Тяговые генераторы постоянного тока

Коллекторы тяговых  электрических машин арочного типа. Это наиболее сложная сборочная  единица по числу деталей, технологии изготовления и ремонта. Коллекторные пластины изготовлены из материала, обладающего высокой электропроводностью, механической прочностью, сопротивлением ползучести, достаточной способностью к механической обработке. Коллектор  генератора ГП-311Б собран из 465 пластин  трапециевидного профиля твердотянутой  коллекторной меди с присадкой серебра  от 0,07 до 0,14 % или кадмия. Легирующие присадки примерно вдвое увеличивают  износоустойчивость коллектора.

На генераторах  мощностью 2000 кВт коллекторные пластины 2 соединены с обмоткой якоря с  помощью ленточных гибких петушков (рис. 3.5), что обусловлено большой  разницей диаметров якоря и коллектора. Ленточный петушок 3 приварен к коллекторной пластине тугоплавким медно-фосфористым  припоем. К верхней части петушка  приклепана и припаяна полоска 4, в  которую впаивают концы обмотки  якоря и уравнительных соединений. Для предохранения от замыканий  в обмотке якоря из-за возможного скапливания пыли

Рис. 3.5. Коллекторная пластинамежду гибкими петушками установлены пластмассовые прокладки, а торцовая стенка обмоткодержателя изолирована стеклотканью с эпоксидным связующим составом. На генераторах меньшей мощности петушки выполнены из коллекторной меди. Для облегчения коллектора и уменьшения боковой площади пластин в них сделаны отверстия. Пластины изолированы друг от друга прокладками / из коллекторного миканита толщиной 1 мм. Коллекторный миканит — это прессованный и калиброванный по толщине материал, состоящий из листочков щипаной слюды, склееных связующим веществом — естественной смолой (шеллак), искусственной глифта-левой или кремнийорганической смолой. Коллекторный миканит —-более твердый материал, чем медь, и изнашивается медленнее. В связи с этим в эксплуатации изоляцию между пластинами периодически углубляют до 0,7— 1 мм путем фрезерования (продо-раживания), наименьшая глубина в эксплуатации 0,5 мм.

В коллекторе арочного типа пластины имеют выточки в  форме ласточкина хвоста, в которые  входят конусные части корпуса с  одной стороны и нажимной шайбы  с другой. Пластины стянуты стальными  конусами и 18 шпильками из легированной стали, термически обработанными для  повышения прочности и вязкости. Пластины изолированы от корпуса  манжетами толщиной 2 мм из формовочного миканита на термореактивной глифталевой  смоле. Качество манжет тем выше, чем  ниже содержание связующего вещества. Чтобы исключить возможность  переброса дуги с торцов коллекторных пластин на корпус, выступающую часть манжеты предохраняют от повреждения бандажом из изоляционного материала и покрывают, как и торцовые части пластин, изоляционной эмалью. Чтобы внутренние части коллектора не увлажнялись, необходимо уплотнять (герметизировать) места посадки нажимной шайбы на корпус коллектора с помощью пропитанного шнура и промазки стыка снаружи густыми цинковыми белилами Коллектор обтачивают, продораживают и шлифуют после сборки с якорем.

Для правильной работы щеточного аппарата центр  окружности коллектора должен точно  совпадать с осью его вращения. После обточки коллектора на станке допускается биение поверхности  не более 0,03 мм (но индикатору в холодном состоянии). Чтобы исключить деформацию коллектора в эксплуатации, его подвергают динамической формовке, т. е. разгоняют  нагретый до 150 °С коллектор до частоты вращения, превышающей на 20 % максимальную эксплуатационную частоту вращения. Разгон повторяют несколько раз. После каждого разгона подтягивают коллекторные болты. Диаметр коллектора 850 мм, длина рабочей части 370 мм.

Обмотки якоря, используемые на тяговых генераторах  тепловозов, подразделяются на простые петлевые, сложные петлевые и комбинированные. Якоря тяговых генераторов сравнительно небольшой мощности имеют простые петлевые обмотки с уравнительнымисоединениями. У таких обмоток число параллельных ветвей равно числу полюсов (2а = 2р). Для увеличения числа параллельных ветвей (допустимый ток параллельной ветви 175—200 А) без увеличения числа полюсов в электрических машинах применяют сложные (многоходовые) петлевые обмотки или комбинированные (лягушачьи) обмотки, представляющие собой сочетание двух обмоток — петлевой и сложной волновой. Каждую обмотку рассчитывают на половинную мощность генератора. Тяговые генераторы мощностью 1350 кВт и выше выполняют с двухходовой петлевой или лягушачьей обмоткой якоря.

Первые выпуски  генераторов ГП-311Б имеют комбинированную  обмотку якоря. В пазу обмотка укладывается в четыре слоя; в верхнем и нижнем слоях — катушки волновой обмотки, в двух средних слоях петлевой. Секции петлевой и волновой обмоток присоединяют к одним и тем же петушкам коллектора. Преимущество комбинированной обмотки заключается в том, что не нужно уравнительных соединений, так как секции волновой обмотки одновременно являются уравнительными соединениями первого рода по отношению к петлевой обмотке, а секции петлевой обмотки уравнительными соединениями второго рода по отношению к волновой обмотке. К недостаткам «лягушачьей» обмотки следует отнести сложность, недостаточную технологичность и снижение коммутационных качеств генератора.

