Тяговые генераторы .

Тяговые генераторы предназначены для преобразования механической энергии дизеля в электрическую, которая передается тяговым электродвигателям. Кроме того, в момент пуска дизеля генераторы постоянного тока работают кратковременно в режиме электродвигателя с последо­вательным возбуждением, приводящего во вращение коленчатый вал дизеля.

Электрические машины постоянного тока условно можно разделить на четыре узла:

1.Магнитная система(станина и полюсы.)

2.Якорь (вал, сердечник, обмотка якоря, коллектор)

3.Подшипниковые узлы ( щиты, подшипники, уплотнения)

4.Щеточный аппарат (щетки, щеткодержатели, кронштейны, изоляторы, траверсы)

Станина генератора опирается лапами на поддизельную раму, а вал якоря генератора жестко или через полужесткую муфту соединен с коленчатым валом дизеля.

Тяговый генератор тепловоза ЧМЭ3 типа TD 802.

Генератор TD 802-десятиполюсная электрическая машина по­стоянного тока с независимым воз­буждением и самовентиляцией. Станина 9 является частью магнитопровода ма­шины и поэтому изготовлена из стали с хорошей магнитной проводимостью. Для монтажа генератора на раме ди­зеля с обеих сторон станины приваре­ны лапы 28 и втулки 27 с резьбой под болты К станине приварены восемь кронштейнов 25 для крепления заднего щита 2. На станине укреплены десять главных 7 и десять добавочных 24 по­люсов.

а — продольный разрез; б — поперечный разрез; в — главный полюс и его крепление; г — добавочный полюс; /— обмотка якоря; 2 — задний щит; 3 — фланец; 4 — диск; 5 — задний обмоткодержатель; 6 — вентиляторное колесо; 7 — главный полюс; 8 — барабан; 9 — станина; 10 — уравнительное соединение; 11,27 — втулки; 12 — комплект щеткодержателей; 13 — подшипниковый щит, 14 — шкив; 13 — шайба; 16 — вал; 17 — роликовый подшипник; 18— траверса; 19 — коллектор; 20, 30 — ребра; 21 — ступица; 22 — передняя нажимная Шайба,- 23 — сердечник якоря; 24 — добавочный полюс; 25 — кронштейн; 26 — текстолитовое кольцо; 28 — лапа; 29,36 — пластины; 31— катушка независимой обмотки; 32 — катушка пусковой обмотки; 33 — болт; 34 —стержень; 33 — сердечник главного полюса; 37 — заклепка; 38 — катушка добавочного полюса; 39 — сердечник добавочного полюса; 40 — вывод катушки; а — кольцевая канавка; б, в — радиальное и осевое отверстия; г — продольный паз; д — резьбо­вое отверстие.

Каждый полюс закреплен дву­мя болтами 33 . Для уменьше­ния вихревых токов сердечник 35главного полюса набран из листов электротехнической стали. Листы сердечника вместе с пластина­ми спрессованы и стянуты четырьмя заклепками 37. В центральное отвер­стие сердечника запрессован стальной цилиндрический стержень 34 . Каждый из главных полюсов имеет две катушки. Катушка 32 пусковой обмотки, предназначенной для созда­ния основного магнитного потока при пуске дизеля, выполнена из четырех витков полосовой меди, изолирован­ных друг от друга. Катушка 31 независимой обмотки, создающей магнитный поток при работе генератора под на­грузкой, имеет 63,5 витка медного изо­лированного провода прямоугольного сечения. Катушки пусковой обмотки соединены перемычками из полосовой меди, а катушки независимой обмотки — перемычками из многожильного мед­ного провода

Сердечник 39 добавочного по­люса выстроган из стального листа и заужен со стороны, обращенной к яко­рю. Он имеет два резьбовых отверстия д под крепежные болты и четыре про­дольных паза г для крепления катушки. Катушка 38 добавочного полюса имеет 9,5 вит­ков полосовой меди, намотанных в два слоя. При сборке добавочного полюса крепление катушки обеспечи­вается заливкой изоляционной массы между катушкой и сердечником. Маг­нитный поток, создаваемый добавоч­ными полюсами, уменьшает искрение под щетками во время работы генера­тора, т. е. улучшает коммутацию ма­шины.

