Text
                    БОРУДОВ
К. И. Рудая
Е. Ю. Логинова
Тепловозы
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ И СХЕМЫ УСТРОЙСТВО И РЕМОНТ
УТВЕРЖДЕНО
Главным управлением кадров и учебных заведений МПС в качестве учебника для учащихся технических школ железнодорожного транспорта
Сканировал
^Малы^ин fi.Jl'.
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1991
УДК 629.424.1.064.5(075.32)
Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт: Учеб, для техн. шк.— М.: Транспорт, 1991. 303 с.
Рассмотрены принципы работы, устройство и системы автоматического регулирования электрических передач постоянного и переменно-постоянного тока. Изложены основы технологии ремонта электрооборудования. Приведены принципы работы полупроводниковых микроэлементов и использования микропроцессорных систем на тепловозах.
Для учащихся технических школ.
Ил. 155, табл. 17, библиогр. 17 назв.
Книгу написали: К. И. Рудая — гл. 1—9, 12; Е. Ю. Логинова гл. 10, 11
Рецензенты: А. В. Кабаков, В. И. Головко
Заведующий редакцией В. К. Тихонычева
Редактор И. И. Киселева
3202030000-110 Р----------------- КБ-11-90-1991
049(01 )-91
ISBN 5 277-00428-9
© К. И. Рудая; Е. Ю. Логинова. 1991
Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕ МОЩНОСТИ
1.1.	НАЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ И ЕЕ СВОЙСТВА
Назначение передачи. Тепловоз, у которого коленчатый вал дизеля непосредственно соединен с осями движущих колесных пар (так называемый тепловоз непосредственного действия), практически неработоспособен. Без дополнительных устройств такой локомотив не сможет сдвинуться с места и следовать с заданной скоростью по перегону. Это объясняется тем, что давать нагрузку на дизель можно только при частоте вращения коленчатого вала, равной примерно 1/3 номинального ее значения; мощность дизеля увеличивается при увеличении частоты вращения коленчатого вала, наконец, конструкция дизеля не допускает больших перегрузок.
Вращающий момент, создаваемый дизелем, почти не зависит от частоты вращения его вала (при постоянной подаче топлива). Сила тяги тепловоза непосредственного действия также не зависит от частоты вращения коленчатого вала. Тяговая характеристика (зависимость развиваемой силы тяги от скорости) такого тепловоза—линия 1 (рис. 1.1) не обеспечивает трогание и разгон поезда. На тепловозе необходимо устанавливать дополнительный двигатель для разгона. Дизель с полной нагрузкой сможет работать только на расчетном подъеме, а на более легких участках профиля он будет недогружен. Идеальная тяговая характеристика тепловоза должна иметь зависимость в виде гиперболы (кривая 2 на рис. 1.1), при которой обеспечивается изменение силы тяги обратно пропорционально скорости движения. Для получения характеристики, соответствующей наиболее эффективной работе тепловоза, необходимо устанавливать комплекс устройств, предназначенных для передачи мощности от коленчатого вала дизеля к осям движущих колесных пар, называемый передачей мощности. Передача мощности преобразует вращающий момент и частоту вращения вала силовой установки в изменяющиеся по заданному закону вращающий момент и частоту вращения осей колесных пар.
Требования, предъявляемые к передаче мощности. Передача тепловоза должна обеспечить: силу тяги в момент трогания и разгона поезда, намного превышающую по значению силу тяги при номинальном режиме; использование полной мощности дизеля во всем диапазоне скоростей движения локомотива (т. е. режим дизеля может сохраняться неизменным при различных условиях движения
з
Рис. 1.1. Зависимость силы тяги Л тепловоза от скорости и
которая по многим показателям менных электрических передач при сохранении почти тех же п удельных масс. На тепловозах i
поезда); пуск дизеля и работу его на холостом ходу; изменение направления движения тепловоза при постоянном направлении вращения вала дизеля.
Передача мощности должна обладать высокой надежностью и долговечностью, наименьшими размерами, массой и стоимостью, высоким к. п. д. на всех режимах работы, минимальными затратами на обслуживание и ремонт. На тепловозах применяются три типа передач мощности: электрическая, гидравлическая и механическая. Наибольшее распространение получила электрическая передача, наиболее эффективна. Для совре-характерно увеличение мощности баритных размеров и уменьшении [рименяют электрические передачи
мощности постоянного, переменно-постоянного и переменного тока. Преимущественное распространение в мировой практике имеет передача на постоянном токе. Коэффициент полезного действия электрической передачи при продолжительном режиме 84—86 %. В связи с увеличением мощности тепловозов получает широкое
распространение передача переменно-постоянного тока.
