Тяговый генератор

Тяговый генератор

Тяговый генератор — элемент электрической тяговой передачи тепловоза, преобразующий механическую энергию дизеля тепловоза в электрическую энергию, поступающую к тяговым электродвигателям. Тяговый генератор постоянного тока также используется для пуска дизеля от аккумуляторной батареи.

Содержание

• 1 Внешняя характеристика генератора
• 2 Генератор постоянного тока
• 3 Генератор переменного тока
• 4 Литература

Внешняя характеристика генератора [ править | править код ]

Внешней характеристикой генератора называется зависимость напряжения на его зажимах от тока нагрузки при неизменной частоте вращения якоря и заданных условиях возбуждения. Для полного использования мощности дизеля идеальная внешняя характеристика генератора должна иметь гиперболическую форму, ограниченную с одной стороны максимальным напряжением на выходе генератора и максимальным током генератора — с другой. Для получения характеристики близкой к идеальной, в тяговых генераторах используется независимое возбуждение с автоматической системой регулирования тока возбуждения. На вход системы возбуждения подаются сигналы, соответствующие напряжению тягового генератора и току нагрузки, напряжение, вырабатываемое системой, подаётся на обмотку возбуждения генератора. При движении тепловоза с поездом по лёгкому профилю пути или резервом для экономии топлива мощность дизеля уменьшается путём ступенчатого снижения частоты его вращения рукояткой контроллера машиниста. Для того чтобы система возбуждения при частичных нагрузках обеспечивала постоянство мощности генератора на уровнях, соответствующих экономичным режимам работы дизеля, на вход системы возбуждения дополнительно вводят сигнал, соответствующий частоте вращения коленчатого вала.

Генератор постоянного тока [ править | править код ]

Тяговый генератор постоянного тока состоит из магнитной системы, якоря, щёткодержателя со щётками и вспомогательных устройств (см. Двухмашинный агрегат). Магнитная система генератора предназначена для создания внутри него мощного магнитного поля. Она состоит из станины генератора (его корпуса), главных и добавочных полюсов. Станина изготовлена из низкоуглеродистой стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью. Генераторы большой мощности для уменьшения размера и массы выполняются многополюсными. Сердечники главных полюсов изготавливаются из листов электротехнической стали. На каждом главном полюсе размещены катушки пусковой обмотки и обмотки возбуждения. Пусковая обмотка обеспечивает возбуждение генератора при его работе в режиме электродвигателя для запуска дизеля. Магнитное поле вращающегося якоря искажает магнитное поле обмоток возбуждения, величина этого воздействия, называемого реакцией якоря, зависит от величины тока в якоре. В результате физическая нейтраль генератора смещается относительно щёток и между щётками и коллектором возникает сильное искрение. Для ослабления реакции якоря между главными полюсами устанавливаются добавочные. Магнитное поле добавочных полюсов направлено навстречу поля якоря и нейтрализует его действие.

Якорь генератора для снижения его массы выполняется полым. Сердечник якоря набирается из пластин электротехнической стали, в пазы сердечника укладывается обмотка якоря. Поскольку при работе генератора на якорь действуют значительные центробежные силы, в пазах сердечника обмотка укрепляется клиньями из изоляционного материала, участки обмотки, выходящие из пазов сердечника, стягиваются бандажами из стальной проволоки или стеклоткани.

Коллектор генератора состоит из нескольких сотен медных пластин, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками. Поверхность коллектора, по которой скользят щетки, изготавливается строго цилиндрическая и тщательно шлифуется, рабочая поверхность щёток притирается к поверхности коллектора. Щётки вставляются в латунные щёткодержатели, которые прижимают их к коллектору пружинами. Электрический ток от щёток отводится по гибким медным шунтам. Для охлаждения тяговых генераторов используется самовентиляция или устанавливаются дополнительные вентиляторы.

