1, 1С2, 1СЗ — концы основных обмоток;

2С1 и 2С4, 2С2 и 2С5, 2СЗ и 2С6—

соответственно, начала и концы до­ полнительных обмоток; U l , U2 ■— последовательные обмотки возбуж­ дения; 01, 02 — параллельные об­ мотки возбуждения.

Конструктивно подвагонный ге­ нератор переменного тока (рис. 33) выполнен в . виде герметически закрытой машины.

Сердечник статора, набранный из лакированных листов электро­ технической стали, имеет пазы, в которых уложены основные и до­ полнительные трехфазные обмот­

Рис. 32. Обмотки генератора ГСВ-8Е ки. В гнездах подшипниковых щи­ тов крепятся параллельная 9 и по­ следовательная 8 обмотки генератора. На корпусе генератора имеется

клеммная коробка с зажимами и герметичными выводами.

Ротор генератора набирается из листов электротехнической стали, напрессованных на вал при помощи втулок.

Генератор переменного тока ГСВ-8Е работает с магнитным усили­ телем, бареттерным мостом и выпрямителем, которые обеспечивают автоматическое регулирование тока возбуждения и напряжения в цепи освещения и аккумуляторной батареи.

s ю //

Рис. 33. Генератор ГСВ-8Е:

1 — статор; 2 — болт с пружинной шайбой; 3 — крышка подшипни­ ка; 4 — масленка; 5 — подшипник; 6 — ротор; 7 — подшипниковый щит; 8 — последовательна и обмот­ ка; 9 — параллельная обмотка; 10 — основная обмотка; II — до­ полнительная обмотка; 12 — шкив

44

Je

с?

а

Рис. 34. Магнитный усилитель

Магнитный усилитель (рис. 34) состоит из двух замкнутых сердеч­ ников (магнитопроводы) 4, на которые намотаны рабочие обмотки 1 переменного тока, обмотка управления 2 и последовательная обмотка 3 (один виток).

Ток I, проходя по обмоткам переменного тока, к которым через выпрямитель подключена обмотка возбуждения генератора, создает в сердечниках одинаковые по величине магнитные потоки Ф. Между обмотками возбуждения эти потоки имеют встречное направление, изза чего исключается наведение в обмотках 2 и 3 какой-либо э. д. с. при работе обмоток переменного тока.

Обмотки переменного тока обладают значительным индуктивным сопротивлением, величина которого зависит от частоты тока и магнит­ ного насыщения сердечников. При увеличении частоты и уменьшении насыщения индуктивное сопротивление растет и, наоборот, при умень­ шении частоты и увеличении магнитного насыщения сердечников со­ противление обмоток уменьшается. Степень насыщения сердечников магнитного усилителя определяется постоянными токами нагрузки / н и усилителя / ѵ, проходящими по обмоткам 2 и 3. Магнитные потоки Фу и Ф„, создаваемые этими обмотками, совпадают и усиливают друг друга. Меняя величину тока в обмотке управления 2 и, следовательно, степень насыщения сердечников, можно в значительных пределах (в 1000 раз) изменятьнндуктивное сопротивление и величину тока в об­ мотках переменного тока 1.

Бареттерный мост (рис. 35) собирается из двух одинаковых ли­ нейных резисторов RI, R3 и двух бареттеров Бр, каждый из которых представляет собой нелинейное сопротивление из стальной нити, помещенной в наполненную водородом колбу (лампа). Бареттер обла­ дает свойством поддерживать постоянную величину тока при изменении напряжения U, подводимого к бареттеру, от 4 до 11 с. Быстрое увели­ чение напряжения вызывает возрастание тока, однако через 2—3 сек

45

в обмотке управления, вызывающем некоторое насыщение сердечни­ ков усилителя, уменьшится сопротивление обмоток переменного тока и усилится возбуждение генератора.

Когда генератор 4 (рис. 36) не работает, нагрузка, подключенная к проводам 11 и 12, питается от аккумуляторной батареи Б по цепи: плюсовый зажим батареи, предохранитель Пр, последовательная об­ мотка возбуждения 2 генератора, последовательная обмотка 8 магнит­ ного усилителя, шунт Шп, амперметр нагрузки А и, провод 12, нагруз­ ка, провод И , резистор с нелинейным сопротивлением R4, шунт Шб, амперметр батареи Л0, предохранитель, минусовый зажим батареи. Падение напряжения на нелинейном сопротивлении R4 при максималь­ ном токе нагрузки составляет не более 2—3 в, из-за чего напряжение в цепи нагрузки меньше напряжения батареи на ту же величину. Напряжение на зажимах батареи и в цепи нагрузки можно замерить вольтметром V при помощи переключателя В. Амперметры А й и А„ при неработающем генераторе показывают одинаковый ток. В силовые обмотки генератора и остальную часть схемы ток от батареи вслед­ ствие наличия выпрямителей Впі и Вп2 не поступает. Ток нагрузки, проходя по последовательной обмотке 2, создает некоторый перво­ начальный магнитный поток в генераторе и тем самым облегчает его возбуждение.