Электрическая передача постоянного тока состоит из тягового генератора Г, приводимого во вращение валом дизеля Д, тяговых электродвигателей /, 2, расположенных на движущих колесных парах тепловоза, системы возбуждения генератора СВГ (рис. 1.2, а), а также ряда вспомогательных машин и аппаратов, не указанных на рисунке. {Электрическая передача позволяет автоматически приспосабливаться к условиям движения поезда. Сила тяги, создаваемая тяговыми электродвигателями, увеличивается при возрастании сопротивления движению и уменьшении скорости и, наоборот, уменьшается при падении сопротивления движению и увеличении скорости. Особенностью электрической передачи является незави
Рис. 1.2. Схемы передачи мощности: а - на постоянном токе; б—на переменно-постоянном; в - на переменном токе
4
симость силы тяги тепловоза от вращающего момента и мощности дизеля, т. е. можно получить большую силу тяги при малой мощности дизеля и малую силу тяги при его большой мощности.
Сила тяги у тепловоза с электрической передачей (при данной мощности дизеля) ограничивается нагреванием тяговых электрических машин, которые допускают большую кратковременную перегрузку (генераторы — в 1,5 раза, а электродвигатели — в 2 раза). Перегрузку используют во время трогания поезда и преодоления крутых подъемов небольшой длины. Для того чтобы мощность дизеля поддерживалась постоянной, сила тяги должна автоматически изменяться обратно пропорционально скорости, т. е. при увеличении силы тяги, например, в два раза скорость тепловоза должна уменьшаться также в два раза.
Дизель-генераторный агрегат и тяговые электродвигатели тепловоза конструктивно между собой не связаны, что дает возможность создать наиболее простую систему передачи энергии на движущие колеса. Электрическая передача обеспечивает сочлененную работу нескольких секций (по системе многих единиц), управляемых с одного поста. Недостатки электрической передачи — большая масса, высокая стоимость и повышенный расход цветных металлов по сравнению с другими видами передач. Тепловозы с этим видом передачи имеют сравнительно высокий к. п. д. на ободе колес (28— 30%), тяговую характеристику, приближающуюся к идеальной, плавное трогание с места, просты и надежны в управлении.
Секционная мощность тепловозов, работающих на железных дорогах СССР за послевоенные годы, увеличилась с 736 до 2210 кВт, но для ряда направлений уже сейчас требуется большая мощность. Создание более мощных тепловозов с электрической передачей постоянного тока вызывает много затруднений, главное из которых — неудовлетворительная коммутация тяговых генераторов постоянного тока. Практически тяговые генераторы постоянного тока при частоте вращения 1000 об/мин и номинальной мощности 2000 кВт с устойчивой коммутацией нельзя разместить в отведенные габаритные размеры для них на тепловозе. Поэтому применяют передачу переменно-постоянного тока, в которой вместо генератора постоянного тока устанавливается синхронный генератор и выпрямительная установка. Тяговые синхронные генераторы сокращают затраты меди и высоколегированной электротехнической стали, практически снимают ограничение по частоте вращения. Синхронные генераторы более надежны в работе и требуют меньшего ухода в эксплуатации из-за отсутствия щеточно-коллекторного аппарата^Синхронные генераторы на тепловозах не применялись, так как"не было надежных малогабаритных выпрямительных установок.
Развитие силовой полупроводниковой техники дало возможность создать выпрямители, отвечающие условиям эксплуатации тепловозов.
В СССР первые тепловозы типа ТЭ109 с передачей переменнопостоянного тока были выпущены в 1967 г. Передачу переменнопостоянного тока имеют магистральные тепловозы и мощные маневровые тепловозы. При передаче переменно-постоянного тока (рис. 1.2, б) дизель вращает вал трехфазного синхронного генератора СГ, напряжение которого подводится к выпрямительной установке ВУ и после выпрямления к электродвигателям постоянного тока 1, 2. Применение тяговых электродвигателей постоянного тока обычного исполнения обусловливает низкий коэффициент пульсации напряжения и его высокую частоту. Для снижения пульсаций генератор имеет две обмотки статора, соединенные в звезду со сдвигом на 30° эл*, а выпрямительная установка выполнена с двумя параллельными мостами. Такая схема уменьшает пульсацию напряжения в 2 3 раза и увеличивает примерно в 2 раза частоту.