При создании тяговых генераторов постоянного тока большой мощности возникает ряд принципиальных трудностей. С увеличением мощности генератора возрастают его размеры, в то же время для надёжной работы коллекторно-щёточного узла линейная скорость поверхности коллектора не должна превышать 60—70 м/с, что ограничивает его диаметр. Для предотвращения недопустимого искрения и возникновения кругового огня напряжение между соседними пластинами коллектора не должно превышать 30—35 В, что ограничивает длину витков обмотки якоря.

Генератор переменного тока [ править | править код ]

Статор тягового генератора переменного тока состоит из стальной станины, в которую установлен сердечник из листов электротехнической стали. В пазы сердечника уложена обмотка из медного изолированного провода. Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения обмотка статора выполняется многофазной. Магнитная система ротора генератора — многополюсная, сердечники полюсов набраны из листовой стали и закреплены на стальном корпусе ротора. Катушки полюсов соединяются последовательно, начало и конец обмотки возбуждения присоединены к контактным кольцам, по которым скользят графитовые щётки, закреплённые в латунных щёткодержателях. Кроме того, в пазах полюсных башмаков уложены стержни, соединённые между собой в демпферную обмотку, улучшающую работу генератора в переходных режимах.

Масса тягового генератора переменного тока примерно на 30 % меньше массы генератора постоянного тока такой же мощности, а межремонтный интервал увеличен в 1,5 — 2 раза. Недостатком тягового генератора переменного тока является невозможность работы в двигательном режиме для пуска дизеля. Однако масса генератора переменного тока и стартерного двигателя остаётся меньше массы генератора постоянного тока, а стартерный двигатель при работе дизеля используется в качестве вспомогательного генератора постоянного тока.

Литература [ править | править код ]

Е. Я. Гаккель, К. И. Рудая, И. Ф. Пушкарев, А. В. Лапин, В. В. Стрекопытов, М. А. Никулин. Электрические машины и электрооборудование тепловозов. Учебник для вузов ж. д. трансп / Под ред. Е. Я Гаккель. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Транспорт, 1981. — 256 с.

Что реакция якоря тяговых двигателях

Глава 15. Трансформаторы на подвижном составе
15.1. Трансформаторы электроподвижного состава
15.2. Конструкция тяговых трансформаторов
15.3. Сглаживающие реакторы
15.4. Переходные реакторы
15.5. Трансформаторы и магнитные усилители

ВВЕДЕНИЕ.

Электрические машины, предназначенные для установки на подвижных объектах, должны удовлетворять ряду особых требований и работать в специфических условиях. Для электропривода объектов подвижного состава используются электрические машины с очень широким диапазоном мощностей (от нескольких десятков ватт до десятков мегаватт).
Частота вращения привода транспортных электрических машин различного назначения находится в пределах 50 — 12000 об/мин. Быстроходность транспортных электрических машин определяется не только спецификой приводимых механизмов, но в значительной мере стремлением уменьшить размеры и массу, как самих электрических машин, так и приводимых ими механизмов. При заданных мощности Рном и частоте вращения nном электрические машины должны иметь минимальные габариты, массу, нагрузку на ось, вписываться в габариты подвижного состава и обеспечивать высокую надежность.
Электрические машины подвижного состава работают в тяжелейших условиях, резко отличающихся от условий работы стационарных машин. Поэтому необходимо учитывать следующие специфические особенности их эксплуатации. /p>

1. Колебания температуры окружающей среды, как при работе, так и при бездействии машины могут составлять от -50 до +50°С при относительной влажности воздуха до 95 ± 3%. В таких условиях снижается механическая прочность отдельных деталей. При низких температурах изоляционные материалы в большинстве своем становятся хрупкими, в них появляются трещины. Летом (особенно в южных районах) работа электрических машин затруднена из-за ухудшения условий охлаждения, пересыхания изоляции, сильной запыленности. Повышенная влажность воздуха, особенно во время дождя или снега, вызывает коррозию металлических частей и снижает качество изоляции.

