Тяговые генераторы

Тяговые генераторы предназначены для преобразования механической энергии дизеля тепловоза в электрическую и питания ею тяговых электродвигателей непосредственно или через выпрямительную установку. Тяговые генераторы постоянного тока используются (кратковременно) также для пуска дизеля, работая в режиме электродвигателя с питанием от аккумуляторной батареи. Основные технические данные тяговых генераторов, эксплуатируемых на железных дорогах страны и осваиваемых промышленностью новых серий тепловозов, приведены в табл. 8.1. В зависимости от рода тока, мощности, габаритов, системы вентиляции и способа монтажа конструкция тяговых генераторов имеет ряд существенных особенностей. Наиболее распространенными и типичными по конструкции являются: ГП311Б - генераторы постоянного тока и ГС501А - синхронные.

Тяговый генератор ГП311Б. Генератор представляет собой 10-по-люсную некомпенсированную электрическую машину постоянного тока с независимыми возбуждением и вентиляцией (рис. 8.1). Он имеет следующие основные сборочные единицы: якорь, магнитную систему, подшипниковый щит с поворотной траверсой, щеточный аппарат и съемные щитки-крышки (со стороны коллектора), патрубок для подвода охлаждающего воздуха (со стороны привода) .

Якорь имеет оребренный сварной остов 21 бочкообразной конструкции с фланцем 30 для сочленения (через муфту) с коленчатым валом дизеля и конусным концом вала 3 со стороны коллектора для привода от дизеля вспомогательных электромашин и механизмов тепловоза. Он опирается Таблица 8.1

Род

Мощ-

Напря-

Ток, А

Частота

К-П.Д.

Масса,

Парамет-

тока

ность,

же-

вращения

(наи-

кг

ры ох-

Машина

Тип

кВт

ние, В, длительное

при напряжении наибольшем

наибольший кратковремен-

наибольшая, об/мин

больший), %

лаждающего воздуха,

Серии тепловоза

наибольшее

наименьшем

ный

Па/м3с

ГП300БУ2

Самовен-

ТЭМ2

тиляция

2ТЭ10

ГП311БУ2

94,3

X X

4,16

ГП311ВУ2

к о

94,3

ТЭП60

(-о

4,16

ГП312У2

о с

94,5

М62

2,67

ГС501АУ2

360 580

2X1500 2X2400

2 X 3700

95,9

1372 4,45

ТЭ116, ТЭП70

ГС515У2

175 280

2X1540 2 X 2500

2X3500

95,8

1200 2,8

ТЭ.М7

Тяговый генератор

А714АУХЛ2

336 580

2X1520 2X2400

2 X 3400

95,8

2ТЭ120, 2ТЭ121,

5,9

ТЭ130

Вспомогательный гене-

2X570

2X855

ратор

X X

о а.

2Х 1850

2X2400

Тяговый генератор

А716УХЛ2

хни:

2X2950

10 000

2ТЭ136

6.5

Вспомогательный гене-

sS

2X640

-

ратор

X

Тяговый генератор

X

2X2040

2X2400

А717УХЛ2

:рем

2X2950

95,5

ІО0О0

2800 6,5

2ТЭ126

Вспомогательный гене-

С

2X640

-

ратор

со стороны коллектора на сферический роликовый подшипник 4 генератора, а со стороны привода- на подшипник коленчатого вала дизеля.

Сердечник якоря 20 набран из тонких сегментных листов электротехнической стали, разделенных на пакеты распорками 22, образующими радиальные каналы для прохода вентиляционного воздуха и улучшения охлаждения якоря. Он закреплен на ребрах остова встречными клиновыми шпонками 24 и нажимными шайбами, стянутыми (под прессом) шпильками 27 с гайками.

Коллектор состоит из медных пластин 9 (легированных серебром), изолированных между собой и от корпуса и стянутых стальными конусами и шпильками в арку (монолитное кольцо) за выступы в виде так называемого ласточкиного хвоста. Между гибкими петушками пластин установлены изолирующие пластмассовые прокладки 15 для предохранения от замыканий во время пайки обмотки к петушкам и в случае загрязнений в эксплуатации.

