Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением
Принцип работы генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Если рамка с активными проводниками аb и сd (рис. 3.1, а) вращается в поле постоянных магнитов NS, то согласно закону электромагнитной индукции в проводниках аb и cd возникает ЭДС:
Е=В1Vsin α
где В - индукция магнитного поля;
1 - длина активного проводника;
V - окружная скорость движения проводника;
sin α - угол между направлением магнитных силовых линий и направлением движения проводника в рассматриваемый момент времени.
Рис. 3.1. Принцип действия генератора постоянного тока
Если концы проводников подключить к кольцам и от них через щетки 1 и 2 питать цепь нагрузки лампы Rн, то при замыкании рубильника Р по цепи потечет ток IН, также изменяющийся по синусоидальному закону, т.е. переменный ток. Для выпрямления этой переменной ЭДС подключим проводники аb и cd не к кольцам, а к полукольцам (рис. 3.1, б). Щетки 1 и 2 установлены таким образом, что переходят с одного полукольца на другое в момент, когда в проводниках рамки ЭДС отсутствует (рамка повернута на 90° относительно продольной оси полюсов, т.е. расположена по поперечной оси полюсов). В этом случае к щеткам 1 и 2 подводится ЭДС одного направления в течение полного оборота рамки, хотя в самих проводниках аb и cd ЭДС по-прежнему является переменной.
Под действием ЭДС одного направления по цепи нагрузки потечет ток 1В, одного направления, но пульсирующий. Щетка 2, от которой ток оттекает во внешнюю цепь (нагрузки), считается положительной («плюсовой»), а щетка 1, к которой притекает ток, - отрицательной («минусовой»).
Таким образом, применение полуколец вместо колец позволило получить в цепи нагрузки ток одного направления, хотя в проводниках рамки возникает переменная ЭДС, т.е. полукольца являются механическим выпрямителем. Чтобы уменьшить пульсации выпрямленного тока и получить большое значение ЭДС на щетках 1 и 2 генератора постоянного тока, применяется большое число пластин, располагаемых на коллекторе, и большое число активных проводников якоря.
В реальных генераторах постоянного тока магнитное поле создается не постоянными магнитами, а обмотками возбуждения, расположенными на сердечниках полюсов. Магнитное поле с потоком Ф (рис. 3.2) создается за счет протекания тока Iв, в обмотке возбуждения WВ. В подвагонных генераторах обмотка включается параллельно обмотке якоря Я - к щеткам 1 и 2.
Рис.3.2. Электрическая схема генератора постоянного тока
с параллельным возбуждением
За счет остаточной намагниченности сердечников полюсов в генераторе всегда имеется небольшое по величине магнитное поле (магнитный поток). При движении вагона якорь вращается в этом слабом магнитном поле. Под действием его в проводниках обмотки якоря возникает ЭДС, так что на щетках появляется небольшая выпрямленная коллектором ЭДС, под действием которой по обмотке возбуждения потечет ток возбуждения. Ток возбуждения вызовет появление магнитного потока, который имеет большее значение, чем поток остаточного магнетизма, следовательно, на щетках возникает ЭДС большей величины: Е=СЕnФ, где СЕ - конструктивный коэффициент генератора; n - частота вращения якоря, об/мин; Ф -магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения.
Большая ЭДС вызовет увеличение тока возбуждения (по закону Ома IВ= Е/rВ, где rВ - сопротивление обмотки возбуждения, что приведет к дальнейшему возрастанию ЭДС и т.д. Происходит самовозбуждение генератора. При замыкании рубильника Р под действием ЭДС через резистор Rн потечет ток нагрузки, который вызовет падение напряжения на сопротивлении rВ обмотки якоря, равное I rЯ. Значит, напряжение и на щетках 1 и 2 будет меньше ЭДС на величину этого падения напряжения, т.е.
U = Е – I rЯ, или U = СЕ nФ - I rЯ.