Между полюсами размещен якорь генератора, служащий для укладки проводников, в которых наводится электродвижущая сила (э. д. с). Якорь состоит из сварного корпуса с корот­ким валом, сердечника, обмотки и коллектора. Вал 16 запрессован в ступицу 21, соединен­ную восемью ребрами со стальным ба­рабаном 8. На барабане размещен сер­дечник 23, набранный из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и восьми стальных листов тол­щиной 2 мм, расположенных по краям. Листы изолированы друг от друга ла­ком. В каждом листе сделаны 135 па­зов для укладки обмотки якоря и 72 вентиляционных отверстия диамет­ром 35 мм, расположенные по двум окружностям. При сборке листы сер­дечника напрессовывают на барабан со шпонкой до упора в задний обмоткодержатель 5 — стальное кольцо, со­единенное 32 приварными ребрами с барабаном. В собранном виде сердеч­ник удерживается отлитой из стали передней нажимной шайбой 22, кото­рая напрессована на барабан и допол­нительно застопорена кольцом.

В пазах сердечника уложена петле­вая обмотка якоря 1, состоящая из 135 катушек. Каждая катушка состоит из трех одновитковых секций, обмотка якоря имеет 405 витков, каж­дый виток выполнен в виде двух мед­ных изолированных стержней пря­моугольного сечения, расположенных друг над другом. Катушка дополнительно изолируется стеклолентой 3. В каждый паз сначала укладывают ак­тивную сторону одной катушки, а поверх нее —активную сторону другой. Таким образом, все катушки размещены в 135 пазах. На дно паза и между катушками ставят изоляцион­ные прокладки.Стороны обеих катушек отделены от сердечника па­зовой изоляцией. Шаг обмотки якоря по пазам 1 — 14. Шаг обмотки по коллектору 1—2 (начало и конец каждой одновитковой секции присоединены к двум соседним коллекторным пластинам), катушки укреплены в пазах сердечника якоря текстолитовыми клиньями. Передние и задние лобовые части катушек удерживаются бандажами, намотанными из стальной проволоки, Под передними лобовыми частями в выемке нажимной шайбы размещены уравнительные соединения 10 (270 медных перемычек с щагом по коллектору 2 — 83, 3 — 84, 5 — 86, 6 — 87 и т. д.).

К ступице корпуса при помощи двух дисков приварена втулка 11, на которую напрессован коллектор 19 имеющий 405 медных пластин, соединенных перемычками с концами секций обмотки якоря. Пластины коллектора изолированы друг от друга миканитовыми прокладками и укреплены в кольцевом пазу, образованном корпусом коллектора 7 и нажимной шайбой 5. Корпус и шайба спрессованы и стянуты 14 болтами 4 . Для изоляции медных пластин от корпуса коллектора и нажимной шайбы служат две миканитовые манжеты 1и 3 и миканитовый цилиндр 6. Выступающий конец передней манжеты закреплен веревочным бандажом и покрыт изоляционной эмалью.

С противоположной стороны к торцу барабана 8 при­варен стальной диск 4, к которому прикреплено 16 болтами стальное вентиляторное колесо, имеющее 35 лопаток.

Дополнительная фиксация венти­ляторного колеса осуществляется двумя штифтами . В расточку диска 4 вставлен и приварен стальной цилиндрический фланец 3, соединенный двенадцатью болтами с фланцем коленчатого вала ди­зеля. Таким образом, седьмой корен­ной подшипник коленчатого вала яв­ляется одновременно и опорой якоря. Другой опорой якоря является роли­ковый подшипник 17, установленный в подшипниковом щите 13 — сталь­ном фланце, к выступам которого при­варены десять наклонных ребер 20, соединяющих его со станиной.