2. На корпус машины (особенно на тяговые двигатели) периодически, а иногда постоянно воздействуют импульсы ускорения, превышающие ускорение свободного падения в 10–20 раз. Динамические силы, действующие на детали электрических машин, могут привести к различным повреждениям: обрыву проводов и обмоток, особенно в местах пайки, появлению трещин и разрушению электрической изоляции, ускоренному износу осей и подшипников, нарушению нормальной работы упругих элементов. Конструкция машины и условия размещения ее на подвижном составе должны обеспечивать удобный доступ:
• к подшипникам скольжения с жидкой смазкой, где необходимо контролировать при автономной смазке достаточность подачи масла, а при принудительной смазке – наличие циркуляции масла через подшипники.
• подшипникам качения с консистентной смазкой для частичной замены и пополнения смазки без разборки подшипникового узла.
• щеточному аппарату коллекторов машин постоянного тока или контактным кольцам машин переменного тока.
• болтам, крепящим к станине главные и добавочные полюса машин постоянного тока. • воздухоохладителям.
• коробкам выводов концов обмоток машин всех родов тока.
• к элементам, имеющим большую массу, для возможности использования при обслуживании и ремонте механизированных средств.

В ряде случаев машины устанавливаются и работают на подвижном составе в помещениях ограниченного объема, без циркуляции и обмена воздуха. Такие условия способствуют загрязнению машины угольной пылью щеток, нарушению коммутации и возможности переброса дуги с коллектора на корпус. Электрические машины, установленные снаружи кузова, при движении обдуваются встречным потоком воздуха, в котором содержатся частицы пыли, обладающие абразивным действием. Они разрушают изоляцию электрических машин, ухудшают работу подшипников и создают токопроводящие цепочки, которые могут вызывать короткие замыкания. Некоторые из перечисленных условий противоречат основным требованиям, предъявляемым к транспортным электрическим машинам, например: для достижения возможно меньших габаритов активное ядро машины должно работать с высоким коэффициентом использования, что сопровождается высокими рабочими температурами, предельно допустимыми для теплостойкой изоляции. То же относится к механическим напряжениям в элементах конструкции, которые вследствие повышения быстроходности машины достигают высоких, а в ряде случаев предельно допустимых значений. Создание новых, более совершенных и более надежных машин, а так же их грамотная эксплуатация возможны только в результате глубокого изучения физических процессов, происходящих в работающих машинах аналогичного назначения. К таким процессам относятся изнашивание, релаксация и усталость металлов, коррозия и эрозия элементов конструкции в результате воздействия движущегося потока жидкости, старение масел и консистентных смазок, термическое старение электрической изоляции, запыление, длительное воздействие различных повторяющихся перегрузок, вибраций и т. п.

Все эти процессы становятся заметными лишь после продолжительной работы машины, и достоверную информацию об износе может дать только систематическое изучение опыта эксплуатации оборудования, работающего в реальных условиях подвижных объектов. На подвижном составе все шире используются статические преобразователи энергии на базе полупроводниковых приборов. Силовая полупроводниковая техника является частью привода электрических машин подвижного состава, поэтому понимание работы этих систем необходимо и техникам-механикам. В системах управления силовыми полупроводниковыми преобразователями используются микропроцессоры. Изучение микропроцессорной техники не входит в объем подготовки специалистов-электромехаников, однако раздел, посвященный этим системам, включен в учебник для ознакомления..

1.1 Назначение тягового двигателя ТЛ-2К

На электровозе ВЛ10 установлены восемь тяговых электродвигателей типа ТЛ2К. Тяговый электродвигатель постоянного тока ТЛ2К предназначен для преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети, в механическую. Вращающий момент с вала якоря электродвигателя передается на колесную пару через двустороннюю одноступенчатую цилиндрическую косозубую передачу. При такой передаче подшипники двигателя не получают добавочных нагрузок по аксиальному направлению. Подвеска электродвигателя опорно-осевая. Электродвигатель с одной стороны опирается моторно-осевыми подшипниками на ось колесной пары электровоза, а с другой на раму тележки через шарнирную подвеску и резиновые шайбы. Система вентиляции независимая, с подачей вентилирующего воздуха сверху в коллекторную камеру и выбросом сверху с противоположной стороны вдоль оси двигателя. Электрические машины обладают свойством обратимости, заключающимся в том, что одна и та же машина может работать как двигатель и как генератор. Благодаря этому тяговые электродвигатели используют не только для тяги, но и для электрического торможения поездов. При таком торможении тяговые двигатели переводят в генераторный режим, а вырабатываемую ими за счет кинетической или потенциальной энергии поезда электрическую энергию гасят в установленных на электровозах резисторах (реостатное торможение) или отдают в контактную сеть (рекуперативное торможение).