Из последней формулы следует, что напряжение зависит от частоты вращения генератора, т.е. скорости движения вагона; от магнитного потока, создаваемого обмотками возбуждения, который в свою очередь зависит от тока возбуждения; от тока нагрузки генератора (чем больше ток нагрузки, тем меньше напряжение).
Лекция 7 «Генераторы переменного тока и выпрямители»
Принцип действия генератора переменного тока. В системах электроснабжения пассажирских вагонов широко применяются генераторы переменного тока индукторного типа. В отличие от обычного синхронного генератора они не имеют обмоток на роторе и колец с щетками для подвода к нему тока. Такие генераторы по сравнению с генераторами постоянного тока ввиду отсутствия щеточно-коллекторного аппарата надежны в работе и требуют более простого ухода.
В индукторном генераторе (рис. 3.4) обмотки переменного тока 5 выполняются неподвижными и закладываются в пазы (впадины) статора 3, причем каждая обмотка охватывает один из зубцов 1. Обмотка возбуждения также неподвижна и выполнена в виде двух кольцевых катушек 6 (тороидов), которые соединены последовательно и расположены в двух подшипниковых щитах 7. Ротор состоит из равномерно расположенных зубцов 10 и пазов 11, которые образуют как бы полюса машины.
Рис. 3.4. Схема индукторного генератора переменного тока
с зубчатым ротором
Если через обмотки возбуждения 6 пропустить ток, то создается магнитный поток Ф, который замкнется по цепи (штриховая линия). Он пройдет по подшипниковому щиту 7, через воздушный зазор 8, по втулке 9 ротора в осевом направлении, через зубцы 10 ротора, воздушный зазор 4, зубцы 1 статора, остов 2 и снова войдет в подшипниковый щит. При вращении ротора зубцы 1 статора поочередно совпадают с зубцами 10 и пазами 11 ротора. При взаимном совпадении зубцов (рис. 3.5, а) между ними будет наименьший воздушный зазор, магнитное сопротивление также минимальное и обмотки W1, расположенные на данном зубце статора, пересекаются магнитным потоком Фмакс. При совпадении зубца статора с пазом ротора (рис. 3.5, б) зазор наибольший, магнитное сопротивление увеличивается и обмотки пересекаются
магнитным потоком Фмин. Таким образом, при вращении ротора пульсирует магнитный поток и в обмотках W1, расположенных на зубцах статора, индуктируется переменная ЭДС, а при подключении нагрузки в них потечет переменный ток.
Рис. 3.5 Изменение потока в зубцах статора
при различном положении ротора
В отличие от обычного синхронного генератора магнитный поток, пронизывающий обмотки W1 статора, не изменяется по направлению (не меняет своего знака).
Вагонные генераторы типов ГСВ (синхронный вагонный генератор), ГВ (вагонный генератор) имеют на роторе шесть зубов и шесть пазов, которые образуют как бы пары полюсов р, поэтому эти генераторы являются 12-полюсными машинами. Частота переменной ЭДС (тока) зависит от частоты вращения ротора и числа пар полюсов и определяется по формуле f = рn/60, откуда наибольшая частота переменного тока при наибольшей частоте вращения ротора 4000 об/мин равна 400 Гц.
Процесс самовозбуждения генератора происходит так же, как и в генераторе постоянного тока с параллельным возбуждением, за счет остаточного магнетизма. Причем основная обмотка возбуждения питается от обмотки статора через специальный выпрямитель, а величина тока возбуждения и соответственно магнитного потока регулируется или изменением индуктивного сопротивления (при РНГ с магнитным усилителем), или путем изменения длительности импульсов тока (при РНГ на тиристоре).