Во время движения вагона ротор генератора вращается и в его основных силовых обмотках 3 индуктируется переменная э. д. с., которая подается через обмотки переменного тока 9 магнитного уси­ лителя на вход выпрямителя ВпЗ параллельной обмотки 1 генерато­ ра, а также к выпрямителю Вп4 бареттерного моста. Индуктируемая в дополнительных обмотках 5 генератора переменная э. д. с. подво­ дится к выпрямителю Вп2.

Появившийся в обмотке 1 ток усиливает магнитный поток гене­ ратора и способствует дальнейшему процессу возбуждения. Индук­ тивное сопротивление обмоток 9 магнитного усилителя вследствие

низкой частоты переменного тока весьма мало, поэтому влияние этпіс обмоток на начальный процесс возбуждения генератора практически не сказывается.

По достижении скорости движения вагона 27 км/ч (частота враще­ ния ротора 500 об/мин) суммарное напряжение на выходе выпрямителей Впі и Вп2, соединенных последовательно, становится примерно рав­ ным напряжению аккумуляторной батареи и нагрузка, подключенная

кпроводам 11 и 12, начинает питаться током от генератора через вы­ прямитель Впі и от батареи Б. При скорости 35 км/ч напряжение на выходе выпрямителей становится выше напряжения аккумуляторной батареи и она начинает заряжаться. Нагрузка в этом случае пол­ ностью питается от основных силовых обмоток генератора через вы­ прямитель Впі.

При скорости 54 км/ч (частота вращения ротора 1000 об/мин) ге­ нератор развивает свою номинальную мощность 8 та (на выходе вы­ прямителя 5,5 кет), поддерживая в цепи нагрузки напряжение в пре­ делах 46—54 б и напряжение зарядки батареи 64—72 в. Повышенное напряжение зарядки батареи на величину до 18 в создается за счет падения напряжения на эту величину на резисторе R4, подключенном

квыпрямителю Вп2. Указанное падение напряжения, сложенное с па­

дением напряжения на выпрямителе Впі, обеспечивает необходимое напряжение для зарядки батареи.

Бареттерный мост, подключенный к вы­ прямителю Вп4 и минусовому проводу гене­ ратора, регулируется при помощи сопротив­ ления R2 так, чтобы при максимально допу-

Нагщзка

Рис. 36. Схема генератора переменного тока ГСВ-8Е с распределительным щитом

47

стимом напряжении в цепи нагрузки 54 в напряженпе'на концах об­ мотки управления 10 магнитного усилителя и ток в ней отсутствова­ ли, а мост находился в равновесии. Этот момент наступает при ско­ рости движения вагона, близкой к максимальной, и наибольшей ско­ рости вращения ротора генератора.

Поскольку ток в обмотке управления 10 усилителя отсутствует, магнитное насыщение его сердечников также отсутствует, а обмотки 9 вследствие этого обладают максимальным индуктивным сопротивле­ нием, что определяет минимальный ток, проходящий через выпрями­ тель ВпЗ и обмотку возбуждения 1 генератора. При уменьшении ско­ рости движения вагона и частоты вращения ротора напряжение в цепи нагрузки и на зажимах бареттерного моста падает п последний выходит из состояния равновесия. Возникший в обмотке управления 10 ток увеличивает насыщение сердечника магнитного усилителя и умень­ шает индуктивное сопротивление его обмоток 9, из-за чего ток воз­ буждения увеличивается, поддерживая напряжение на выходе гене­ ратора в пределах допустимого.-Чем больше падение напряжения в це­ пи нагрузки и, следовательно, на зажимах моста, тем в большей сте­ пени он выходит из равновесия, что в свою очередь вызывает увели­ чение тока возбуждения в параллельной обмотке. Таким образом, бареттерный мост и магнитный усилитель, включенные в схему гене­

При работе генератора с нагрузкой ток, проходящий по силовым обмоткам, создает магнитное поле реакции, которое ослабляет действие основного магнитного поля и может вызвать падение напряжения. Устранение размагничивающего действия силовых обмоток обеспе­ чивается последовательной обмоткой 2 генератора и последователь­ ным витком 8 магнитного усилителя, по которым проходит ток на­ грузки. Обмотка 2 в этом случае непосредственно усиливает возбуж­ дение генератора, а виток 8 посредством увеличения магнитного на­ сыщения сердечников усилителя и уменьшения индуктивного сопро­ тивления обмоток 9 также способствует возрастанию тока в обмотке

.1 и дополнительному возбуждению генератора.