Тяговые- генераторы П1-31 1 Б, изготавливаемые с 1971 г., имеют несимметричную двухходовую ступенчатую петлевую обмотку якоря с полным числом уравнительных соединений первого рода, уложенных со стороны коллектора. Они работают более устойчиво, чем генераторы с «лягушачьей» обмоткой. Ступенчатая двухходовая обмотка позволяет применять стеклобандаж для крепления лобовых частей без ухудшения коммутации. Опыт эксплуатации показал, что использование стек.тобандажей на якорях повышает надежность работы тяговых генераторов. Кроме того, многолетняя практика электромашиностроения доказала, что несимметричные (одна из секций в каждом пазу имеет увеличенный на единицу шаг по пазам) обмотки снижают напряжение между коллекторными пластинами до двух раз.

Шаг по коллектору двухходовой петлевой обмотки равен  двум коллекторным делениям, т. е. концы  секции впаиваются в петушки через одну коллекторную пластину, следовательно, две отдельные обмотки размещены на якоре и работают параллельно. Так как каждую из обмоток можно рассматривать как простую петлевую обмотку с числом ветвей, равным числу полюсов, то двухходовая обмотка имеет число параллельных ветвей в два раза больше (2а = 2- 2р). Число щеток ставится равным числу полюсов, но ширина каждой щетки должна быть такова, чтобы одновременно могли работать две обмотки. Схема двухходовой несимметричной ступен чатой обмотки якоря генератора ГП-311Б показана на рис. 3.6, а. Катушка петлевой двухходовой обмотки состоит из трех элементарных одновитковых секций (рис. 3.6, б).

Изоляция катушки  якорной обмотки от корпуса выполнена  тремя слоями стеклослюдянитовой ленты ЛСПЭ-934-ТП и одним слоем стеклянной ленты ЛЭС (вполуперекрышу), кроме того, паз выстлан пленочной стеклотканью. Каждый проводник изолирован одним слоем слюдянитовой ленты ЛС (вполуперекрышу), а все шесть проводников изолированы стеклянной лентой ЛСЭ, пропитанной в лаке КО-916К. После укладки в пазы якоря обмотку пропитывают в изоляционном лаке вакуум-нагнетательным способом и запекают для обеспечения монолитности конструкции. Уравнительные соединения выполнены из меди ПММ размером 1,32x6,3 мм.

Секции с петушками  коллектора и разрезные задние головки  обмотки соединяют пайкой припоем  с содержанием серебра. При динамическом балансировании уравновешивание якоря  производят закреплением грузов на конусе коллектора и задней нажимной шайбе (обмоткодержателе) якоря.

Лобовые части  обмотки якоря крепят бандажами  из стекло-бандажной ленты, пропитанной термореактивным лаком. Ленту накладывают с натяжением до 400 мІІа, которое, как и режим термообработки (запечки) ленты после наложения, контролируется автоматически для получения монолитного высокопрочного бандажа. Обмотка якоря имеет изоляцию класса Р.

Щеткодержатели  тяговых генераторов — это  токоотводяшее устройство коллектора; они должны обеспечивать постоянное нажатие на тетки по мере их изнашивания, хороню отводить тепло от щеток и быть простыми и удобными для их смены. На всех

Рис. 3.6. Двухходовая  петлевая обмотка якоря:

а — схема  катушек и уравнительных соединений; б разрез обмотки в пазу; / пластины коллектора (петушки); 2, 7-нижняя и верхняя  стороны уравнительных соединений; 3, 4— верхняя и нижняя стороны  катушки; 5— соединительная гильза; 6 секция катушки, переходящая в следующий  паз (ступенька); 8- клин пазовый; 9, И, 14- изоляционные прокладки; 10-провод катушки; 12- изоляция катушки от корпуса; 13 изоляционная выстилка паза; г/к = 2- шаг гго коллектору; г/ур = 93— шаг уравнительных соединений; г/г=1- 16 шаг по пазам

Рис. 3.7. Щеткодержатели: а наклонный:б радиальный;а щетка наклонная; / гайка;2 болт крепления щеткодержателя; Я бракет (кронштейн); 4— рифленая привалочная поверхность корпуса; 5-щетка разрезная; 6' резиновая накладка; 7 наконечник открытого типа; Я—скоба (курок); 9 рычаг; 10, 14 втулки; //, 13 - оси; 12-- пружина; 15 корпус; 16 тетка наклоннаятяговых генераторах раньше применяли щеткодержатели наклонного (реактивного) типа. С 1979 г. на генераторах ГП-311Б устанавливают радиальные щеткодержатели с постоянным нажатием на разрезную щетку. Латунный корпус щеткодержатели наклонного типа (рис. 3.7, а, в) имеет две прорези: с наклоном 30° к радиусу коллектора (для набегающей щетки) и 10° (для сбегающей щетки).