Устройство генератора переменного тока. В системах электроснабжения применяются генераторы типов ГСВ-2, ГСВ-8, 2ГВ.001, 2ГВ.003, которые аналогичны по конструктивному исполнению и принципу действия. Отличаются они мощностью, которая на выходе выпрямителя для генераторов ГСВ-2 и ГСВ-8 составляет 5,5 кВт, для 2ГВ.001 - 6,5 кВт, для 2ГВ.003 - 8 кВт. Кроме того, схема дополнительной обмотки статоров генераторов ГСВ-2, ГСВ-8 и 2ГВ.001 трехфазная, мостовая, а генератора 2ГВ.003 - однофазная с выводом средней точки. У генераторов ГСВ-2 и ГСВ-8 привод плоскоременный, у 2ГВ.001 - клиноременный, у 2ГВ.003 - ременно-редукторно-карданный.
Генераторы ГСВ-2, ГСВ-8 и 2ГВ.001 установлены под кузовом вагона, 2ГВ.003 - на концевой балке рамы тележки котловой стороны вагона.
Генератор переменного тока со смешанным возбуждением типа 2ГВ.003 применяется в системах электроснабжения ЭВ-7, ЭВ-10, ЭВ-20, ЭВ-26 (ЭВ - электрооборудование вагонное), устанавливаемых на вагонах без кондиционирования воздуха.
Лекция 8 «Трансформаторы, дроссели и магнитные усилители»
Трансформаторы. Трансформатором называется электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Трансформатор состоит из стального сердечника (магнитопровода) и двух расположенных на нем обмоток. К одной обмотке подводится напряжение от источника тока, и эта обмотка называется первичной. От другой обмотки энергия отводится к потребителю, и эта обмотка называется вторичной. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.
Кроме обычных (силовых) трансформаторов в вагонном электрорадиооборудовании применяются специальные трансформаторы - стабилизирующие и согласующие. С помощью стабилизирующего трансформатора в тиристорный РНГ вводится отрицательная обратная связь по току возбуждения генератора, что исключает колебания напряжения сети при работе регулятора. Согласующие трансформаторы служат для согласования выхода усилителя низкой частоты с нагрузкой.
Дроссели и магнитные усилители. Дроссели служат для сглаживания пульсации выпрямленного тока, кроме того, они входят в состав магнитных усилителей. Магнитным усилителем (МУ) называют статический электромагнитный аппарат, который служит для плавного регулирования переменного тока в электрических цепях путем изменения подаваемого на его вход постоянного тока. С помощью усилителя можно изменять достаточно большие токи и напряжения посредством слабых электрических сигналов.
Принцип действия МУ основан на изменении индуктивного сопротивления катушки с ферромагнитным сердечником (дросселя) при подмагничивании сердечника постоянным током.
Эксплуатация электрических машин и выпрямителей. При выполнении ТО-1 проводники вагонов, ПЭМ, НП периодически осматривают генераторы, двигатели, мотор-генераторы и преобразователи тока. Основной мерой, обеспечивающей надежную работу электрических машин, является систематический контроль за работой систем электроснабжения по измерительным приборам (вольтметрам, амперметрам) и сигнализации. При этом контролируют напряжение и ток нагрузки генератора, ток электродвигателей, ток заряда и разряда аккумуляторной батареи, напряжение сети освещения и состояния изоляции электрооборудования по отношению к корпусу вагона. Категорически запрещается работа генератора с отключенной аккумуляторной батареей.
На продолжительных стоянках следует проверять состояние деталей подвески генератора, его привода, предохранительных устройств, плотность защитного кожуха, а также степень нагрева корпуса генератора и подшипниковых щитов. Нагрев корпуса определяют на ощупь (при нормальной работе тыльная часть кисти рук выдерживает длительное прикосновение).
В случае перегрева корпуса надо уменьшать нагрузку генератора. Если после этого нагрев не уменьшается, то генератор отключают и переходят на питание от подвагонной магистрали. Перегрев подшипниковых щитов свидетельствует о разработке подшипников или об отсутствии в них смазки. При значительной разработке подшипников (проверяется по зазору вала генератора) генератор отсоединяют от привода, так как якорь может касаться полюсов и обмоток статора.