В расточку щита вварено стальное кольцо с коническим отверстием под корпус подшипника 6 ко­торый после запрессовки в щит допол­нительно закрепляют восемью болта­ми. Со стороны коллектора роли­ковый подшипник 2 имеет уплотне­ние, образованное задней крышкой 3 и напрессованным на вал 4 лабиринт­ным кольцом 5. С противоположной стороны подшипник закрыт передней крышкой 11 и маслоотражательным диском 8, прикрепленным шестью болтами к напрессованному на вал кольцу 9. Крышки 3 и 11 отлиты из чугуна и стянуты восемью болтами 1, проходящими через отверстия в корпусе подшипника.

При сборке во внутреннюю по­лость подшипника закладывают 800 — 850 г смазки, а при текущих ре­монтах ТР-1 и ТР-2 добавляют ее че­рез трубочку, ввернутую в корпус под­шипника и соединенную вертикаль­ным и горизонтальным каналами с его внутренней полостью. Просочившая­ся наружу смазка собирается в карма­не чугунного маслоотстойника 10, ук­репленного на корпусе 6 подшипника двумя шпильками 7. Для удобст­ва очистки карман выполнен съемным и прикреплен к маслоотстойнику дву­мя винтами.

Подшипниковый узел (а) узел токосъема (б)

1, 20 — болты; 2 — роликовый подшипник; 3,11 — задняя и передняя крышки; 4 — вал; 5 — лабиринтное кольцо; 6 — корпус подшипника; 7 — шпилька; 8 — маслоотражательный диск; 9 — кольцо; 10 — маслоотстойник; 12 — щеткодержатель; 13 — щетка; 14 — зажим; 15 — трубка; 16 — контактная пластина; 17 — палец; 18 — собира­тельная шина; 19 — изолятор; 21 — накладка; 22 — гнездо траверсы; 23 — траверса; 24 — шунт; 25 — пластин­чатая пружина

На конусную часть вала 16 напрессован шкив 14, име­ющий 13 ручьев под клиновые ремни(восемь ремней для привода двухма­шинного агрегата и пять для привода вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки). Шкив дополнительно закреплен шай­бой 15 и двумя болтами М20, вверну­тыми в торец вала. Для снятия шкива с помощью гидравлического пресса на торце вала сделано осевое отверстие в под штуцер пресса, соединенное радиаль­ным отверстием б диаметром 4 мм с кольцевой канавкой а шириной 3 мм, проточенной на наружной поверхно­сти конусной части вала.

К подшипниковому щиту 13 с внутренней стороны прикреплена де­сятью болтами М16 стальная траверса 18, на которой, установлены десять комплектов щеткодержателей 12. От­верстия под болты имеют овальную форму, что позволяет на капитальных ремонтах КР-1 и КР-2 при необходи­мости поворачивать траверсу с щетко­держателями относительно подшип­никового щита, добиваясь безыскро­вой работы щеток.

Комплект щеткодержателей, вхо­дящий в узел токосъема состоит из пяти латунных щеткодер­жателей 12, укрепленных при помощи зажимов 14 на общей латунной трубке 15. В каждом щеткодержателе имеет­ся по одной разрезной щетке 13, при­жимаемой к коллектору пластинчатой пружиной 25. Шунты 24 щеток при­креплены болтами к зажимам. В труб­ку запрессован стальной палец 17, на свободный конец которого напрессо­вывается пластмасса. При сборке пла­стмассовый изолятор 19 вставляют в приварное гнездо 22 траверсы 23 и укрепляют в нем накладкой 21 и двумя болтами 20. К трубке припаяна медная контактная пластина 16, соединенная с одной из двух собирательных шин 18. Каждая шина представляет собой медное кольцо квадратного сечения, объединяющее пять комплектов ще­ток одинаковой полярности (передняя шина плюсовая, а задняя минусовая). К шинам припаяны медные пластины с отверстиями для болтов крепления кабелей силовой цепи.