Все тяговые двигатели постоянного тока вагонов метрополитена имеют в основном одинаковое устройство. Двигатель состоит из остова, четырех главных и четырех добавочных полюсов, якоря, подшипниковых щитов, щеточного аппарата, вентилятора.

Он выполнен из электромагнитной стали имеет цилиндрическую форму и служит магнитопроводом. Для жесткого крепления к поперечной балке рамы тележки на остов предусмотрены три прилива-кронштейна и два предохранительных ребра. В остове имеются отверстия для крепления главных и добавочных полюсов, вентиляционные и коллекторные люки. Из остова двигателя выходят шесть кабелей. Торцовые части остова закрыты подшипниковыми щитами. В остове укреплена паспортная табличка с указанием завода-изготовителя, заводского номера, массы, тока, частоты вращения, мощности и напряжения.

Рис.1. Тяговый двигатель ДК-117 в разрезе

Они предназначены для создания основного магнитного потока. Главный полюс состоит из сердечника и катушки. Катушки всех главных полюсов соединены последовательно и составляют обмотку возбуждения. Сердечник набран из листов электротехнической стали толщиной 1,5 мм для Уменьшения вихревых токов. Перед сборкой листы прокрашивают изоляционным лаком, сжимают прессом и скрепляют заклепками. Часть сердечника, обращенная к якорю, выполнена более широкой и называется полюсным наконечником. Эта часть служит для поддержания катушки, а также для лучшего распределения магнитного потока в воздушном зазоре. В тяговых двигателях ДК-108А, установленных на вагонах Е (по сравнению с ДК-104 на вагонах Д), увеличен зазор между якорем и главными полюсами, что, с одной стороны, дало возможность увеличить скорость в ходовых режимах на 26 %, а с другой стороны, уменьшилась эффективность электрического торможения (медленное возбуждение двигателей в генераторном режиме из-за недостаточного магнитного потока). Для увеличения эффективности электрического торможения в катушках главных полюсов кроме двух основных обмоток, создающих основной магнитный поток в тяговом и тормозном режимах, имеется третья — подмагничивающая, которая создает дополнительный магнитный поток при работе двигателя только в генераторном режиме. Подмагничивающая обмотка включена параллельно двум основным и получает питание от высоковольтной цепи через автоматический выключатель, предохранитель и контактор. Изоляция катушек главных полюсов кремнийорганическая. Главный полюс крепится к остову двумя болтами, которые ввертывают в квадратный стержень, расположенный в теле сердечника.

Они предназначены для создания дополнительного магнитного потока, который улучшает коммутацию и уменьшает реакцию якоря в зоне между главными полюсами. По размерам они меньше главных полюсов и расположены между ними. Добавочный полюс состоит из сердечника и катушки. Сердечник выполнен монолитным, так как вихревые токи в его наконечнике не возникают из-за небольшой индукции под добавочным полюсом. Крепится сердечник к остову двумя болтами. Между остовом и сердечником для меньшего рассеяния магнитного потока установлена диамагнитная латунная прокладка. Катушки добавочных полюсов соединены последовательно одна с другой и с обмоткой якоря.