При сильном искрении щеток, которое определяют по колебаниям стрелок амперметра и вольтметра, проверяют состояние коллектора и щеточного аппарата. При необходимости коллектор чистят и заменяют изношенные щитки.
Систематически проверяется состояние блока силовых селеновых выпрямителей и температура его бака. Если температура бака окажется выше 70°С, то необходимо сообщить ПЭМ. При осмотре блока кремниевых выпрямителей проверяют крепление крышек и исправность их запоров.
Работники электроцеха при подготовке вагонов в рейс очищают электрические машины от пыли, грязи, снега; смазывают солидолом валы подвески генератора с ременным приводом; снимая защитные кожухи, осматривают коллектор, щетки, щеткодержатели; проверяют устройства сохранения полярности (легкость перебрасывания перекидных траверс за счет трения щеток о коллектор у генераторов типа 23/07.21, РW-114АВ, работу переключателя полярности у двигатель-генератора DUGG-28В путем изменения направления вращения вала), отсутствие касания гибких поводков щеток и траверс о корпус, состояние изоляции силовых проводов, кабелей легкоразъемных соединений; в переходный и зимний периоды года удаляют накопившуюся влагу и образовавшийся конденсат путем вывертывания соответствующих пробок внизу корпуса; вскрывают выводные коробки, очищают изоляционную панель в них и укрепляют ослабшие электрические контакты.
Неисправности электрических машин. При эксплуатации электрических машин постоянного тока могут возникнуть следующие неполадки: обрыв обмоток якоря и возбуждения, межвитковое замыкание этих обмоток, нарушение контакта щеток с коллектором вследствие заедания щеток в щеткодержателях, загрязнения или обледенения коллектора, износа щеток свыше нормы и других причин.
В связи с тем, что электрические машины работают всегда вместе с защитной и пускорегулирующей аппаратурой, их отказ может быть вызван не только в результате неисправностей самих машин, но и указанной аппаратуры. Так, например, генератор 23/07.21 в системе электроснабжения вагона 47Д может не работать в случае сгорания предохранителей в силовой цепи или в цепи возбуждения, срабатывания РМН, сгорания угольных столбов РИГ или ОТГ и т.д.
Выявление неисправностей начинают с проверки наиболее простых элементов, которые можно заменить или отремонтировать непосредственно в пути следования (предохранители, РМН, щетки, траверса, разъемное соединение).
Наиболее часто встречающиеся неисправности машин переменного тока: обрывы выводных проводов, обрывы или межвитковые замыкания обмоток статора и возбуждения, замыкание этих обмоток на корпус. Кроме того, в машинах наблюдаются износ и разрушение подшипников, износ шеек вала ротора, разработка шпоночной канавки, повреждение резьбы вала, заклинивание вала подвески генераторов с ременным приводом и др.
Лекция 9 «Приводы подвагонных генераторов пассажирских вагонов»
В автономных системах электроснабжения для передачи вращательного движения якорю (ротору) генератора от оси колесной пары применяются следующие типы механических приводов: плоскоременный, клиноременный от средней части оси колесной пары, клиноременный от торца оси (ременно-редукторно-карданный), редукторно-карданный от торца оси и редукторно-карданный от средней части оси колесной пары.
Применение того или иного привода зависит от мощности и типа генератора, скорости движения поезда и года постройки вагона. Каждый тип привода должен обеспечивать передачу генератору вращающего момента, необходимого для создания потребной мощности; увеличивать в три-четыре раза частоту вращения якоря (ротора) по сравнению с частотой вращения колесной пары, так как генераторы, рассчитанные на большую частоту вращения, имеют меньшие габаритные размеры и массу при заданной мощности; надежно работать в любое время года при различных воздействиях внешней среды; обеспечивать эластичную связь между подвагонным генератором и колесной парой. Приводы вагонов, рассчитанных на скорости движения до 120 км/ч, имеют большее передаточное число, а на скорости до 160 км/ч меньшее.
Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 6345;