Система возбуждения тягового генератора

§ 12. Система возбуждения тягового генератора

Возбуждение тягового генератора происходит от возбудителя постоянного тока В 600 (входит в двухмашинный агрегат А706А, состоящий из возбудителя и вспомогательного генератора).

Для создания необходимой внешней характеристики тягового генератора в схеме используются сигналы обратной связи по его току и напряжению, получаемые с помощью трансформаторов 777Г постоянного тока и ТЛЯ постоянного напряжения, а также сигнал от объединенного регулятора дизеля, получаемый от индуктивного датчика ИД. Эти сигналы совместно с сигналом уставки через селективный узел воздействуют на управление амплистата А В, выход которого включен в цепь возбуждения возбудителя. Благодаря этому напряжение возбудителя и тягового генератора изменяется по определенному закону.

Система регулирования обеспечивает ограничение тока и напряжения генератора и совместно с узлом управления полем возбуждения тяговых электродвигателей - полное использование свободной мощности дизеля вплоть до конструкционной скорости тепловоза.

а) Амплистат возбуждения. Известно, что если в катушке со стальным сердечником проходит переменный ток, то он ограничивается в основном индуктивным сопротивлением. Магнитодвижущая сила (м. д, -с.) такой катушки с сердечником равна произведению тока на число витков и выражается в амперах.

При увеличении м. д. с. магнитный поток в сердечнике возрастает вначале пропорционально. При магнитном насыщении материала сердечника индуктивное сопротивление катушки значительно уменьшается.

Если на замкнутый стальной сердечник надеть две катушки, одна из которых подключена к переменному напряжению, а вторая - к источнику постоянного тока, то последняя катушка будет создавать лодмагничивание сердечника.

Допустим, что катушка переменного тока создает в сердечнике магнитный поток, не достаточный для насыщения материала. Индуктивное сопротивление катушки будет значительным, а ток, проходящий в ней, - незначительный.

В катушке постоянного тока будем увеличивать ток - сердечник подмагничивается и насыщается. Теперь в первой катушке индуктивное сопротивление уменьшится, а ток в ней возрастет. Такое устройство называется управляемым дросселем.

Опытами установлено, что для дросселя с сердечником из высококачественного магнитного материала м. д. с. обмотки переменного тока дросселя примерно равна м. д. с. подмагничи-вагощей обмотки.

Следовательно, когда подмапшчивание отсутствует, индуктивное сопротивление обмотки переменного тока настолько велико, что ток в ней близок к нулю. С увеличением тока под-магничивания средняя величина переменного тока пропорционально возрастет.

Рис. 4. Принципиальные схемы простейших магнитных усилителей:

ОУ - управляющая обмотка; ОР1 н 0Р2 - рабочие обмотки; СИ - сопротивление нагрузки: В - выпрямитель

Простейший амплистат (магнитный усилитель) состоит из двух управляемых дросселей. Вместо двух подмапшчивающих обмоток применяют одну обмотку О У (рис. 4, а), охватывающую сердечники обеих дросселей. Обмотки переменного тока или, назовем их, рабочие обмотки ОР1 и ОР2 соединяют встр еч но - последов ате лыго. Это сделано для того, чтобы в обмотке подмагничивания ОУ не наводилось переменное напряжение, которое могло бы нарушить работу амплистата, В амплистате (магнитном усилителе) изменением подмагничивания можно регулировать величину тока в сопротивлении СИ нагрузки, а если в цепь сопротивления СИ нагрузки включить выпрямитель В, то в нагрузке будет протекать постоянный ток. Принципиальная схема магнитного усилителя с питанием от однофазного источника переменного тока и выпрямлением нагрузочного тока показана на рис. 4, 6.

Если в качестве нагрузки усилителя включить обмотку возбуждения электрической машины, например возбудителя, то таким усилителем можно регулировать величину тока в ней.

Даже для простейшего усилителя мощность нагрузки значительно больше мощности цепи подмагничивания. Отношение мощности нагрузки к мощности в цели подмагничивания называют коэффициентом усиления по мощности. Чтобы получить высокий коэффициент усиления, магнитный усилитель соединяют по схеме, показанной на рис. 5, в которой рабочие обмотки усилителя включены последовательно с вентилями Д1-Д4 моста. При этом ток в рабочих обмотках изменяется не по направлению, а только по величине, т. е. является пульсирующим.