Обмотка 16 якоря петлевая двухходовая (нечетные секции 1, 3, 5, . обмотки посредством петушков соединены с нечетными пластинами

1- 3, 3-5, 5-7, .; четные секции 2, 4, 6, .- с четными пластинами

2- 4, 4-6, 6-8, . коллектора), ступенчатая (одна из секций в каждой катушке имеет увеличенный на единицу шаг по пазам), с полным числом уравнительных соединений первого рода (каждая пластина коллектора в петушках соединена уравнителем с другой, имеющей теоретически одинаковый потенциал, т. е. через пк/р шт., где пк - число коллекторных пластин; р - число пар полюсов). Укладка обмотки в якорь и закрепление катушек в пазах сердечника выполнены по схеме рис. 8.2. После укладки в якорь обмотку пропитывают в изоляционном лаке вакуум-нагнетательным способом (сушат в разреженной атмосфере- вакууме - и пропитывают при избыточном давлении), затем сушат (запекают) для обеспечения монолитности конструкции. Лобовые части обмотки закрепляют стеклобанда-

Тепловозы- основы теории
Рис. 8.2. Схема укладки обмотки якоря генератора ГПЗІ1Б:

а - укладка в якорь и пластины коллектора уравнителей и катушек обмотки; б - размещение катушек в пазах сердечника; 1 - пластины (петушки пластин) коллектора; 2, 14- нижняя и верхняя ветви секции уравнителя; 3,6 - верхняя и нижняя ветви секции катушки; 4 - ступенчатая секция катушки, переходящая в следующий паз; 5- соединительная гильза; 7 - пазовый клин; 8, 10, 13 - уплотнительные, дистанционная и защитная изоляционные прокладки; 9 - проводник секции катушки; 11 - корпусная изоляция катушки; 12 - изоляционная выстилка паза; 15, 16 - шаг по коллектору секций катушек и уравнителей; 17, 18 - нижняя и верхняя ветви катушек в пазе жом 25 (см. рис. 8.1). Концы секций обмотки соединяют с петушками коллектора и в разрезных головках (ступенчатых секций) с гильзами 26 пайкой серебросодержащим припоем. Динамическую балансировку якоря производят закреплением грузов 8 в пазу конуса коллектора и болтами на задней нажимной шайбе сердечника.

Магнитная система включает магнитопроводящий корпус (станину) 18, главные 19 и добавочные 23 полюсы, межкатушечные соединения 17 и выводы 1 обмоток, закрепленные в колодках (клицах) к подшипниковому щиту. Корпус изготовлен из толстолистового стального проката гибкой (в холодном состоянии) и сваркой. Он имеет опорные лапы 29 для установки и закрепления генератора.

Сердечники главных полюсов собраны из листов электротехнической стали (для уменьшения потерь от вихревых токов и увеличения магнитной проницаемости) и стянуты под прессом (через жесткие щеки) заклепками. В средней части сердечника вдоль оси вставлен стальной стержень с резьбовыми отверстиями для закрепления полюса болтами к корпусу. На сердечник надета катушка, объединяющая в стальном изолированном каркасе обмотки независимого возбуждения и пусковую.

Сердечники добавочных полюсов изготовлены из толстолистового проката и изолированы опрессованной и запеченной стеклотканью. С одной стороны они имеют резьбовые отверстия для крепления полюсов к корпусу, а с другой - более узкий наконечник с закрепленными заклепками немагнитными (дюралюминиевыми) уголками. Катушка на сердечнике плотно зажата между уголками и Стальной накладкой через волнистые пластинчатые пружины и изолирующие рамки. Между накладкой и сердечником размещена немагнитная прокладка для перераспределения и повышения эффективности общего воздушного зазора в магнитной цепи полюсов. В процессе изготовления катушку главного полюса и добавочный полюс в сборе пропитывают в электроизоляционном лаке или эмали и сушат (запекают) в печи. Межкатушечные соединения и выводы концов обмотки независимого возбуждения выполняют из монтажных проводов, а остальных обмоток - из медных лент и шин. Подробно устройство и крепление полюсов приведены на рис. 8.3. Соединение обмоток и маркировку выводов производят по схеме, приведенной на рис. 8.4.

Тепловозы- основы теории

Подшипниковый щит 6 (см. рис. 8.1) является торцовой частью корпуса генератора. Он удерживает и центрирует якорь и щеткодержатели и закрывает внутренние части генератора со стороны коллектора. Щит выполнен в виде сварного каркаса из колец и ребер, согнутых в хо-