Для защиты цепи нагрузки от чрезмерного повышения напряжения, что может быть в основном при неисправности отдельных элементов схемы, существует реле максимального напряжения Р4, которое, сра­ батывая, своими контактами замыкает накоротко две основные си­ ловые обмотки, в результате чего параллельная обмотка генератора полностью выключается из работы. Якорь реле максимального на­ пряжения блокируется механической защелкой, поэтому для восста­ новления работы схемы необходимо вручную возвратить якорь в ис­ ходное положение. Обмотка реле максимального напряжения вклю­ чается параллельно бареттерному мосту через резистор R3.

Генератор переменного тока (схема 6) может работать совместно с трансформатором Тр (схема 7), подключенным к сети трехфазного тока напряжением 380 в от основных синхронных генераторов. При работе этих генераторов нагрузка питается, а батарея заряжается от сети, трехфазного тока. Для этого необходимо включить контакторы

48

которой соединен с парными щетками 5, а другой выведен в клеммную коробку и обозначен буквой Е. Выводы от парных щеток обозначены: плюсовые через + М и минусовые через —М.

К клеммам -|-М и —М подключается нагрузка. Клемма Е соеди­ няется с клеммой +/И через сопротивление регулятора напряжения R pn и ограничителя тока Яот. Величина сопротивлений R^B и R 0T ре­ гулируется автоматически.

При раскручивании якоря в его обмотке индуктируется перемен­ ная э. д. с. под действием магнитного потока остаточного магнетизма полюсов возбуждения 3. Эта э. д. с. выпрямляется коллектором и со­ здает на щетках 4 и 5 постоянное напряжение, в цепи возбуждения возникает ток ів. Вследствие этого усиливается магнитный поток, пронизывающий якорь, возрастает напряжение на щетках 4 и 5; что в свою очередь вызывает увеличение тока возбуждения /в, магнитного потока полюсов и т. д.

Когда напряжение на выходе генератора достигнет 53—54 в, что соответствует скорости поезда 25—28 км/ч, к генератору автоматически подключается нагрузка и по якорной обмотке начинает проходить ток. По мере дальнейшего увеличения скорости поезда и скорости враще­ ния якоря напряжение иа выходе генератора и ток нагрузки также увеличиваются. При этом напряжение может вырасти до 65 в, а ток нагрузки — до 65 а (в зависимости от сопротивления нагрузки). Даль­

49

нейшее увеличение их недопустимо, так как это может вызвать выход из строя потребителей, подключенных к генератору, а большой ток нагрузки вредно отразится на работе щеток, коллектора и якорной обмотки.

Повышения напряжения свыше 65 в не допускает регулятор на­ пряжения, который автоматически увеличивает находящееся в цепи возбуждения сопротивление R vn, что вызывает уменьшение тока воз­ буждения ів. Ограничитель тока автоматически увеличивает сопро­ тивление $ от и уменьшает ток возбуждения іи, а следовательно, и ток нагрузки. При уменьшении скорости вращения якоря сопротивления R vu и ^от уменьшаются и при скорости поезда 25—28 км/ч становятся минимальными. Если скорость поезда становится менее указанной величины, нагрузка автоматически отключается от генератора.

Когда генератор не нагружен, а напряжение на выходе равно 53—54 в (холостой ход генератора), магнитное поле, создаваемое током

Реакция якоря вредно влияет на режим работы генератора, вызы­ вая уменьшение его напряжения и искрение щеток. Чем больше на­ гружен генератор и чем больше магнитное насыщение якоря и полюсов, тем сильнее проявляется реакция якоря, так как в этом случае про­ исходит не только искажение магнитного потока, но и некоторое уменьшение его. Из сказанного следует, что положение действитель­ ной нейтрали (угол ß), на которой должны стоять щетки, зависит от нагрузки на генератор.

При движении поезда в обратном направлении якорь генератора начинает вращаться в другую сторону. Если бы щетки 4 и 5 остались в прежнем положении, то на них появилось бы напряжение обратной полярности, которое вызвало бы ток возбуждения обратного направ­ ления, в результате чего магнитный поток, наводимый током возбуж­ дения, был бы направлен встречно магнитному потоку остаточного магнетизма. Однако щетки 4 я 5 автоматически поворачиваются на угол а = (90° + 2ß), т. е. как бы меняются местами, отчего поляр­ ность клемм на выходе генератора остается прежней и генератор воз­ буждается обычным порядком. После поворота щетки устанавливают­ ся на другой действительной нейтрали III—III, соответствующей дан­ ному направлению вращения.

Генератор продольного поля 23/07.11 работает совместно с распре­ делительным щитом системы «Газелан» по схеме, приведенной на рис. 38. Нагрузкой генератора, которая подключается к клеммам «—» (минус) А и «+» (плюс) Б, является аккумуляторная батарея и ос­ ветительная сеть. Батарея и сеть могут подключаться к генератору од­ новременно и отдельно одна от другой.

50