Допустим, что в первый полупериод точка «ая имеет положительный потенциал по отношению к точке $б». Тогда ток потечет по вентилю ДЗ, сопротивлению нагрузки СИ, вентилю Д2, обмотке ОР1 и к точке «гбл». Во второй полупериод ток пойдет от точки «б» по обмотке ОР2 через вентиль Д1, по сопротивлению нагрузки СИУ через вентиль Д4 выпрямителя и к точке «а». Результирующий ток можно получить как сумму мгновенных величин переменного тока с определенной величиной постоянного тока. Постоянная составляющая, протекая по рабочим обмоткам, подмагничивает усилитель так, что рабочие

Рис. 5. Принципиальная схема однофазного магнитного усилителя с внутренней обратной связью:

ОУ - управляющая обмотка; ОР1 и ОР2 - рабочие обмотки; Д/, Д2. ДЗ, Д4 - выпрямители; СИ - сопротивление нагрузки обмотки являются одновременно И подмагничивающими. При этом большая часть мощности для ггод-м а гни чина ни я потребляется из цепи переменного тока, что приводит к резкому увеличению коэффициента усиления.

Такой магнитный усилитель (ам-плистат) называют усилителем с внутренней положительной обратной связью. Характеристика его приведена на рис. 6.

При отсутствии тока в обмотке подмагничивания (точка 0) ток нагрузки достигает значительной величины (точка В на оси ординат). Для усилителя без обратной связи ток нагрузки (выход) в этом случае близок к 0. При наличии обратной связи этот малый ток создает некоторое подмагничивание, вследствие чего ток нагрузки вновь увеличивается. Происходит самоподмагничивание усилителя до наступления равновесия (в точке Д). При протекании по обмотке подмагничивания тока положительного направления ток нагрузки возрастает до максимума (точка Г), при изменении направления тока .подмагничивания ток нагрузки снижается до минимума (точка Л). Отношение наибольшего тока выхода к наименьшему называют кратностью выходного тока усилителя.

На тепловозе М62 применен однофазный амплистат типа AB-ЗА с внутренней обратной связью (рис. 7). Амплистат состоит из двух магнитопроводов, на каждом из которых расположено по одной рабочей обмотке (PO) Н1-К1 и Н2-К2. Четыре обмотки подмагничивания охватывают оба магиитопро-вода: управляющая (ОУ) ИУ-КУ; задающая (03) ИЗ-КЗ; регулировочная (ОР) НР-КР; стабилизирующая (ОС) НС-КС.

Техническая характеристика амплистата АВ-ЗА

Напряжение питания, ß................. 60

Напряжение наибольшее (выхода), В........... 35

Ток наименьший (выхода), А............... 0,5

Ток длительного режима, Л............... 8,5

Частота тока питания, Гц................ 133

Сопротивление нагрузки, Ом , . ............. б

Наибольшая магнитодвижущая сила управления, А . . . . 3400

Технические данные обмоток амплистата приведены в табл. 2.

Таблица 2

Обмотки

Маркировка выводов

Номинальный ток, л

Марка провода

Диаметр лроводй, мм

Число витков

Рабочая

Н1-К1

6

ПСД

1,45

118x2

Н2-К2

6

псд

1,45

118x2

Управляющая

ИУ-КУ

1,4

ПЭВ-2

0,8

500

Задающая

НЗ-КЗ

1,4

ПЭВ-2

0,8

500

Регулировочная

НР-КР

1,5

' ПЭВ-2

0,8

100x2

Стабилизирующая

НС-КС

1,7

ПЭВ-2

0,8

500x2

Рабочие обмотки включены в цепь выпрямительного моста Б В (см. рис. 22 на вклейке), который питает выпрямленным током обмотку независимого возбуждения возбудителя. Питание переменного тока частотой 133 Гц и напряжением 60 В (на 15-м позиции контроллера) поступает па вход моста через распределительный трансформатор ТР от под возбудителя СПБ.

В первый полупериод ток от вывода 01 (ТР) идет по проводу 476, в рабочую обмотку Н1-К1, по проводу 484, через блок выпрямителей ВВ, контакт 2 разъема Б В, провод 482, клемму 4/15, провод 424, обмотку Н1-ИН1 возбуждения возбудителя В, провод 425, клемму 4116, провод 483, контакт 1 разъема БВ, блок выпрямителей БВ, контакт 3 разъема БВ, провод 481, к выводу Н1 первичной обмотки трансформатора ТР.