На тепловозах с электрической передачей постоянного тока применяют электрический пуск дизеля. Для этого на главных полюсах тяговых генераторов укладывают, кроме обмотки независимого возбуждения, пусковую обмотку, получающую питание от аккумуляторной батареи только во время пуска дизеля. При пуске тяговый генератор работает в режиме двигателя с последовательным возбуждением и приводит во вращение коленчатый вал дизеля. В передачах переменно-постоянного или переменного тока для пуска дизеля используют стартер-генераторы.
В электрической передаче переменного тока используют в качестве тягового генератора синхронный генератор, а в качестве тяговых электродвигателей — асинхронные короткозамкнутые двигатели. Такие двигатели при одинаковых параметрах с двигателями постоянного тока имеют меньшие габаритные размеры, в 1,2- -1,4 раза легче, в 2—3 раза дешевле, практически не имеют ограничений по силе тяги и току и обладают большой надежностью в эксплуатации из-за отсутствия щеточно-коллекторного аппарата Для условий тяги регулирование частоты вращения ротора асинхронного короткозамкнутого двигателя может производиться изменением частоты тока, подводимого к двигателю, или числа пар полюсов (ступенчатое управление).
Переменное напряжение тягового синхронного генератора СГ подается на выпрямительную установку ВУ (рис. 1.2, в), выпрямленное напряжение подводится к тиристорному инвертору И, где оно преобразуется в переменный ток регулируемой частоты, которым питаются асинхронные двигатели Л. (Передача переменного тока обеспечивает более простой переход от режима тяги к электрическому торможению. Такой тип передачи имеет опытный тепловоз ТЭ120.
* 1"эл = !/360 части периода переменного тока. На окружности якоря ему соответствует 1/р геометрических градусов, где р число пар полюсов. При ?.р . 12; 30"	-=5 ".
1.2.	ПРИНЦИПЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ И УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
Регулирование напряжения тяговых генераторов. Мощность дизе
ля регулируют изменением частоты вращения коленчатого вала пд. При такой регулировке к. п. д. дизеля остается почти постоянным в широких пределах изменения частоты вращения, поэтому на тепловозах с электрической передачей применяют ступенчатое (обычно 8—15 позиций контроллера) изменение частоты вращения вала дизеля при полном использовании наибольшего вращающего момента. Число ступеней выбирается таким, чтобы при переходе с одной ступени на другую не было больших изменений силы тяги и
тока.
Несмотря на то что для дизеля обычно устанавливается несколько ступеней мощности, расчетным принят режим, соответствующий полной мощности, которая должна поддерживаться постоянной в широком диапазоне скоростей движения тепловоза.
Постоянство мощности дизеля Л(е может быть легко достигнуто с помощью электрической передачи. Для этого достаточно, чтобы произведение тока тягового генератора на напряжение было постоянным. В этом случае графически внешняя характеристика генератора1 (зависимость напряжения от тока при постоянной частоте вращения пд), так же как и тяговая характеристика, изображается равнобокой гиперболой (линия б, в на рис. 1.3).
Генераторы общепромышленного исполнения не могут обеспечить такую характеристику (рис. 1.4). Генераторы со смешанным (противокомпаундным) возбуждением иногда применяются на теп
ловозах малой мощности, дизель-поездах и автомотрисах.
На тепловозах применяются тяговые генераторы с независимым возбуждением, а создание их гиперболической внешней характеристики обеспечивается системами автоматического регулирования напряжения СВГ (см. рис. 1.2), которые могут использовать специальные возбудители (электромашинные системы), магнитные усилители или полупроводниковые элементы (тиристоры).
Рис. 1.3. Внешняя характеристика тягового генератора и изменение мощности дизеля N,:
аб—зона ограничения по току; бв—зона использования полной мощности дизеля; ее—зона ограничения по напряжению (возбуждению)
1 В теории электрических машин внешней характеристикой называется зависимость U, от /г при постоянных Лд и токе возбуждения.
7
a)	g)
Рис. 1.4. Схемы возбуждения генераторов:
а — независимого; б — параллельного; в — последовательного; г — смешанного; д — внешние характеристики
Чтобы обеспечить плавное трогание и разгон тепловоза, электрическая передача автоматически ограничивает ток тягового генератора (см. рис. 1.3, линия аб). Участок аб характеризуется большими токами и низкими напряжениями генератора, при этом реализуется максимальная сила тяги.