Со стороны дизеля генератор за­крыт задним щитом 2 который прикреплен 16 болтами М20 к кронштейнам 25. Задний щит представляет собой стальной цилинд­рический диск с приваренными к нему восемью ребрами жесткости 30. К вы­ступающим концам ребер приварены пластины 29 с отверстиями под кре­пежные болты. В щите расточено цен­тральное отверстие под выступающий конец фланца 3 корпуса якоря. Для предотвращения попадания грязи внутрь генератора к заднему щиту с тыльной стороны прикреплено во­семью болтами М10 уплотнительное текстолитовое кольцо 26, уменьшаю­щее воздушный зазор между задним щитом и вращающим якорем до 1 мм.

Пространство между ребрами 20, позволяющее осматривать коллектор и щетки, закрыто двумя съемными крышками. Охлаждающий воздух за­сасывается вентиляторным колесом 6 со стороны коллектора через окна между выступами подшипникового щита и выбрасывается в пространство между кронштейнами 25. Внутри ге­нератора воздух расходится двумя па­раллельными потоками, один из кото­рых омывает наружную поверхность якоря и полюсов, а другой проходит внутри корпусов коллектора и якоря и по вентиляционным каналам сердеч­ника якоря. Над вращающимся венти­ляторным колесом установлена за­щитная сетка из проволоки, приварен­ная к кронштейнам 25.

Тяговый генератор тепловоза ТЭ10 типа ГП311Б.

Генератор ГП311Б – десятиполюсная электрическая машина с независимым возбуждением и принудительной вентиляцией. Магнитная система включает в себя станину, главные и добавоч­ные полюсы. Кольцевой магнитопровод станины изготовлен из толстолистового стального проката с малым содержанием углерода. К станине приварены две лапы, которыми она опирается на поддизельную раму.

В каждой лапе имеются четыре отверстия для крепя­щих болтов и два отверстия с резьбой для отжимных болтов. Главный полюс имеет сердечник и катушку. Сердечник 7 собран из листов холоднокатаной электротехнической стали толщи­ной 1 мм. Листы сердечника изолированы друг от друга лаком, спрессованы и стянуты заклепками. В каждом листе выштамповано отверстие, куда запрессовывается стержень 23 с резьбовыми от­верстиями для крепления полюса к станине.

Главные полюсы имеют две катушки независимого возбуждения и пусковую. Катушки намотаны на каркас 6, имеющий отогнутые бурты, удерживающие рамки1 и 3, изготовленные из прочной и теплостойкой пластмассы. Изоляция каркаса состоит из четырех слоев гибкого стекломиканита на кремнийорганическом лаке и одного слоя стеклоленты. Пусковая обмотка 5 расположена у полюсного башмака, затем установлена с теклотекстолитовая изоляционная шайба 2, поверх которой намотана обмотка незави­ симого возбуждения 4. Такое расположение катушек обеспечивает хороший отвод тепла.

Витки пусковой катушки изолированы асбестовой электроизо­ляционной бумагой, пропитанной в лаке ЭФ-3; сверху катушка покрыта стеклянной лентой, пропитанной тем же лаком, затем катуш­ку пропитывают в кремнийорганическом лаке окунанием. В процессе намотки каждый слой катушки независимого воз­буждения промазывают кремнийорганическим лаком или компаун­дом. Пустоты заполняют замазкой. Катушку пропитывают в лаке, запекают и покрывают эмалью ГФ.

Добавочные полюсы состоят из сердечников и катушек. Сердечник изготовлен из стали марки СтЗ. Часть сердечника, обращенная к якорю, сужена, к ней приклепаны латунные или дюралюминиевые угольники , служащие для крепления катушек и уменьшения рассеивания магнитного потока. На угольнике располо­жена изоляционная рамка .

