Принцип работы тягового генератора переменного тока

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ростовский государственный университете путей сообщения»

(ФГБОУ ВО РГУПС)

 

Кафедра «Локомотивы и локомотивное хозяйство»

 

 

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

СОГЛАСНО ДОПЦПС

 

«Конструкция, назначение и ремонт Тягового Генератора»

 

 

Выполнил: студент

группы МТС – 3 - 672 А.И. Козырев

 

 

Принял: А.С. Шапшал

 

 

Ростов-на-Дону

 



Содержание

Введение............................................................................................. 3

1. Принцип работы тягового генератора переменного тока........... 4

2.Возможные неисправности.......................................................... 12

3.Устранение неисправностей.......................................................... 14

Заключение....................................................................................... 20

Список использованных источников.................................................... 21

 


Введение

Генератор переменного тока (устаревшее «альтернатор») — электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

Электрические машины, генерирующие переменный ток, были известны в простом виде со времён открытия магнитной индукции электрического тока. Ранние машины были разработаны Майклом Фарадеем и Ипполитом Пикси.

Фарадей разработал «вращающийся прямоугольник», действие которого было многополярным — каждый активный проводник пропускался последовательно через область, где магнитное поле было в противоположных направлениях. Первая публичная демонстрация наиболее сильной «альтернаторной системы» имела место в 1886 году. Большой двухфазный генератор переменного тока был построен британским электриком Джеймсом Эдвардом Генри Гордоном в 1882 году. Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также разработали ранний альтернатор, производивший переменный ток частотой между 100 и 300 герц. В 1891 году Никола Тесла запатентовал практический «высокочастотный» альтернатор (который действовал на частоте около 15000 герц). После 1891 года были изобретены многофазные альтернаторы.

 

Принцип работы тягового генератора переменного тока

Развитие отечественного и зарубежного тепловозостроения сопровождалось непрерывным повышением секционной мощности тепловозов. Увеличение массы поездов, скоростей движения настоятельно требовало применения все более мощных локомотивов. Пока секционная мощность тепловоза не превышала 1470 кВт (2000 л. с), применение тяговых генераторов постоянного тока не вызывало особых затруднений. Все тепловозные силовые установки оборудовались тяговыми генераторами, вырабатывавшими постоянный ток, который непосредственно использовался для питания тяговых электродвигателей. Но уже в конце 50-х годов потребовалось увеличить секционную мощность тепловозов до 2210 кВт (3000 л. с.) и более. В Советском Союзе и ряде других стран были разработаны и построены тепловозные дизели мощностью 2210—2940 кВт (3000—4000 л. с.) с частотой вращения коленчатого вала 850—1500 об/мин. Однако при создании тяговых генераторов постоянного тока для тепловозов с этими дизелями встретился ряд трудностей. С увеличением мощности значительно возрастали размеры генераторов. В то же время для обеспечения надежной работы коллектора и щеток линейная окружная скорость цилиндрической поверхности коллектора не должна превышать 60—70 м/с. Это требование ограничивает увеличение диаметра коллектора и, следовательно, диаметра якоря генератора. Далее, для предупреждения недопустимого искрения на коллекторе и повреждения генератора в результате появления кругового огня напряжение между соседними пластинами коллектора не должно превышать определенной величины — приблизительно 30—35 В. В результате ограничивается и максимальная длина витков обмотки якоря и, следовательно, длина якоря. Действительно, при одинаковой линейной скорости движения в магнитном поле индуктируемая электродвижущая сила в каждом витке обмотки будет пропорциональна длине ее активных сторон.
Таким образом, создание тепловозных тяговых генераторов постоянного тока большой мощности вызывало не только рост размеров и массы, осложняя их размещение на локомотиве, но и наталкивалось на принципиальные трудности. Эта проблема коренным образом могла решаться только путем отказа от применения в электрических машинах коллектора. Коллектор служит для выпрямления тока, вырабатываемого в обмотке якоря генератора, поэтому отказ от его использования практически означает переход на электрическую машину переменного тока. Так на мощных тепловозах получили применение тяговые генераторы переменного тока с выпрямительными установками для питания постоянным током тяговых электродвигателей. Переменным называют ток, который периодически изменяет свое направление и величину. Через определенный промежуток времени Т, называемый периодом, изменение тока точно повторяется. Следовательно, переменный ток передается импульсами. За один период сила тока в замкнутой цепи постепенно возрастает до максимального значения, затем снижается до нуля, ток меняет свое направление на обратное, вновь возрастает до максимальной величины и снова снижается до нуля. Длительность периода определяется в секундах, а число периодов за 1 секунду называют частотой тока. Например, если период (т. е. полный цикл изменения) переменного тока составляет 1/100 секунды, то число периодов за секунду будет равна 100. Итак, частота этого тока равняется 100 периодам в секунду. В электротехнике для измерения частоты тока принята специальная единица — герц — по имени знаменитого немецкого физика Генриха Герца, равная 1 периоду в секунду. Поэтому частота рассматриваемого нами тока окажется 100 Гц (герц). Переменный ток нашел самое широкое применение в электрической энергетике всего мира благодаря ряду своих преимуществ — величина напряжения переменного тока легко изменяется с помощью трансформаторов, в которых не имеется вращающихся