На современных тепловозах применяется также автом-атическое ограничение напряжения тягового генератора при больших скоростях движения, что позволяет уменьшить габаритные размеры генератора и защитить элементы силовой цепй тепловоза (линия вг) от высокого напряжения. Участок вг характеризуется малыми токами генератора, т. е. низкими значениями силы тяги тепловоза, максимальным напряжением и недоиспользованием мощности генератора и дизеля. Максимальное напряжение генератора (обычно около 700 В) ограничивается допустимым значением среднего напряжения между коллекторными пластинами.
Рис. 1.5. Зависимость напряжения тягового генератора Ur от тока /г при различных позициях контроллера пг
При движении тепловоза с поездом часто не требуется использование полной мощности дизеля, например при движении по легкому профилю, при малой массе состава, при ограничении.скорости на уклонах и др. Мощность дизеля регулируется частотой вращения коленчатого вала, при этом каждому значению па соответствует определенная мощность, при которой к. п. д. дизеля будет максимальным (рис. 1.5). Поэтому система регулирования напряжения тягового генератора должна обеспечить при пониженной частоте «д (частичных нагрузках) постоянство мощности тягового
8
о)
Рис. 1.6. Функциональные схемы регулирования напряжения тягового генератора с использованием:
а—возбудителей с расщепленными полюсами; б — магнитных усилителей и тиристоров
генератора на уровнях, соответствующих экономичным режимам работы дизеля.
Для изменения мощности тягового генератора, а следовательно, и мощности дизеля Д при изменении частоты вращения коленчатого вала пл в систему СВГ вводится сигнал по (рис. 1.6, а). В систему возбуждения СВГ также вводят сигнал по току тягового генератора /г (суммарному току тяговых электродвигателей 1 и 2). Напряжение [/„, вырабатываемое системой СВГ с использованием возбудителей с расщепленными полюсами, подводится к обмотке возбуждения тягового генератора ОВГ, обеспечивая изменение магнитного потока Фг и напряжения (Л тягового генератора по гиперболической кривой. В рассмотренной системе СВГ предполагалось, что мощность генератора постоянная и равна мощности дизеля. В действительности изменяется как мощность дизеля, так и мощность тягового генератора. Мощность дизеля М,, может изменяться от атмосферных условий, а также от изменения мощности WBCn, расходуемой на привод вспомогательных механизмов. В результате может меняться Ne—NBCn, передаваемая тяговому генератору, так называемая свободная мощность дизеля. Мощность тягового генератора может изменяться из-за влияния температуры обмотки ОВГ, гистерезиса машин и др. Вместе с тем, как указывалось выше, мощность дизеля должна поддерживаться постоянной. Для этого в систему СВГ, кроме сигналов по току /г и напряжению Ur тягового генератора и пЛ, вводится сигнал X, по положению органа топливоподачи пропорциональный (при данной пД свободной мощности дизеля (рис. 1.6, б). Такие системы применяют на магистральных и мощных маневровых тепловозах.
Изменение напряжения генератора, определяемое собственными характеристиками генератора и возбудителя или магнитного усилителя (без участия каких-либо внешних регулирующих устройств), называют саморегулированием генератора.
9
Рис. 1.7. Схемы соединения электродвигателей:
а  последовательное; б - параллельное; в — подключение резисторов Ослабления возбуждения
Схемы саморегулирования с гиперболической внешней характеристикой генератора в зоне рабочих токов применены на тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭЗ и ТЭМ2. Они основаны на использовании для возбуждения тягового генератора специальных возбудителей. Схемы саморегулирования с наклонными прямолинейными участками внешней характеристики тягового генератора в зоне рабочих токов {селективные характеристики) использованы на тепловозах типов ТЭ10 и ТЭП60, а также на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7, 2ТЭ121. На первых типах в системе возбуждения генератора используются магнитные усилители, на вторых — тиристоры.
На современных тепловозах применяют схемы автоматического регулирования, обеспечивающие получение гиперболической характеристики (использование полной мощности дизеля) за счет специальных автоматических регуляторов в дополнение к саморегулированию.
Управление тяговыми электродвигателями. Известно, что частота вращения якоря электродвигателя постоянного тока
где U — напряжение на зажимах двигателя; 1, R — ток и сопротивление цепи якоря; Ф — магнитный поток; се — машинная постоянная.
