5.1.2. Система возбуждения тягового генератора с использованием возбудителя с продольно-расщепленными полюсами

Возбудитель с продольно-расщепленными полюсами - четырех-полюсная электрическая машина, каждый полюс которой разделен вдоль оси на две неравные части. На одной из них, называемой насыщенной, расположены магнитные мостики в виде вырезов на сердечнике и стальной прокладки между сердечником и станиной.

Возбудитель имеет две обмотки возбуждения. Одна из них - основная ОВ - охватывает обе части полюса, другая дифференциальная ДВ - расположена на насыщенной части полюса (см. рис. 5.3.). Н.с., наводимые в этих обмотках, направлены в противоположные стороны (см. рис. 5.4.). Наконечники двух частей полюса разделены латунной прокладкой. Сердечник якоря разделен на две части пакетом латунных листов.

Основная обмотка питается от двух источников: вспомогательного генератора ВГ, дающего постоянное напряжение, и возбудителя В. Дифференциальная обмотка включена последовательно в силовую цепь тягового генератора Г. При малых токах генератора, когда н.с. дифференциальной обмотки мала, магнитные мостики намагничиваются потоком, созданным основной обмоткой.

С увеличением тока генератора н.с. дифференциальной обмотки сначала размагничивает, а потом перемагничивает насыщенную часть полюса. Соответственно сначала уменьшается, а затем изменяет направление магнитный поток, проникающий из этой части полюса в якорь. При больших токах генератора она снова насыщается и после увеличения тока до определенного значения магнитный поток насыщенной системы практически не изменяется.

ЭДС в обмотке якоря наводится двумя независимыми потоками. Один из них Ф′ создается н.с. основной обмотки и замыкается по ненасыщенной части полюса. Другой Ф′′ создается разностью намагничивающих сил основной и дифференциальной обмоток и проходит по насыщенной части полюса. При малых токах генератора второй поток совпадает по направлению с первым, при больших токах потоки имеют противоположные направления.

Возбудители с поперечным расщеплением полюсов имеют ряд преимуществ по сравнению с возбудителями с продольным расщеплением: более простую и удобную в изготовлении магнитную систему; более точное обеспечение заданной характеристики; большую гибкость при настройке системы.

Общим недостатком возбудителей с расщепленными полюсами является невысокая точность регулирования. Параметры магнитной системы возбудителей в большой степени зависят от точности сборки машины, магнитных свойств стали, температуры обмоток.

5.2. Аппаратный способ регулирования напряжения возбуждения тягового генератора

Работу системы возбуждения рассмотрим на примере тепловоза серии ТЭ10.

Независимая обмотка возбуждения ОВГ тягового генератора получает питание от возбудителя В (см. рис. 5.5.). На главных полюсах возбудителя расположены обмотки независимая НВ и размагничивающая РВ. Обмотка НВ подключена к амплистату возбуждения (АВ), а обмотка РВ - к вспомогательному генератору. Н.с. этих обмоток направлены встречно. Возбудитель и вспомогательный генератор объединены в двухмашинный агрегат, приводимый от дизеля.

АВ позволяет при помощи управляющих сигналов малой мощности изменять ток в цепи большой мощности. Принцип действия амплистата основан на свойстве магнитного усилителя с ферромагнитным сердечником изменять в больших пределах сопротивление переменному току в зависимости от насыщения сердечника. При насыщенном сердечнике индуктивное сопротивление рабочей обмотки амплистата велико, при ненасыщенном - очень мало. Изменять магнитное состояние сердечника можно при помощи обмоток управления, которые подключаются к источникам постоянного тока.

АВ выполнен по схеме с внутренней обратной связью, имеет две рабочих обмотки ОР1 и ОР2 и четыре обмотки управления: управляющую - ОУ, задающую - ОЗ, регулировочную - ОР и стабилизирующую - ОС. Для питания обмоток АВ применяется однофазный синхронный подвозбудитель СПВ. Связь по току тягового генератора осуществляется через селективный узел СУ. Датчик тока ТПТ и датчик напряжения ТПН представляют собой магнитные усилители, выполненные так, что ток ТПТ пропорционален току тягового генератора I_г, а ток ТПН пропорционален напряжению тягового генератора U_г. Обмоткой управления ТПТ служат силовые кабели, а ТПН имеет специальную обмотку управления ОУТН.

Рассмотрим принцип работы селективного узла (см. рис. 5.6.). Ток в обмотке ОУ i_у имеет две составляющие i_ун и i_ут. При увеличении I_г увеличивается ток ТПТ - i_т, а следовательно и ток i_ут. Соответственно увеличивается ток управления i_у. Н.с. в обмотке ОУ направлена так, что при увеличении тока в ней напряжение на выходе АВ уменьшается. Соответственно снижается и U_г, а с ним и токи i_н и i_ун.

Рис. 5.7. Внешняя характеристика тягового генератора при различных значениях частоты вращения коленчатого вала дизеля

В результате, при увеличении тока тягового генератора его напряжение уменьшается практически по линейному закону (участок БВ на рис. 5.7.), а ток i_у в обмотке ОУ остается практически постоянным.

АВ имеет большой коэффициент усиления (десятки и сотни раз). В точке В составляющая i_н становится равной нулю. Если I_г продолжает возрастать, то из-за большого коэффициента усиления системы напряжение генератора резко снижается даже при незначительном увеличении I_г - наступает ограничение максимального тока тягового генератора. При уменьшении I_г напряжение тягового генератора остается практически постоянным.

Обмотка ОЗ, н.с. которой пропорциональна напряжению блока тахометра БТ, а значит и частоте вращения вала дизеля, обеспечивает смещение внешней характеристики тягового генератора в зависимости от позиции контроллера машиниста. Н.с. обмотки ОЗ направлена навстречу н.с. обмотки ОУ и увеличение F_з вызывает увеличение тока возбуждения возбудителя.

Обмотка ОР включена последовательно с индуктивным датчиком ИД объединенного регулятора дизеля. Если мощность дизеля не соответствует заданному значению при заданной частоте вращения вала дизеля, то сервомотор регулятора мощности перемещает шток ИД и ток в обмотке ОР изменяется вместе с изменением тока датчика ИД.

Для стабилизации режима работы системы регулирования в АВ имеется обмотка ОС. В установившемся режиме ЭДС во вторичной обмотке трансформатора СТ и ток в обмотке ОС равны нулю. Во время переходного процесса, когда меняется напряжение возбудителя, во вторичной обмотке трансформатора СТ наводится ЭДС и по обмотке ОС протекает ток. При этом суммарная н.с. АВ изменяется таким образом, чтобы замедлить скорость изменения тока на выходе АВ.