4.3. Тяговые генераторы

Тяговый генератор постоянного тока с независимым возбуждением ГП-311Б тепловоза 2ТЭ10М

Для преобразования механической энергии дизеля в электричес­кую и питания тяговых электродвигателей на тепловозах установлен тяговый генератор (рис. 4.7). При пуске дизеля генератор использует­ся в качестве электродвигателя с последовательным возбуждением, получая питание от аккумуляторной батареи.

Генератор представляет собой десятиполюсную электрическую машину постоянного тока с независимым возбуждением. Обмотка возбуждения питается от якоря возбудителя В-600 двухмашинного агрегата А-706Б и создает основной магнитный поток. Схема регули­рования возбуждения генератора обеспечивает использование всей свободной мощности и автоматическое регулирование напряжения генератора в соответствии с током, потребляемым электродвигателя­ми в диапазоне от продолжительного тока до максимального напря­жения.

Техническая характеристика генератора ГП-ЗБ

Мощность, кВт 2000

Номинальная частота вращения, об/мин 850

Продолжительный ток, А 4320

Напряжение при продолжительном токе, В 465

Максимальный кратковременный ток, А 6600

348

Вид Б

Вид А

Вид А при снятых крышках

1314 15 16 17 18 19 20 21

А

Рис. 4.7. Тяговый генератор ГП-311Б (продольный и поперечный разрезы): 1 — отверстия выброса охлаждающего воздуха; 2 — лапа генератора; 3 — роликоподшипник; 4 — трубка подачи смазки; 5 — коллектор; 6 — подшип­никовый щит; 7— щеткодержатели; 8 — крышка коллекторной камеры; 9 — бракеты; 10 — изоляторы; 11 — поворотная траверса; 12 — уравнители; 13 — пусковая обмотка; 14 — обмотка независимого возбуждения; 15 — станина; 16 — главный полюс; 17—добавочный полюс; 18 — сердечник якоря; 19 — обмотка добавочного полюса; 20 — обмотка якоря; 21 — воздухоподводящий патрубок; 22 — корпус якоря; 23 — электрощетки

349

Максимальное напряжение, В 700

Ток при максимальном напряжении, А 2870

КПД в номинальном режиме, % 94,3

Расход охлаждающего воздуха, м/с 4,16

Падение статического давления внутри генератора, Па 981

Масса, кг 8700

Система вентиляции генератора независима от отдельного вентилятора, установленного на его корпусе. Вал вентилятора полу­чает вращение от верхнего коленчатого вала дизеля через карданную передачу и конический редуктор. Охлаждающий воздух поступает из атмосферы через фильтры, которые расположены в боковых стенках кузова и очищают воздух от пыли, дождя и снега. В случае пыльных и снежных бурь, а также при сильном дожде охлаждающий воздух сле­дует забирать из кузова, использовав переключающее устройство, имеющееся на тепловозе. Охлаждающий воздух подается в генератор со стороны привода и разделяется на два потока, охлаждающих якорь и магнитную систему. Воздушный поток, охлаждающий якорь, в свою очередь разделяется на два потока: один из них, проходя по радиаль­ным вентиляционным каналам якоря, охлаждает обмотку и сердеч­ник якоря и выбрасывается в межполюсное пространство, где смеши­вается с потоком, охлаждающим магнитную систему. Второй поток проходит между ленточными петушками коллектора и охлаждает кол­лектор. Воздушный поток, охлаждающий магнитную систему, прохо­дит в межполюсном пространстве и по зазору между якорем и полюс­ными сердечниками, отводя тепло от магнитной системы и наружной поверхности якоря. Воздушные потоки смешиваются в коллекторной камере подшипникового щита и выбрасываются из генератора через одно или два отверстия в подшипниковом щите.