Рис.2. Тяговый двигатель ДК-108 в разрезе

Машина постоянного тока имеет якорь, состоящий из сердечника, обмотки, коллектора и вала. Сердечник якоря представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов, возникающих при пересечении якорем магнитного поля, листы изолируют один от другого лаком. В каждом листе имеется отверстие со шпоночной канавкой для насадки на вал, вентиляционные отверстия и пазы для укладки обмотки якоря. В верхней части пазы имеют форму ласточкиного хвоста. Листы насаживают на вал и фиксируют шпонкой. Собранные листы прессуются между двумя нажимными шайбами.

Обмотка якоря состоит из секций, которые укладывают в пазы сердечника и пропитывают асфальтовым и бакелитовым лаками. Чтобы обмотка не выпадала из пазов, в пазовую часть забивают текстолитовые клинья, а переднюю и заднюю части обмотки укрепляют проволочными бандажами, которые после намотки пропаивают оловом. Назначение коллектора машины постоянного тока в различных режимах работы неодинаково. Так, в генераторном режиме коллектор служит для преобразования переменной электродвижущей силы (э.д.с), индуцируемой в обмотке якоря, в постоянную э.д.с. на щетках генератора, в двигательном — для изменения направления тока в проводниках обмотки якоря, чтобы якорь двигателя вращался в какую-либо определенную сторону. Коллектор состоит из втулки, коллекторных медных пластин, нажимного конуса. Коллекторные пластины изолированы друг от друга миканитовыми пластинами, от втулки и нажимного конуса — изоляционными манжетами. Рабочую часть коллектора, имеющую контакт со щетками, протачивают на станке и шлифуют.

Чтобы при работе щетки не касались миканитовых пластин, коллектор подвергают «продорожке». При этом миканитовые пластины становятся ниже коллекторных примерно на 1 мм. Со стороны сердечника в коллекторных пластинах предусмотрены выступы с прорезью для впаивания проводников обмотки якоря. Коллекторные пластины имеют клинообразное сечение, а для удобства крепления — форму «ласточкин хвост». Коллектор насаживают на вал якоря прессовой посадкой и фиксируют шпонкой. Вал якоря имеет разные посадочные диаметры. Кроме якоря и коллектора, на вал напрессована стальная втулка вентилятора. Внутренние кольца подшипников и подшипниковые втулки насажены на вал в горячем состоянии.

В щитах установлены шариковые или роликовые подшипники — надежные и не требующие большого ухода. Со стороны коллектора стоит упорный подшипник; его наружное кольцо упирается в прилив подшипникового щита. Со стороны тяговой передачи установлен свободный подшипник, который позволяет валу якоря удлиняться при нагреве. Для подшипников применяют густую консистентную смазку. Чтобы смазка при работе двигателей не выбрасывалась из смазочных камер, предусмотрено гидравлическое (лабиринтное) уплотнение. Вязкая смазка, попав в небольшой зазор между канавками-лабич рингами, проточенными в щите, и втулкой, насаженной на вал, под действием центробежной силы отбрасывается к стенкам лабиринта, где самой смазкой создаются гидравлические перегородки. Подшипниковые щиты крепят к обеим сторонам остова.

Для соединения коллектора двигателя с силовой цепью вагона используют электрографитные щетки марки ЭГ-2А, которые обладают хорошими коммутирующими свойствами, высокой механической прочностью и способны выдерживать большие перегрузки. Щетки представляют собой прямоугольные призмы размером 16 х 32 х 40 мм. Рабочую поверхность щеток пришлифовывают к коллектору для обеспечения надежного контакта. Щетки устанавливают в обоймы, называемые щеткодержателями, и соединяют с ними гибкими медными шунтами: в каждом щеткодержателе по две щетки, число щеткодержателей — четыре. Нажим на щетку осуществляется пружиной, упирающейся одним концом через палец в щетку, другим — в щеткодержатель. Нажатие на щетку должно быть отрегулировано в строго определенных пределах, так как чрезмерный нажим вызывает быстрый износ щетки и нагрев коллектора, а недостаточный не обеспечивает надежного контакта между щеткой и коллектором, вследствие чего возникает искрение под щеткой. Нажатие не должно превышать 25Н (2,5 кгс) и быть менее 15Н (1,5 кгс). Щеткодержатель укрепляют на кронштейне и с помощью двух шпилек, запрессованных в кронштейн, крепят непосредственно к подшипниковому щиту. Кронштейн от щеткодержателя и подшипникового шита изолируют фарфоровыми изоляторами. Для осмотра коллектора и щеткодержателей в остове двигателя имеются люки с крышками, обеспечивающими достаточную защиту от проникновения воды и грязи.