Бракет крепится к щиту или поворотной траверсе двумя изоляционными подвесками, изготовленными из микалекса, армированного специальным болтом с одной стороны и гайкой с другой. Щетки марки ЭГ-74 размером 12,5X32x65/60 мм прижимаются к коллектору спиральными пружинами через курки. Силу нажатия, которая должна быть 8—12 Н, регулируют изменением затяжки пружины.

На тяговых  генераторах устанавливают армированные щетки в основном с открытыми  наконечниками, которые прикрепляют  винтами к бракету. Армирование щеток токоведущим проводом (медным шунтом) уменьшает их нагрев, особенно в верхней части, повышает стабильность протекания тока между щеткой и коллектором, улучшает коммутацию. Положение щеткодержателей относительно поверхности коллектора регулируют прорезью в корпусе щеткодержателя под болтом 2. Расстояние от коллектора до щеткодержателя должно быть 2-3 мм. Установка на тяговый генератор щеток разных марок недопустима, так как это приводит к неравномерному распределению тока в щетках. Надежность крепления щеткодержателей, точность размещения щеток и постоянство нажатия на них достигаются использованием гребенчатых (рифленых) привалочных поверхностей щеткодержателя и бракета, а также применением ленточных рулонных пружин.

Корпус радиального  щеткодержателя имеет одно гнездо (рис. 3.7,6), в которое устанавливается  разрезная щетка с резиновым  амортизатором (накладкой) толщиной 12 мм, имеющим прямоугольный выступ, входящий в соответствующий паз  на верхнем торце щетки и отверстия  для токоведущих проводов. Амортизаторы увеличивают срок службы щеток, улучшают коммутацию и ликвидируют отколы щеток. Применение радиальных щеткодержателей  на генераторах ГП-311Б уменьшило  число щеток в два раза.

Внешние характеристики генератора для различных позиций  контроллера (рис. 3.8, а) показывают, что  тяговый генератор может обеспечить максимальный кратковременный ток (ограниченный коммутацией) 6600 А. Зависимость  тока генератора от скорости для нечетных позиций контроллера машиниста  с указанием точек подключения  и отключения ослабления возбуждения  показана на рис. 3.8, б. Эти кривые широко используются в тяговых расчетах при определении нагревания генератора и для нахождения скоростей, при которых происходит срабатывание реле перехода.

Тяговый генератор  типа МПТ 120/49, устанавливаемый на тепловозах ТЭ10, конструктивно мало отличается от генератора ГП-311Б; он имеет параллельно-последовательную («лягушачью») обмотку якоря. Генератор  типа МПТ 120/55А тепловоза ТЭП60 имеет  аналогичную конструкцию, но у него нет поворотной траверсы.

Тяговый генератор  типа ГП-300Б. Генератор тепловоза  ТЭМ2 (рис. 3.9) состоит из тех же основных частей, что и генератор

52

Рис. 3.8. Характеристики генератора: а — внешние при  различных позициях контроллера; б - изменение тока генератора /г в  зависимости от скорости движения v, и, — напряжение; п« — позиция контроллера; Л/7 — параллельное соединение двигателей; ОГІІ—ОЯ2—то же с ослаблением возбуждения

ГП-311Б, поэтому  при описании устройства генератора приведены только его конструктивные особенности.

Корпус якоря  генератора одним концом жестко соединен 12 болтами с фланцем коленчатого  вала дизеля. Конец укороченного вала поддерживается самоустанавливающимся  двухрядным роликовым подшипником, установленным в подшипниковом  щите. Осевой разбег подшипника генератора равен 3 мм (для облегчения сборки), в  то время как у седьмого коренного  подшипника вала дизеля разбег меньше 1 мм. Следовательно, все осевые усилия воспринимаются подшипником дизеля.

Сварная станина 25 генератора изготовлена из толстолистовой стали СтЗ и имеет цилиндрическую форму. Одним концом с центрирующим буртом 24 станина генератора прикреплена непосредственно к большому фланцу картера дизеля. На раму тепловоза генератор опирается лапами 26 (через пружины), приваренными к станине, проушины в верхней части станины служат для подъема генератора. Машина выполнена с самовентиляцией, встроенное вентиляторное колесо закреплено на корпусе якоря. Воздух для охлаждения генератора засасывается вентилятором 21 из капота через отверстия в подшипниковом щите. Со стороны дизеля станина имеет закрытые сетками отверстия для выхода нагретого воздуха. Катушки главного полюса имеют независимую и пусковую обмотки. Непосредственно на каркас катушки уложена пусковая обмотка (см. табл. 3.2), а обмотка независимого возбуждения укладывается поверх пусковой.

53

Обмотка независимого возбуждения имеет девять слоев  с различным числом витков. Для  упрощения конструкции шин, соединяющих  обмотки полюсов, катушки четырех  полюсов имеют открытые выводы, а  четырех других — перекрещенные.