Необходимо учитывать, что загрязнение и скопление пыли значи­тельно ухудшают отвод тепла от охлаждаемых поверхностей и, сле­довательно, снижают срок службы изоляции, поэтому очень важно своевременно продувать генератор сухим чистым сжатым воздухом. При обнаружении масла и дизельного топлива внутри генератора сле­дует промыть чистым бензином все замасленные поверхности. Тяго­вый генератор состоит из четырех основных сборочных единиц: яко­ря, магнитной системы, подшипникового щита и патрубка.

350

Корпус якоря генератора выполнен в виде втулки, на наружной поверхности которой расположены ребра для размещения сердечни­ка. Корпус якоря имеет со стороны привода фланец для соединения через эластичную муфту с коленчатым валом дизеля и свободный ко­нусный конец вала для подсоединения переднего распределительно­го редуктора.

Сердечник якоря набран из сегментных листов холоднокатаной электротехнической стали, стянутых шпильками в осевом направле­нии между обмоткодержателями. В радиальном направлении он зак­реплен клиновыми шпонками, а в осевом сердечник якоря разделен вентиляционными распорками на восемь пакетов. В пазах сердечни­ка расположена обмотка якоря. Крепление обмотки якоря в пазах вы­полнено стеклотекстолитовыми клиньями. Лобовые части обмотки и уравнители закреплены стеклобандажом. В качестве якорной обмот­ки (рис. 4.8) применена несимметричная двухходовая ступенчатая петлевая обмотка с полным числом уравнителей на паз. Выбор такой обмотки вызван необходимостью обеспечить требуемые параметры генератора при заданных габаритных размерах.

Известно, что получение симметричной двухходовой якорной об­мотки возможно только при использовании уравнителей, соединяю­щих коллекторные пластины одного хода с головками обмоток друго­го хода, т.е. уравнительные соединения должны быть протянуты от

I465I1I2I3I4I5I

|94|95|9б|

у,= 1-16;

Рис. 4.8. Схема соединений петлевой ступенчатой обмотки генератора ГП-311Б

351

коллектора под сердечником на противоположную сторону якоря к головкам обмотки. Учитывая сложность конструкции и большое ко­личество паяных соединений, нельзя рассчитывать на надежность такой обмотки в эксплуатации. Поэтому была принята несимметрич­ная двухходовая петлевая обмотка, позволяющая избежать примене­ния таких уравнителей и ограничиться уравнительными соединения­ми, размещенными со стороны коллектора. Опыт показывает, что ге­нераторы с такой обмоткой работают более устойчиво по сравнению с применявшейся ранее двухходовой (лягушачьей) обмоткой.

Интересно отметить, что двухходовые обмотки (несимметричные двухходовые обмотки в большей степени) склонны к созданию на по­верхности коллектора разной по интенсивности расцветки коллектор­ных пластин. При этом возможны чередования двух темных и одной светлой или одной светлой и одной темной коллекторных пластин. Че­редующаяся расцветка коллекторных пластин при наличии глянцевой политуры не вызывает их подгара. Но если поверхность коллекторных пластин становится матовой, то неизбежно появятся подгары коллек­торных пластин. Во избежании глубокого выгорания меди коллектор­ных пластин и чрезмерного износа электрощеток при появлении даже незначительного подгара рекомендуется коллектор шлифовать.

Чередующееся потемнение вызывается прохождением через сосед­ние пластины разной силы тока, т.е. по двум параллельным ветвям обмотки якоря протекает неодинаковый ток и под щетками на сосед­них коллекторных пластинах будет разная плотность тока. Избежать чередующегося подгара коллекторных пластин можно, если будут обеспечены: симметричная установка полюсов в магнитной системе; равномерная установка щеток по окружности коллектора; равномер­ное распределение коллекторных пластин по окружности; стабиль­ность рабочей поверхности коллектора; нажатие на щетку в рекомен­дуемых пределах; чистота поверхности коллектора и периодическая протирка его салфеткой, смоченной в чистом бензине.