Из формулы видно, что частоту вращения якоря двигателя можно регулировать, изменяя напряжение, магнитный поток или сопротивление в цепи якоря. Из-за вызываемых дополнительных потерь в цепи якоря этот способ на тепловозах не применяется.
Изменение подводимого напряжения к тяговому электродвигателю происходит непрерывно с изменением тока нагрузки (сопротивления движению), так как тяговый генератор имеет гиперболическую внешнюю характеристику. Подводимое напряжение также изменяется при изменении схемы соединения тяговых электродвигателей, например при переключении с последовательной схемы на последовательно-параллельную. Кроме того, при изменении мощности
10
дизеля перестановкой главной рукоятки или штурвала контроллера машиниста с одной позиции на другую, изменяют частоту вращения вала дизеля, а следовательно, и напряжение тягового генератора. Такой способ используется при разгоне поезда.
При последовательном соединении электродвигателей (рис. 1.7, а, б) к каждому двигателю подводится напряжение U = Ur/m, где т — число двигателей, включенных последовательно. Переключая электродвигатели в параллельные цепи с разным числом двигателей, соединенных последовательно, получим несколько значений подводимого напряжения к двигателю. Каждое переключение усложняет схему и увеличивает количество аппаратов. Поэтому на тепловозах сравнительно небольшой мощности обычно применяют две схемы соединения двигателей, а для мощных тепловозов — одну (параллельное включение двигателей) и две ступени ослабления возбуждения. Переключение может осуществляться: разрывом цепи, коротким замыканием группы двигателей и методом моста. Переключение с разрывом силовой цепи снижает силу тяги до нуля, поэтому практически не применяется. Метод моста требует дополнительных резисторов в цепях якорей двигателей, поэтому на тепловозах не используется. На тепловозах применяется метод короткого замыкания, который обеспечивает небольшое снижение силы тяги.
На тепловозах магнитный поток (поле возбуждения) регулируют ступенчато шунтированием обмотки возбуждения, применяя для этого параллельное подключение резисторов (рис. 1.7, в). При полном поле ток якоря /„ проходит по обмотке возбуждения, так как электродвигатели имеют последовательное возбуждение. Если же подключим при помощи контакторов Ш1, IIJ2 шунтирующие резисторы /? и /?Ш2, то по обмотке возбуждения пройдет только часть тока якоря. Так как магнитный поток определяет магнитодвижущая сила (м. д. с), т. е. ампер-витки обмотки возбуждения, то, следовательно, с уменьшением тока в обмотке возбуждения магнитный поток также уменьшается, а п» возрастает. Отношение тока возбуждения /а к току якоря /н называется коэффициентом ослабления возбуждения а. На тепловозах применяют одну или две ступени ослабления возбуждения, коэффициент а не должен быть меньше 0,25, так как это может вызывать резкое ухудшение коммутации тяговых электродвигателей.
1.3.	ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННО-ПОСТОЯННОГО ТОКА
Передача постоянного тока. Электрическая передача постоянного тока получила наиболее широкое применение на тепловозах. В качестве примера на рис. 1.8 представлена принципиальная схема электрической передачи тепловоза 2ТЭ10М. Тяговый генератор Г
11
Рис 1.8. Принципиальная схема электрической передачи постоянного тока:
/—6— тяговые электродвигатели; Г - тяговый генератор; РБ1—РБЗ—реле боксования; ПР - реверсор; ОВ обмотки возбуждения тяговых двигателей, ОД — обмотки добавочных полюсов; ВШ1, ВШ2 - групповые контакторы ослабления возбуждения; CUI1, CLU2-резисторы; /7/ -116 - контакторы поездные; РП1, РП2— реле перехода; РПЗ— реле ограничения максимальной скорости; В -возбудитель; СПВ — синхронный подвозбудитель; ТР — трансформатор распределительный; БТ - блок тахометрический; АВ -- амплистат; ИД индуктивный датчик; ТИН —трансформатор постоянного напряжения; ТПТ1- ТНТ4 - трансформаторы постоянного тока; СУ — узел селективный; СТ — трансформатор стабилизирующий; БВ1, БВ2 выпрямители; ОС, ОУ, ОЗ, ОР  обмогки управления амплистата; ПВ1, ПВ2, ПВЗ- выпрямительные блоки уравнительных соединений; БДС — блок сравнения; ОВГ —обмотка возбуждения тягового генератора; НВ, РВ — обмотка возбудителя независимого возбуждения и размагничивающая; УВМ — узел выделения максимального тока (83--86)
постоянного тока питает тяговые электродвигатели 1—6, соединенные параллельно. Генератор Г имеет независимое возбуждение, а электродвигатели •— последовательное. К генератору тяговые электродвигатели подключаются электропневматическими (поездными) контакторами П1 — П6.