Тепловозы- основы теории
Рис. 8.3. Устройство и крепление полюсов генераторов ГП311Б: 1 - сердечник главного полюса; 2, 3 - стержень и болт крепления полюса; 4 - корпус (станина) генератора; 5, 11 - прокладки регулировочные; 6 - каркас катушек главного полюса; 7 - изоляция каркаса; 8, 10, 25, 26 - рамкн изолирующие; 9, 17, 24 - проводники катушек: независимого возбуждения, добавочного полюса, пусковой; 12 - волнистая пластинчатая пружина; 13 - накладка; 14 - прокладка немагнитная; 15, 22 - корпусная изоляция катушек; 16, 23- межвитковая изоляция; 18 - сердечник добавочного полюса; 19- изоляция сердечника; 20, 27- заклепки; 21 - опорный немагнитный уголок лодном состоянии из стального проката. В центральную часть щита вставлена и закреплена болтами выемная ступица 5, позволяющая при необходимости заменить в эксплуатации подшипник без снятия с тепловоза и разборки генератора. К корпусу щит крепят болтами за внешнее кольцо с центрирующим выступом. Торцовая плоская часть щита закрыта щитками 7, а конусная - быстро-съемными крышками 11 из тонколистовой стали. В щите размещена поворотная траверса, выполненная в виде жесткого сварного кольца 14 из стального проката с посадочным и зубчатым венцами и десятью и-образными накладками. К накладкам через изоляторы 13 крепят дюралюминиевые бракеты 12 с девятью щеткодержателями и щетками 10, а также токособирательные шины. Траверса центрируется в цилиндрической и конусной расточках ребер щита и
Тепловозы- основы теории Тепловозы- основы теории
Рис. 8.5. Щеткодержатель тяговых генераторов: 1- корпус; 2- рифление привалочной (контактной) поверхности; 3- щетка разрезная; 4- амортизатор; 5-токопровод щетки; 6-нажимной палец; 7-скоба; 8, 11-втулки; 9-ось; 10-рулонная пружина; 12- болт крепления щеткодержателя крепится к этим ребрам болтами с помощью специальных планок. Поворот траверсы (для обслуживания расположенных в нижней части генератора щеткодержателей и щеток) осуществляется вручную с помощью встроенной в верхней части щита шестерни. Конструкция и крепление щеткодержателей показаны на рис. 8.5.

Сварной патрубок 28 (см. рис. 8.1) служит для подвода охлаждающего воздуха, а также является щитом, закрывающим внутренние части генератора со стороны привода. Он выполнен разъемным из четырех секторов. Два верхних сектора имеют раструбы (люки) для соединения с воздуховодами на тепловозе. Охлаждающий воздух внутри генератора проходит двумя потоками: один - через остов якоря (под сердечником), радиальные каналы между пакетами листов сердечника и частично между петушками над поверхностью коллектора; другой - через магнитную систему. Оба потока объединяются в камере подшипникового щита тягового генератора над коллектором и выходят через люки 2 в нижних крышках подшипникового щита.

В электрическую схему тепловоза генератор включается с помощью контакторов обмотками: пусковой - к аккумуляторной батарее, независимого возбуждения - к возбудителю, якоря и добавочных полюсов (через переключатель-реверсор) - к тяговым электродвигателям. Пусковая обмотка имеет постоянное соединение с обмоткой добавочных полюсов внутри генератора (см. рис. 8.4), и через щетки обе они включаются последовательно с обмоткой якоря, причем для обеспечения большей равномерности магнитного потока, создаваемого добавочными полюсами, они разделены на две параллельные группы (через один) и по обмоткам каждой группы полюсов протекает половина тока якоря. При подключении пусковой обмотки к аккумуляторной батарее она выполняет роль обмотки последовательного возбуждения и генератор начинает работать в режиме электродвигателя, вращая коленчатый вал и осуществляя пуск дизеля. Добавочные полюсы при этом выполняют свою обычную роль компенсации потока реакции якоря, а обмотка независимого возбуждения отключена. В нормальном рабочем режиме генератора обмотка независимого возбуждения подключена к возбудителю, а пусковая обмотка разомкнута, но находится под напряжением генератора.

При эксплуатации и техническом обслуживании генератора преимущественное внимание уделяется состоянию коллектора, щеткодержателей и щеток, изоляции, контактных соединений токоведущих частей и подшипника.

Тяговый генератор ГС501А, Трехфазная синхронная электрическая машина (рис. 8.6) защищенного исполнения с 12 явно выраженными полюсами на роторе, с независимыми возбуждением и вентиляцией. По конструкции составных частей генератор существенно отличается от генератора ГП311Б. Основными сборочными единицами его являются статор, ротор, подшипниковый щит с закрепленными в нем щеткодержателями (и щетками) и патрубок для подвода охлаждающего воздуха.

Статор собран в корпусе 10 сварной конструкции. Он имеет сердечник 13 из сегментных листов электротехнической стали с расположенными по внутреннему диаметру 144 пазами, в которых уложена волновая одновитковая обмотка 9. Она выполнена по схеме двух трехфазных звезд с двумя параллельными ветвями в каждой. Звезды сдвинуты одна относительно другой на 30 электрических градусов. Катушки обмотки закреплены в пазах сердечника изо-

Тепловозы- основы теории
Рис. 8.6. Тяговый синхронный гянератор типа ГС501А ляционными клиньями, а в лобовых частях - к нажимным шайбам 14 через изоляционные колодки 15 со шпильками или стеклобандажом. Концы катушек соединены медными гильзами (хомутиками) с помощью пайки серебросодержащим припоем и закрыты от загрязнений в эксплуатации пластмассовыми коронками 8. Схема укладки и закрепления обмотки в пазах сердечника показана на рис. 8.7.