Не должно быть также нарушений паяных соединений обмотки якоря с петушками. Пайка разрезных задних головок (ступеньки) обмотки выполнена тугоплавким серебросодержащим припоем ПСр-15, а соеди­нение обмотки с петушками коллектора—мягким припоем ПСр-2,5.

Коллектор якоря арочного типа. Коллекторная медь легирована не­большим количеством серебра. Каждая коллекторная пластина соеди­нена с обмоткой якоря с помощью ленточной меди — «гибкого пе-352

тушка». Гибкий петушок приварен к коллекторной пластине туго­плавким медно-фосфористым припоем. Через ленточные петушки под обмотку якоря может засасываться щеточная и другая пыль. Чтобы исключить образование токопроводящих мостиков и возможных вит-ковых замыканий, торцевая стенка обмоткодержателя изолирована стеклотканью с эпоксидным связующим составом, а между гибкими петушками в месте соединения их с обмоткой якоря установлены пла­стмассовые прокладки, которые образуют сплошную арку. Место разъема между обмоткодержателем и кольцом из пластмассовых про­кладок уплотнено асбестовым шнуром и стеклобандажной лентой.

Якорь дважды пропитан в электроизоляционном термореактивном лаке, покрыт эмалью горячей сушки и динамически балансирован. Класс изоляции обмотки якоря F. Якорь в генераторе монтируется на одном сферическом роликовом подшипнике. Второй опорой якоря служит коренной подшипник коленчатого вала дизеля.

Магнитная система (рис. 4.9) генератора состоит из станины 75 (см. рис. 4.7), главных 16 и добавочных 17 полюсов и межкатушеч­ных соединений. Станина выполнена из листовой стали с малым со­держанием углерода и имеет по бокам лапы для установки на подди-зельной раме. По окружности станины болтами закреплены десять главных и десять добавочных полюсов. Каждый добавочный полюс состоит из изолированного сплошного стального сердечника и катуш­ки, закрепленной на сердечнике с помощью немагнитных уголков, изо­ляционных прессованных рамок, пружинных элементов и стальной прокладки. Изоляция добавочного полюса класса В.

Сердечник главного полюса собран из тонкой холоднокатаной электротехнической стали. Катушки главного полюса имеют обмотку независимого возбуждения 14 и пусковую обмотку 13. Пусковая об­мотка предназначена только для пуска дизеля. Класс изоляции кату­шек главных полюсов Н. Для возможности установки требуемого за­зора между полюсными сердечниками и якорем между полюсами и станиной предусмотрены регулировочные стальные прокладки.

Межкатушечные соединения обмотки независимого возбуждения вы­полнены соединительными проводами, а соединения пусковой обмот­ки и обмотки добавочных полюсов 19—медными шинами. Схема внут­ренних соединений обмоток магнитной системы генератора приведена на рис. 4.9. Основные данные обмоток приведены в табл. 4.1.

353

Рис. 4.9. Схема соединения обмоток магнитной системы генератора ГП-311Б:

Я\, Я2 — начало и конец обмотки якоря; HI, H2 — начало и конец обмотки

независимого возбуждения; П1 — начало пусковой обмотки; Д2, П2 — конец

обмотки добавочных полюсов и пусковой обмотки

Таблица 4.1

	Технические	данные обмоток
Основные данные	Обмотка
	независимого возбуждения	пусковая	добавочных полюсов	якоря
Число витков на полюсе	105	3	6
Размеры сечения провода, мм	4x8	6x25	16x25	2,8 х 6,3
Марка провода	ПСД-Л	шмм	ШММ	пэтвсд

354

Подшипниковый щит 6 {см. рис. 4.7) сварной, каркасной конст­рукции с выемной ступицей, которая служит опорой для наружного кольца подшипника и крепления крышек подшипникового узла. Вы­емная ступица обеспечивает возможность замены подшипника без полной разборки генератора и, следовательно, без съема генератора с тепловоза. Для удобства обслуживания щеток и щеткодержателей в подшипниковый щит встроена поворотная траверса 11, к которой при помощи изоляторов крепятся десять бракетов с установленными на них щеткодержателями 7. Щеткодержатель снабжен рулонной пружи­ной, обеспечивающей практически постоянное нажатие на щетку не­зависимо от ее износа.

