Синхронный тяговый генератор

Частота переменной э. д. с, индуктируемой в рассмотренных выше генераторах переменного тока, строго пропорциональна частоте вращения ротора, поэтому такие генераторы называют синхронными (От  греческого   слова   synchronos —   одновременный). Рассмотрим устройство синхронного тягового генератора тепловоза 2ТЭ116 (рис. 156).

Рис. 156. Синхронный тяговый генератор тепловоза 2ТЭ116 (продольный разрез)

Станина генератора сварная, в ней установлен сердечник из сегментных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы стянуты нажимными шайбами и болтами. В пазы сердечника уложена двухслойная волновая обмотка из медного изолированного провода сечением 2,1 X 9,3 мм. В пазах обмотка удерживается пластмассовыми клиньями, лобовые части обмотки укреплены колодками на изолирующих кольцах. Обмотка статора соединена в две независимых звезды, поэтому имеет шесть выводов фаз и два вывода от нулевых точек, к которым присоединяется гибкими проводами внешняя цепь тягового генератора (выпрямительная установка и тяговые электродвигатели). Корпус ротора генератора также сварной, выполнен по типу корпуса якоря тепловозных генераторов постоянного тока. На корпусе нашихтован магнитопровод из листовой стали с пазами в виде ласточкина хвоста для крепления 12 полюсов магнитной системы. Сердечники полюсов набраны  из листовой стали,  стянуты нажимными шайбами и шпильками с гайками. Катушки полюсов выполнены из шинной меди сечением 1,35 х 25 мм и закреплены на полюсах с помощью заливки изолирующим эпоксидным компаундом. От выбрасывания центробежными силами катушки удерживаются полюсными башмаками. Все катушки полюсов соединены последовательно. Начало и конец обмотки возбуждения генератора (полюсов) присоединены к контактным кольцам, насаженным на изолирующей пластмассе на корпус ротора. По контактным кольцам скользят электрографитовые щетки, установленные в латунных щеткодержателях. С их помощью обмотка возбуждения синхронного тягового генератора получает питание током от возбудителя. Кроме того, в специальных пазах полюсных башмаков уложены стержни диаметром 12 мм, образующие вместе с соединительными дугами успокоительную (демпферную) обмотку, улучшающую работу генератора при переходных режимах. Своим укороченным валом ротор опирается на сферический роликовый подшипник, установленный в съемной капсуле подшипникового щита. Второй конец ротора с помощью фланца и муфты соединен с коленчатым валом дизеля. Активная мощность тягового генератора тепловоза 2ТЭ116 составляет 2190 кВт при номинальной частоте вращения ротора  n = 1000 об/мин.      На  этом режиме частота вырабатываемого переменного   тока генератором,  имеющим    шесть  пар  полюсов, составляет

Рассматривая принцип действия и устройство синхронных генераторов, мы видим, что в них нет коллектора, добавочных полюсов, сложного и громоздкого щеточного аппарата. В машинах переменного тока электромагнитная нагрузка не ограничивается коммутацией и может быть повышена, обеспечивая дополнительное снижение массы. Как же отразились эти преимущества на реальных технических показателях синхронных генераторов? Масса генератора переменного тока ГС-501А для тепловозов 2ТЭ116 составляет 6 т, а постоянного тока для тепловозов 2ТЭ10Л — 9 т при одинаковой мощности дизелей этих тепловозов 2210 кВт (3000 л. с). Следовательно, переход на генератор переменного тока обеспечил снижение массы, расхода металла на 3 т. Правда, при этом необходимо иметь в виду, что номинальная частота вращения ротора генератора на тепловозах 2ТЭ116 составляет 1000 об/мин против 850 об/мин на тепловозах 2ТЭ10Л, что также способствует снижению массы генератора. Отечественной электротехнической промышленностью были разработаны для перспективных локомотивов с силовыми установками мощностью 2940 кВт (4000 л. с.) генераторы постоянного тока ГП-313Б и переменного тока ГС-504.  При  одинаковой частоте вращения 1000 об/мин, мощности генераторов ГП-313Б и ГС-504 соответственно 2700 и 2750 кВт масса их меди составляет 1907 и 860 кг, а стали 3032 и 2534 кг. Таким образом, генератор переменного тока оказался на 1500 кг легче; для его изготовления затрачивается меньше на 1047 кг дорогой дефицитной меди. Повышенная эксплуатационная надежность тяговых генераторов переменного тока обеспечила увеличение в 1,5 — 2 раза срока службы между ремонтами по сравнению с генераторами постоянного тока при одновременном снижении общей стоимости обслуживания и ремонтов. Тяговые генераторы тепловозов постоянного и переменного тока имеют близкие по величине коэффициенты полезного действия, достигающие 0,94—0,95 на номинальном режиме. К числу недостатков тяговых генераторов переменного тока относится необходимость применения на тепловозах выпрямительных установок и стартерных электродвигателей (синхронные генераторы тепловозов не приспособлены для работы в двигательном режиме для пуска дизеля). Однако масса генератора переменного тока и выпрямителя остается меньше массы генератора постоянного тока. Стартерный двигатель при работе дизеля используется в качестве вспомогательного генератора постоянного тока. Надежность работы выпрямительных установок весьма высокая, практически они не требуют ремонта, кроме замены полупроводниковых вентилей в случае повреждения.