Ротор, как и якорь генератора ГП311Б, собран на бочкообразном остове. Но вместо коллектора на остов насажены (через изолирующий цилиндр) контактные кольца 2 (см. рис. 8.6), а вместо сердечника с радиальными пазами и обмоткой - индуктор (магнитопроводное ярмо) 12 из тонколистовой конструкционной стали, в трапецеидальных пазах которого с помощью встречных клиновых шпонок закреплены полюсы 11 моноблочной конструкции. На сердечниках полюсов, кроме катушек возбуждения, размещена так называемая успокоительная (демпферная) обмотка, выполненная из стальных стержней 6", приваренных к щекам сердечника, и предназначенная для уменьшения потерь и перенапряжений в аварийных режимах нагрузки генератора. Междуполюсные соединения катушек возбуждения выполнены медными шинами, закрепленными в изоляционных колодках 5 на торцах индуктора, а общие выводные концы 4 обмотки закреплены к контактным шпилькам с гайками. Подробно конструкция и крепление полюсов показаны на рис. 8.8. Соединение и маркировка выводов обмоток генератора выполнены по схеме, приведенной на рис. 8.9.

Конструкция подшипникового щита 7 (см. рис. 8.6) со съемными крышками, вмонтированного в него подшипника 1, закрепленных в щите через изоляторы щеткодержателей 3 (и щеток), а также патрубка 16 для подвода охлаждающего воздуха аналогичны описанным для ге-

Тепловозы- основы теории
Рис. 8.7. Схема укладки обмотки статора генератора ГС50ІА:

а - укладка катушек обмотки в статор; б - размещение катушек в пазах сердечника; 1, 2- верхняя и нижняя ветви катушки; 3, 6, 8- защитная, дистанционная и уплотнительиые изоляционные прокладки; 4- изоляционная выстилка паза; 5 -корпусная изоляция катушки; 7- проводник секции катушки; 9- пазовый клин нератора ГП311Б. Система охлаждения отличается от генератора ГП311Б тем, что один поток охлаждающего воздуха проходит между полюсами ротора и в зазоре между ротором и статором, а другой - через аксиальные вентиляционные каналы в сердечнике и между сер-

Тепловозы- основы теории
Рис- 8.8. Устройство и крепление полюсов генератора ГС501А: 1-сердечник; 2-стяжная шпилька; 3-трапецеидальный выступ для крепления полюса; 4- встречные клиновые шпонки; 5- сердечник (индуктор) ротора; 6, 7- проводник и корпусная изоляция катушки; 8, 9- межвитковая и покровная изоляция катушки; 10- изоляция сердечника, 11- рамка изолирующая; 12- стержень демпферной обмотки Рис. 8.9. Схемы соединений обмоток синхронных генераторов:
Тепловозы- основы теории

а - тягового; б - вспомогательного; н, к - начало и конец катушек полюсов ротора; Я/, И2, ИЗ, И4- начало и конец обмотки возбуждения; ICI. 1С2.1СЗ, 2С1. 2С2, 2СЗ и ЗС1, ЗС2, ЗСЗ, 4С1. 4С2, 4СЗ- концы фаз звезд обмотки статора; 10, 20, 30- выводы нулевых точек звезд обмотки статора Рис. 8.10. Электрогенераторный агрегат типа А714А:

Тепловозы- основы теории

1- клиентский конец вала; 2- подшипник; 3 - масленка шариковая; 4- контактные кольца; 5- щеткодержатели со щетками; 6- подшипниковый щит; 7, 17- патрубки для выхода и входа охлаждающего воздуха; 8, 15-обмотки статоров; 9, 13-полюсы роторов; 10, 14- корпусы статоров; 11-направляющий щиток охлаждающего воздуха; 12. крепление лобовых частей обмоткн статора; 16- выводные концы фаз и нулевых точек звезд обмотки статоров; 18, 20- остовы роторов; 19- приводной фланец ротора агрегата; 21-соединение обмотки роторов с контактными кольцами дечником и корпусом статора. При эксплуатации генератора должны обеспечиваться регулярный контроль состояния токоведущих частей, изоляционных и охлаждаемых внутренних поверхностей подшипника и их чистота.

Для осваиваемых промышленностью новых тепловозов созданы новые тяговые синхронные генераторы, имеющие ряд конструктивных особенностей. С целью сокращения габаритов и массы, упрощения привода и улучшения компоновки оборудования на многих тепловозах тяговые и вспомогательные синхронные генераторы выполнены в виде единого электрогенераторного агрегата (рис. 8.10).

⇐ | Общие сведения | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Тяговые электродвигатели | ⇒