частей, электрические машины переменного тока много проще, дешевле и надежнее машин постоянного тока.

Таблица 1 - Характеристики тяговых генераторов переменного тока

Тип Генератора Мощность, кВт Напряжение, В Ток, А Частота вращения об/мин КПД, % Частота, Гц Масса, кг
ГС-501АУ2 ГС-501АТ2   2 2400 2 1500 2 1700  
ГС-515У2 2 1100 2 1540 2 2500   95,8

 

Тяговый синхронный генератор тип ГС-515У2 представляет собой 12-полосную электрическую машину переменного тока с независимым возбуждение защищенного исполнения и охлаждением от постороннего вентилятора. Он состоит из статора, ротора, подшипникового щита, подшипника, щеткодержателей, патрубков для входа и выхода охлаждающего воздуха. Генератор имеет 10 выводов обмоток статора и 2 вывода обмотки возбуждения ротора. Принципиальная электрическая схема соединения обмоток и маркировка зажимов генератора приведены на рисунке 1, в.

Корпус статора 16 является ос­новой для сборки всех узлов и деталей генератора. Он выполнен в виде цилиндрической сварной конструкции и имеет по бокам в сред­ней части лапы для крепления к поддизельной раме. В корпусе стато­ра собирается и закрепляется сер­дечник 17, выполненный из сег­ментных штампованных листов элек­тротехнической стали. В статоре по дуге меньшего радиуса выполнены пазы для укладки катушек обмот­ки, а в его средней части — вентиляционные отверстия для про­хода охлаждающего воздуха. Для уменьшения потерь от вихревых то­ков поверхность сегментныхпо дуге меньшего радиуса выполнены пазы для укладки катушек обмот­ки, а в его средней части — вентиляционные отверстия для про­хода охлаждающего воздуха. Для уменьшения потерь от вихревых то­ков поверхность сегментных листов покрыта электроизоляционным ла­ком; кроме того, листы сердечни­ка разделены на пакеты сегмент­ными листами из стеклотекстолита.

 

Рисунок 1 – Генератор синхронный тяговый ГС-515У2

а – продольный разрез генератора; б - расположение выводов генератора; в – принципиальная электрическая схема соединения обмоток маркировки зажимов генератора ГС-515У2; 1, 2 – начало и конец обмотки возбуждения (ротора); 1С1, 1С2, 1С3, 2С1, 2С2, 2С3 – выводы фаз обмоток стартера; 10, 20 – выводы нулевых точек обмоток стартера; Н, К – начало и конец полюсных катушек ротора

 

Сегментные листы статора нашихтованы и спрессованы в виде монолитного пакета. Сердечник за­жат между зажимными стяжными шпильками.

В пазах сердечника статора уложена двухслойная волновая об­мотка 20 из медного изолированного провода. Обмотка выполнена по схе­ме двух независимых трехфазных «звезд» с четырьмя параллельными ветвями в каждой. «Звезды» сдви­нуты в пространстве одна относи­тельно другой на 30 ° эл. Изоля­ция катушек обмотки статора влагостойкая, стойкая к парам масла и обеспечивает надежную работу при резких перепадах температуры окру­жающего воздуха. Для предохра­нения изоляции катушек от меха­нических повреждений при укладке их пазы сердечника выстилаются пленкостеклотканью. Обмотка стато­ра крепится в пазах сердечника клиньями из изоляционного мате­риала, а лобовые ее части подвя­заны к изолированным кольцам. Обмотка пропитывается в лаке и по­крывается эмалью горячей сушки. Обмотка статора имеет шесть выво­дов 22 фаз (рисунок 1, б) и два вывода 10, 20 от нулевых точек. Выводы фаз представляют собой сборные шины, заканчивающиеся лу­жеными поверхностями с отверстия­ми для подсоединения к ним сило­вых кабелей.