В процессе работы необходимо охлаждать двигатель, так как с повышением температуры его обмоток снижается мощность двигателя. Вентилятор состоит из стальной втулки и силуминовой крыльчатки, скрепленных восемью заклепками. Лопатки крыльчатки расположены радиально для выброса воздуха в одном направлении. Вентилятор вращается вместе с якорем двигателя, создавая в нем разрежение. Потоки воздуха засасываются внутрь двигателя через отверстия со стороны коллектора. Часть воздушного потока омывает якорь, главные и добавочные полюса, другая проходит внутри коллектора и якоря по вентиляционным каналам. Воздух выталкивается наружу со стороны вентилятора через люк остова.

Компенсационная обмотка

Применение компенсационной обмотки является наиболее эффективным способом повышения потенциальной устойчивости тяговых двигателей и наиболее совершенной мерой подавления поперечной реакции якоря (компенсация намагничевающей силы поперечной реакции якоря).

Кроме того, компенсационная обмотка, нейтрализуя искажающее влияние реакции якоря, позволяет получить более равномерное распределение магнитного потока под главным полюсом.

Применение компенсационной обмотки благоприятно и в конструкционном плане. Применение ее позволяет уменьшить число витков как главных, так и добавочных полюсов, а значит сократить количество меди, затрачиваемой на машину.

Причем, сокращение числа витков главных полюсов осуществляется потому, что с применением компенсационной обмотки можно уменьшить воздушный зазор и снизить потоки рассеяния.

Сокращение числа витков добавочных полюсов происходит из-за того, что в основном реакцию якоря компенсирует компенсационная обмотка.

Компенсационная обмотка закладывается в пазы двух соседних главных полюсов.

Конструктивное решение компенсационной обмотки общепринято, её выполняют катушечной, как показано на рис. 6.15. Особенность укладки заключается в том, что ее укладывают не в радиальные пазы, а в пазы главного полюса, параллельные дополнительным полюсам.

Рис. 6.15. Конструкция компенсационной обмотки

Компенсационную обмотку применяют всегда при мощности двигателя кВт.Изготовленные заранее катушки закладываются в пазы и крепятся клиньями. Принцип крепления обмотки такой же, как и у обмотки якоря. Выбор изоляционного покрытия осуществляется так же, как и для обмотки якоря.

16. Бесколлекторные тяговые двигатели, принцип работы, применение на эпс

17. Виды испытаний тяговых двигателей, программа приемо-сдаточных испытаний. Схемы взаимной нагрузки для испытания тяговых двигателей.

В соответствии с ГОСТ 2582-81 для тяговых электрических машин после изготовления, ремонта и в процессе эксплуатации предусмотрены следующие виды испытаний: приемо-сдаточные, квалификационные, типовые, периодические и ресурсные.

Приёмо-сдаточные испытания машины постоянного и пульсирующего тока выполняют по следующей программе:

измерение сопротивления обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии;

испытание на нагревание в течение 1 ч или меньшего промежутка времени, если машина рассчитана на кратковременный режим работы (менее 1ч);

проверка частоты вращения якоря и реверсирования при номинальных значениях напряжения, токов нагрузки и возбуждения (для электродвигателей);

испытание на повышенную частоту вращения якоря;

проверка электрической прочности витковой изоляции;

проверка биения коллектора;

проверка сопротивления изоляции;

проверка электрической прочности изоляции между токоведущими частями и корпусом и между обмотками;

проверка уровня вибраций.

Целью этих испытаний является установление исправности машины и соответствия её параметров техническим данным машин того же типа и техническим условиям.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.