Во второй полупериод ток протекает от вывода И1(ТР) через провод 481, контакт 3 разъема БВ, блок БВ, контакт 2 разъема БВ, провод 482, клемму 4Ы5, провод 424, в обмотку И1 -НИ 1 возбудителя В, через провод 425, клемму 4/16, провод 483, контакт 1 разъема БВ, блок БВ, контакт 4 разъема Б В, провод 485, рабочую обмотку амплистата И2-К2, провод 476, к выводу 01 трансформатора ТР.

При питании обмоток подмагничивания током положите л ь-ного направления (от начала И к концу К обмотки) ток выхода амплистата возрастает, при питании током отрицательного направления (от конца к началу обмотки) ток выхода уменьшается.

Благодаря изменению тока выхода амплистата от наибольшего до наименьшего значения напряжение тягового генератора также изменяется в широких пределах.

Поскольку на выходе амплистата ток не может быть равным нулю, в возбудителе предусмотрена дополнительно размагничивающая обмотка Н2-НН2, получающая питание от вспомогательного генератора. Этим обеспечивается полное размагничивание возбудителя и тягового генератора при малых токах выхода амплистата, что необходимо для надежного ограничения пускового тока генератора.

Блок .выпрямителей Б В содержит панель с двумя мостами, один из которых является резервным. Каждый мост состоит из четырех кремниевых диодов типа ВК2-10-ЗА, (длительный ток диода 4 А, обратное напряжение 80 В).

б) Трансформаторы постоянного тока и постоянного напряжения. Оба трансформатора по конструкции и принципу действия представляют собой магнитные усилители без обратной связи.

На тепловозах М62 установлен трансформатор постоянного тока ТПТ-4Б, служащий для формирования сигнала обратной связи по току тягового генератора. Трансформатор имеет два тороидальных сердечника из желез они келевого сплава сечением 48 см2. Рабочая обмотка (рис. 8) расположена на каждом из сердечников и состоит из двух частей Н1-К1 и И2-К2, соединенных между собой встречно последовательно. Управляющей обмоткой УУ трансформатора служат шесть кабелей силовой цепи, пропущенных через отверстия сердечников.

Техническая характеристика трансформатора ТПТ-4Б

Наибольший ток управления, А............ 6600

Напряжение питания рабочей цепи, В......... 70

Частота питании рабочей цепи, Гц.......... 133

Длительный ток рабочих обмоток, А......... 2,3

Сопротивление цепи нагрузки, Ом........... 10

Число битков рабочих обмоток............ 1600x2

Тип и диаметр провода: ПЭВ-2, мм ......... 0,8

Рабочие обмотки ТПТ получают питание напряжением 70 В от вторичной обмотки распределительного трансформатора TP через балластный резистор СБТТ по цепи: вывод Н2 распределительного трансформатора, провод 477, клемма 4} 14, провод 449, выводы Hl, Н2 трансформатора ТПТ, провод 450, клемма 3J13, провод 490, резистор СБТТ, провод 478, вывод К2 вторичной обмотки TP,

Параллельно балластному резистору СБТТ между проводами 488 и 489 подключен выпрямительный мост ПВ.

На тепловозе М62 установлен трансформатор постоянного напряжения ТПН-ЗА, который формирует сигнал обратной связи по напряжению тягового генератора.

Электрическая схема и внешний вид трансформатора приведены на рис. 9.

Намотка рабочих обмоток Hl-KL Н2-К2 и конструкция сердечников трансформатора ТПН такая же, как и трансформатора ТПТ. Обмотка управления охватывает оба сердечника.

Техническая характеристика трансформатора ТПН-ЗА

Наибольшее напряжение, В............75

Напряжение питания рабочей цепи, В .......30

Частота питания, Гц................133

Ток рабочей цепи длительный, А 2,5

Ток цепи управления длительный, А........1,6

Сопротивление в цепи управления, Ом.......500

Сопротивление нагрузки, Ом............5

Число витков рабочих и управляющей обмоток . . . 260x2 и 420 Тип и диаметр провода, мм............ПЭВ-2, Д-1

Обмотка У У управления подключена на напряжение тягового генератора по цепи: вывод Я генератора, провода 508, 584, 500, сопротивление СТН, .провод 492, обмотка управления трансформатора, провод 493, шунт 104 амперметра, мл ну с генератора.

Рабочие обмотки трансформатора ТПН подключены на вторичную обмотку трансформатора TP с напряжением 30 В (на 15-й позиции контроллера) по следующей цепи: вывод ИЗ, провод 479, балластное сопротивление СБТН, провод 614, рабочие обмотки трансформатора Н1-Н2, провод 480, вывод КЗ вторичной обмотки ТР.