Корпус ротора 7 сварной кон­струкции. На нем собраны магнитопровод 18 с полюсами 19. Магнитопровод представляет собой набор отдельных листов конструкционной стали с 12 пазами в виде ласточ­кина хвоста и зажатых с обеих сторон нажимными шайбами. Магнитопровод проводит магнитный поток от одного полюса к двум сосед­ним.

Полюса 19 ротора предназначены для создания основного магнитного потока генератора. Полюса имеют моноблочную конструкцию и состоят из сердечников 13 и катушек 14, изолированных от сердечников. Со стороны полюсных башмаков уста­новлены изолированные рамки. По­люса ротора крепятся выступами сердечников в виде ласточкиного хвоста с помощью клиновых шпо­нок в пазах ротора. Сердечники полюсов 13 набраны из отдельных ли­стов конструкционной стали, зажа­тых по торцам сварными «щеками» и стянутых под прессом заклеп­ками. Сердечники совместно с катуш­ками посредством изоляции «Моно­лит-2» объединены в моноблок, что исключает возможность перемеще­ния катушек на сердечниках. Катуш­ки 14 полюсов выполнены однослой­ными и намотаны из прямоуголь­ной неизолированной меди на ребро. Витки изолированы друг от друга

изоляционными прокладками. Соеди­нение выводов катушек выполнено шинами.

Начала обмоток возбуждения присоединены к контактным кольцам 10, которые предназначены для присоединения обмотки ротора с цепью возбуждения. Контактные кольца выполнены из стали и на­прессованы на изолированную втул­ку, закрепленную на валу ротора.

Щеткодержатели 12 предназна­чены для удержания щеток 11 и постоянного прижатия их к поверх­ности контактных колец 10. Радиаль­ные однообоймные щеткодержатели с рулонной пружиной обеспечивают требуемое постоянное нажатие на щетки без дополнительной подрегу­лировки в процессе эксплуатации. Для надежного крепления и правиль­ной установки щеткодержателя отно­сительно рабочей поверхности кон­тактных колец поверхности элемен­тов крепления щеткодержателя и бракетов выполнены рифлеными. Щеткодержатели крепятся болтами и бракетами, которые в свою очередь закреплены к подшипниковому щиту через изоляторы. В генераторе при­менены неразрезные щетки. Контакт­ные поверхности щеток притерты к поверхности контактных колец. Для обеспечения спокойной, без вибрации и ударов, работы щетки снабжены резиновым армированием. Токоведу­щие провода щеток подсоединены к бракетам. С каждым контактным кольцом соприкасаются три щетки.

Подшипниковый щит 15 служит опорой ротора и используется для центровки ротора относительно про­дольной оси статора. Подшипнико­вый щит выполнен в виде сварного каркаса из колец и ребер. В цен­тральной части щита вставлена съем­ная ступица 3, закрепленная бол­тами. Съемная ступица позволяет при необходимости заменить вмонти­рованный в нее подшипник без раз­борки и снятия генератора с тепло­воза. К корпусу генератора щит крепится болтами за внешнее кольцо с центрирующим выступом (замком).

Для опоры и свободного враще­ния ротора в генераторе применя­ется сферический роликовый двух­рядный подшипник 4. Подшипник с двух сторон закрыт задней 8 передней 5 крышками, образующими смазочную камеру. Крышки крепят­ся одна с другой через съемную ступицу болтами. В подшипнике при­менена консистентная смазка с высо­кой стабильностью смазывающих свойств. С целью предотвращения вытекания смазки из подшипниковой камеры наружу или внутрь генера­тора, а также проникновения в под­шипник пыли и влаги применены лабиринтные уплотнения, образо­ванные насаженными на вал гене­ратора уплотнительными кольцами и выступами в крышках подшипника. В процессе эксплуатации смазка в подшипник добавляется шприц-прес­сом через масленку 9, ввернутую в ступицу 3.

Патрубки входной 1 и выходной 21 предназначены для подвода и отвода охлаждающего воздуха и об­разуют с каналами для прохож­дения воздуха систему вентиляции генератора. Очищенный от посто­ронних примесей воздух нагнетается в патрубок со стороны контактных колец, проходит через вентиляцион­ные каналы и через окна выход­ного патрубка выбрасывается из ге­нератора.