Сердечник полюса изолирован от катушки 3 опрессованным и спеченным миканитом или стеклотканью на эпоксидной смоле. Ка­тушка полюса состоит из шести витков. Крайние витки изолирова­ны двумя слоями микаленты и одним слоем стеклоленты. Между витками уложены стеклотекстолитовые прокладки. Готовую катушку покрывают эмалью .

Между стальной накладкой и сердечником помещена тексто­литовая прокладка 2, создающая второй зазор Полюс в сборе пропитывают в термореактивном лаке и запекают. Между станиной и полюсом укладывают пружинную рамку из ленточ­ной стали для предотвращения перемещения катушки на сердечнике из-за усыхания изоляции и других деформаций. Между сердечником полюса и станиной помещен набор из шести стальных прокладок служащих для регулирования воздушного зазора под добавочным полюсом при настройке коммутации.

Подшипниковый щит 3 тягового генератора воспринимает большие усилия. Чтобы не допускать вибрации и смещения щеткодержателей, щит выполнен сварным каркасной конструкции с выемной ступицей. Это позволяет заменить подшип­ник без снятия генератора с тепловоза. Для облегчения обслужи­вания щеткодержателей и смены щеток в щите размещена поворот­ная траверса 5, представляющая собой сварное кольцо с посадочным и зубчатым венцами и десятью U-образными накладками, к которым через изоляторы прикреплены дюралюминиевые бракеты (кронш­тейны). На каждом бракете укреплено по девять щеткодержателей со щетками и токособирательные шины. Траверсу в положении, соответствующем нейтрали, фиксируют стопорными болтами. Тра­верса поворачивается вращением вала поворотного устройства.

Якорь тягового генератора состоит из вала, корпуса, сердечника, обмотки, коллектора и деталей крепления Для обеспечения свободного подвода воздуха в центральную часть яко­ря для входа в радиальные каналы корпус имеет ребристую конструк­цию и состоит из сварно-литого барабана 20, к которому приваре­ны литые фланцы и десять про­дольных ребер 21.

Задний фланец, используется для соединения через_эластичную муфту с коленчатым валом дизе­ля, передний для напрессовки коллектора. Сердечник якоря собирают из пяти штампованных сегментов стянутых шпильками в осевом направле­нии между обмоткодержателями.

В радиальном направлении сердечник закреплен встречными клиновыми шпонками 17, закладываемыми в пазы сегментов и ре­бер. Натяг между сердечником и корпусом создается расклинива­нием шпонок при нагретом сердечнике. Для образования радиаль­ных каналов в осевом направлении сердечник разделен вентиля­ционными распорками на восемь пакетов. Сердечник якоря имеет 155 пазов.

Коллектор арочного типа собран из 465 пластин трапециевидного профиля твердотянутой коллекторной меди с .присадкой серебра или кадмия. Легирующие присадки примерно вдвое увеличивают изно­соустойчивость коллектора. Коллекторные пластины 2 соединены с обмоткой якоря с помощью ленточных гибких петушков что обусловлено большой разницей диаметров якоря и коллектора. Ленточный петушок 3 приварен к коллекторной пластине тугоплавким медно-фосфористым припоем. К верхней части петушка приклепана и припаяна полоска 4, в которую впаивают концы обмотки якоря и уравнительных соединений. Для предохранения от замыкании в обмотке якоря из-за возможного скапливания пыли между гибкими петушками установлены пластмассовые прокладки, а торцовая стенка обмоткодержателя изолирована стеклотканью с эпоксидным связующим составом. Для облегчения коллектора и уменьшения боковой площади пластин в них сделаны отверстия. Пластины изолированы друг от друга прокладками из коллекторного миканита толщиной 1 мм. Коллекторный .мика­нит — это прессованный и калиброванный по толщине материал, состоящий из листочков щипаной слюды, склееных связующим веществом — естественной смолой (шеллак), искусственной глифталевой или кремнийорганической смолой Коллекторный миканит более твердый материал, чем медь, и изнашивается медленнее. В связи с этим в эксплуатации изоляцию между пластинами периодически углубляют до 0,7—1 мм путем фрезерования (продораживания), наименьшая глубина в эксплуатации 0,5 мм. В коллекторе арочного типа пластины имеют выточки в форме ласточкина хвоста, в которые входят конусные части корпуса с одной стороны и нажимной шайбы — с другой. Пластины изолированы от корпуса манжетами толщиной 2 мм из формовочного миканита на термореактивной глифталевой смоле. Чтобы исключить возможность переброса дуги с торцов коллекторных пластин на корпус, выступающую часть манжеты предохраняют от повреждения бандажом из изоляционного материа­ла и покрывают, как и торцовые части пластин, изоляционной эмалью.