При изготовлении щеткодержатели в зависимости от величины усилия нажатия комплектуются по двум группам: I группа — 16—18 Н; II группа — 18—20 Н, и на каждый генератор устанавливаются щет­кодержатели только одной группы. На генераторе применены разрез­ные электрощетки марки ЭГ-14 с размерами 2(12,5) х 32 х 64 мм.

Траверса поворачивается вращением вала поворотного устрой­ства траверсы, который можно вращать ключом от валоповоротного устройства дизеля. После поворота траверсу следует установить и зафиксировать в том же положении, которое она занимала до пово­рота.

Патрубок 21 генератора служит для подвода охлаждающего возду­ха к генератору и формирования потоков охлаждающего воздуха внут­ри генератора. Патрубок выполнен сварным из тонколистовой стали и имеет разъемы по вертикальной и горизонтальной осям.

Тяговый генератор переменного тока ГС-501Л тепловоза 2ТЭ116

Тяговый генератор ГС-501А переменного тока предназначен для эксплуатации на тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока и служит для преобразования механической энер­гии дизеля в электрическую.

Вырабатываемый генератором трехфазный переменный ток часто­той 100 Гц идет в выпрямительную установку, а затем выпрямлен­ный — к тяговым электродвигателям постоянного тока.

Генератор ГС-501А представляет синхронную электрическую ма­шину защищенного исполнения с явно выраженными 12 полюсами на роторе, с независимым возбуждением, с принудительной вентиля-

355

цией. Охлаждающий воздух подается осевым вентилятором через сборный стальной патрубок со стороны, противоположной контакт­ным кольцам (со стороны дизеля). В нижней части подшипникового щита под контактными кольцами укреплен стальной патрубок для выброса в атмосферу нагретого воздуха. При необходимости воздух может частично выбрасываться в кузов тепловоза.

Охлаждающий воздух забирается снаружи тепловоза через воздуш­ные фильтры, установленные с боков кузова. В фильтрах воздух очи­щается от пыли, снега, масла, капель воды.

Вращение генератора по часовой стрелке, если смотреть со сторо­ны контактных колец.

Состоит генератор ГС-501А (рис. 4.10) из неподвижной части ста­тора 9, в пазах которого располагаются две трехфазные обмотки, и вращающейся части — ротора 7 с полюсами возбуждения, питаемы­ми постоянным током через кольца и щетки.

Статор имеет сварной корпус, изготовленный из стальных ли­стов, которым с помощью вальцевания придается цилиндрическая форма. К корпусу статора параллельно его оси с двух сторон при­вариваются опорные лапы для установки генератора на поддизель-ную раму. Перпендикулярно лапам для повышения их жесткости приварены к корпусу статора стальные ребра с проушинами, пред­назначенными для подъема и транспортировки генератора. В верх­ней части корпуса приварены кронштейны, служащие опорами для установки на генераторе синхронного возбудителя и стартер-гене­ратора.

Статор выполнен из штампованных листов высоколегированной электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В листах имеются от­верстия, образующие вентиляционные каналы. В пазах статора уло­жена волновая двухслойная обмотка 10, катушки которой изолирова­ны от корпуса полиамидной и активированной фторопластовой плен­ками с выстилкой паза пленкостеклотканью.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения обмотка выполнена по схеме двух независимых звезд (с двумя параллельными ветвями в каждой), сдвинутых одна по отношению к другой на 30° эл. Секция обмотки прямоугольной формы, соответствующей форме паза сердечника, выполнена из девяти уложенных друг на друга широкой стороной медных проводников. Лобовые части обмотки крепятся к

356