Выпрямительный .мост ПВ между проводами 613 и 615 подключен параллельно балластному сопротивлению СБТН.

При увеличении тока или напряжения генератора степень насыщения сердечников ТПТ или ТПН увеличивается, индуктивное сопротивление рабочих обмоток падает, а ток в рабочих Цепях трансформаторов и связанных с ними выпрямителях ПВ увеличивается. Ток в рабочей цепи ТПТ изменяется пропорцио-

Рис. 8, Внешний вид и принципиальная схема трансформатора постоянного тока ТПТ-4Б;

УУ - управляющая обмотка; Ш-К1 и Н2-К2 -* рабочие обмотки

Рис. 9. Внешний вид и принципиальная схема трансформатора постоянного напряжения ТПН-ЗА:

У-У - управляющая обмотка; И1-К.1 и Н2-К2 - рабочие обмотки нально току генератора, а в рабочей цепи ТПН- пропорционально напряжению генератора.

Так как выпрямители ПВ включены в управляющую обмотку О У подмагничивания амшшетата, ток в ней и в обмотке возбуждения воз буди геля также изменяется.

в) Селективный узел. Селективный узел состоит из балластных сопротивлений СБТТ и СБТН, которые включены на мосты ПВ со стороны входов 1, 2 и 3, 4 мостиков, на которые поступают сигналы соответственно от ТПТ и ТПН. Выходы постоянного тока мостов ПВ включены параллельно и через контакты 5, 6 питают управляющую обмотку амшшетата.

Селективный узел воспринимает сигналы от ТПТ и ТПН и в зависимости от соотношения этих сигналов подключает управляющую обмотку ОУ амшшетата на питание:

1) только от ТПТ;

2) от ТПТ и ТПН вместе;

3) только от ТПН.

В селективный узел входит также регулируемое сопротивление СОУ между проводами 486, 432,

Упрощенная схема селективного узла приведена на рис. 10. Такая схема дает возможность автоматически пропускать в обмотку ОУ амплистата ток от ТПТ при ограничении пускового тока, сумму токов от ТПТ и ТПН при поддержании постоянной мощности и ток только от ТПН при ограничении наибольшего напряжения. Предположим, что на 15-й позиции контроллера при трогании тепловоза ток генератора составляет 6000 А, а напряжение 20 В, т. е. ток на выходе ТПТ имеет наибольшее значение, а ток на выходе ТПН мал.

Ток ТПТ разветвляется-примерно половина его поступает в СБТТ, остальная часть в управляющую обмотку ОУ амплистата. Эта часть тока в цепи обмотки О У создает падение напряжения, уравновешивающее падение напряжения в СБТТ,

Рис. 10. Упрощенная схема селективного узла:

ОУ - управляющая обмотка амшшстата; СЕТИ. СВТТ и СОУ - сопротивления; 1ТВ/

и ПВ2 - выпрямители

Б свою очередь ток от ТПН (малый по величине), протекая по сопротивлению СБТН, также создает на нем падение напряжения.

Величина его во много раз меньше падения напряжения в цепи обмотки О У от тока TUT. Поэтому потенциал точки «б» значительно выше, чем точки «в%, выпрямитель ПВ заперт, и ток от ТПН в обмотку О У не проходит.

При трогании тепловоза трансформатор TUT вместе с ам-плистатом поддерживают постоянную величину пускового тока; токи на выходе ТПТ, в сопротивлении СБТТ и ъ управляющей обмотке остаются практически неизменными,

Напряжение тягового генератора при трогании увеличивается и поэтому возрастают токи на ввгходе ТПН и в сопротивлении СЕТИ. Следовательно, растет падение напряжения на СЕТИ и потенциал точки «в». Величина сопротивления рабочей части СБТН выбирается таким образом, чтобы при завершении трогания в определенной точке внешней характеристики, тягового генератора (точка В на рис. 11), падение напряжения на СБТН от тока ТНН было равно падению напряжения на управляющей обмотке от тока ТПТ, то есть потенциалы точек «в» и «б» (см. рис. 10) были бы также равны.

Если напряжение генератора продолжает увеличиваться (при разгоне тепловоза), ток начинает протекать от точки «в» к «"6j>, т. е. к управляющей обмотке ОУ амплистата подключается выход ТПН. Падение напряжения в СБТН н потенциал в точке <ze» растут с увеличением тока выхода ТПН только до момента подключения ТПН к обмотке. После этого падение напряжения в резисторе СБТН остается практически неизменным и равным падениям напряжения в ОУ и в СБТТ. При уменьшении тока генератора это равенство поддерживается за счет увеличения тока в обмотке О У от ТПН, Поэтому в точке В характеристики заканчивается ограничение тока (см. рис. 11).