Тяговый генератор ГП-311Б имеет несимметричную двухходовую ступенчатую петлевую бмотку якоря с полным числом уравнительных соединении, уложен­ных со стороны коллектора.

Шаг по коллектору двухходовой петлевой обмотки 1-3 равен двум коллекторным делениям, т. е. концы секции впаиваются в петушки через одну пластину (двухходовая обмотка имеет число параллельных ветвей в два раза больше = 20)

Катушка петлевой двухходовой обмотки состоит из трех элементар­ных одновитковых секций Изоляция катушки якорной обмотки от корпуса выполнена тремя слоями стеклослюдянитовой ленты и одним слоем стеклянной ленты), кроме того, паз выстлан пленочной стеклотканью. Каждый проводник изолирован одним слоем слюдянитовой ленты а все шесть проводников изолированы стеклянной лентой ЛСЭ, пропитанной в лаке. После укладки в пазы якоря обмотку пропитывают в изоляционном лаке вакуум-нагнетательным способом и запекают для обеспечения монолитности конструкции. Уравнительные соеди­нения выполнены из меди .Секции с петушками коллектора и разрезные задние головки обмотки соединяют пайкой припоем с содержанием серебра. При динамическом балансировании уравновешивание якоря производят закреплением грузов на конусе коллектора и задней нажимной шайбе (обмоткодержателе) якоря. Лобовые части обмотки якоря крепят бандажами из стекло-бандажной ленты, пропитанной термореактивным лаком. Ленту накладывают с натяжением до 400 мПа, которое, как и режим термо­обработки (запечки) ленты после наложения, контролируется авто­матически для получения монолитного высокопрочного бандажа. Обмотка якоря имеет изоляцию

класса F.

Щеткодержатели тяговых генераторов —токоотводящее устройство коллектора, должны обеспечивать постоянное на­жатие на щетки по мере их изнашивания, хорошо отводить тепло от щеток и быть простыми и удобными для их смены. Бракет крепится к поворотной траверсе двумя изоляцион­ными подвесками, изготов-ленными из микалекса, армированного специальным болтом с одной стороны и гайкой с другой. Щетки прижимаются к коллек­тору спиральными пружинами через курки. Силу нажатия, которая должна быть 8-12Н, регулируют изменением затяжки пружины. Положение щеткодержателей относи­тельно поверхности коллектора регулируют прорезью в корпусе щеткодержателя под болтом 2. Расстояние от коллектора до щеткодержателя должно быть 2—3 мм.

Схема соединений обмоток магнитной системы генератора (вид со стороны коллектора):

Я1, Я2 и HI, Н2— начало и конец обмотки якоря и независимого возбуждения; П1 — начало пусковой обмотки; П2, Д2— конец пусковой обмотки и добавочных полюсов; Н и К, HI и К1, Н2 и К2— начало и конец катушек полюсов; штриховой линией показаны соединения катушек пусковой обмотки, расположенные со стороны, противоположной коллектору