С ростом напряжения генератора ток уменьшается в той мере, в какой увеличивается напряжение. За счет этого участок В Б характеристики имеет прямолинейную форму и тяговая мощность в соответствующем диапазоне токов близка к постоянной.

С ростом скорости доля тока ТПН в обмотке О У возрастает, а доля тока ТПТ снижается. В точке Б доля тока от ТПТ становится равной нулю. Поэтому в управляющей обмотке ОУ амплистата протекает ток от ТПН, обеспечивая поддержание постоянства напряжения генератора (участок Б А характеристики) .

Величину сопротивления СБТТ выбирают таким образом, чтобы при токе генератора около 1600 А (точка Б) ток на выходе ТПТ создал в сопротивлении СБТТ падение напряжения, равное падению напряжения на управляющей обмотке ОУ амплистата.

При снижении тока генератора (участок Б А) соответственно уменьшается ток на выходе ТПТ. Падение напряжения на СБТТ становится меньше падения напряжения на ОУ, вследствие чего потенциал точки #б» превысит потехцнал точки «а» (см. рис. 10)- Выпрямитель ПВ2 запирается и ток от ТПН н СБТТ не проходит. Таким образом ТПТ «отключается» селективным узлом от управляющей обмотки О У амплистата.

Выпрямительные мостики ПВ1 и ПВ2 собраны на полупроводниковых диодах. На панели П В К-7080 размещены два блока диодов, каждый из которых содержит восемь кремниевых вентилей ВК2-і0-3А с допустимым обратным напряжением не менее 100 В. Вентили в блоке соединены в два однофазных моста. На панели предусмотрены штепсельные разъемы для подключения к блокам диодов внешних цепей.

г) Индуктивный датчик. Индуктивный датчик ИД-10 предназначен для изменения тока в регулировочной обмотке амплистата. Этим осуществляется введение в амплистат сигнала обратной связи по уровню мощности дизеля. Регулировочная обмотка амплистата ОР включена на падение напряжения в сопротивлении СОР. Последнее получает питание от части первичной обмотки распределительного трансформатора ТР (выводы 01, 02) через катушку индуктивного датчика, представляющего собой управляемое индуктивное сопротивление и выпрямительный мост ПВ (второй блок панели ПВК-7080).

Величина тока в регулировочной обмотке ОР меняется в зависимости от положения штока сервомотора объединенного регулятора дизель-генератора. Шток сервомотора через систему рычагов и гидропривод перемещает сердечник датчика, поэтому меняется индуктивное сопротивление катушки датчика, вызывая тем самым изменение тока в регулировочной обмотке амп-листата.

д) Стабилизирующий трансформатор ТС. Первичная обмотка трансформатора подключена через сопротивление СТС на напряжение возбудителя В, а от вторичной обмотки трансформатора получает питание стабилизирующая обмотка ОС а ми листата (см. рис. 22 на вклейке).

Трансформатор ТС имеет магнитопровод с регулируемым воздушным зазором, на котором размещены первичная и вторичная обмотки, и работает только во время переходных процессов в схеме. При быстром изменении напряжения возбудителя трансформатор подает отрицательный сигнал в амплистат, в результате чего скорость изменения напряжения возбудителя значительно замедляется, и работа схемы в переходных режимах становится устойчивой.

е) Тахометрический блок ТБ. Бесконтактный блок предназначен для питания задающей обмотки амплистата током, пропорциональным частоте вращения коленчатого вала дизеля.

Насыщающийся трансформатор блока получает питание от синхронного нодвозбудителя СПВ, частота которого изменяется пропорционально частоте вращения вала дизеля. Вследствие быстрого насыщения трансформатора напряжение на выходе блока и, следовательно, ток задающей обмотки амплистата зависят только от количества импульсов в единицу времени, т. е. пропорциональны частоте вращения вала дизеля. Для исключения слияния отклонения магнитной характеристики насыщенного трансформатора от идеальной на точность измерения частоты служит компенсирующий трансформатор.

Для сглаживания пульсации на выходе в блоке применен фильтр, состоящий из дросселя и конденсатора.

Изменение частоты на выходе блока и, следовательно, тока в задающей обмотке амплистата при наборе позиций контроллера обусловливает получение соответствующего семейства характеристик генератора (см. рис. 11).

Предыдущая Оглавление Следующая