Для расширения диапазона использования полной мощности тягового генератора применяются две ступени ослабления возбуждения электродвигателей. Для этого включают резисторы СШ1, СШ2 параллельно обмоткам возбуждения ОВ электродвигателей с помощью групповых контакторов ВШ1, ВШ2. Направление движения тепловоза изменяется реверсором ПР, который изменяет направление тока в обмотках возбуждения ОВ.
Независимая обмотка возбуждения генератора Г получает питание от возбудителя постоянного тока В, имеющего две обмотки возбуждения: независимую ИВ и размагничивающую РВ. Обмотка ИВ получает питание от амплистата возбуждения АВ (магнитного усилителя с внутренней обратной связью), а обмотка РВ от вспомогательного генератора ВГ. В амплистате происходит суммирование и усиление сигналов задания по частоте вращения вала дизеля и обратной связи по току и напряжению генератора Г. Амплистат имеет четыре обмотки управления: задающую 03, регулировочную ОР, управления ОУ и стабилизирующую ОС.
Комплексное противобоксовочное устройство тепловоза обеспечивает обнаружение боксования и его прекращение с небольшими потерями силы тяги, а также создание динамических жестких характеристик тягового генератора. Система уравнительных соединений двигателей предназначена для улучшения противобоксовочных свойств тепловоза. При жестких динамических характеристиках уравнительные соединения обеспечивают более эффективное восстановление нормального режима работы электродвигателей боксую-щих колесных пар.
Размагничивающая обмотка РВ обеспечивает возбуждение В при повреждении элементов автоматической системы регулирования напряжения генератора Г и размагничивание возбудителя, а следовательно, и ограничение тока генератора при трогании с места. Размагничивание В вызвано тем, что амплистат имеет большой ток холостого хода.
Передача переменно-постоянного тока. Такая электрическая передача применена на тепловозе 2ТЭ116 (рис. 1.9). Переменное напряжение тягового синхронного генератора СГ подается к выпрямительной установке ВУ и после выпрямления подводится к шести тяговым электродвигателям. Двигатели, соединенные параллельно, подключаются к тяговому генератору с помощью электропневмати-ческих контакторов Л1 — П6. Генератор СГ также обеспечивает питание переменным током асинхронные электродвигатели вентиляторов охлаждения различного назначения.
13
Рис. 1.9. Принципиальная схема электрической передачи переменно-постоянного тока
Сила тяги и скорость тепловоза зависят от тока и напряжения тягового генератора. Их соотношения определены внешней характеристикой генератора. Для расширения диапазона скоростей тепловоза, при которых используется полная мощность дизеля, предусмотрены две ступени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей: первая ступень ОП1 -60 % и вторая ОП2— 37 %. Ослабление возбуждения осуществляется подключением резисторов СШ/ — СШ6 параллельно обмоткам возбуждения двигателей с помощью групповых контакторов ВШ1 и ВШ2. Переход на 0111 и 0112 и обратно происходит автоматически с помощью реле перехода РП1 и РП2. Изменение направления движения тепловоза достигается изменением направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей с помощью реверсора ПР.
Обмотка возбуждения тягового синхронного генератора питается от однофазного синхронного возбудителя СВ, через управляемый выпрямитель (усилитель) УВВ. Выходное напряжение УВВ регулируется изменением момента открытия управляемых вентилей (тиристоров), установленных в двух плечах моста
Регулированием тока возбуждения тягового генератора СГ создается требуемая внешняя характеристика (см. рис. 1.3.). Система автоматического регулирования напряжения синхронного тягового генератора СГ построена по принципу замкнутого регулирования напряжения Ur, тока /, и мощности Р{. Сигналы обратной 14
связи по току и напряжению генератора СГ, получаемые от трансформаторов постоянного тока ТПП — ТПТ4 и напряжения ТПН, поступают в узел преобразования и сравнения сигналов, именуемый селективным СУ. В узле СУ по сигналам С, и /г формируется сигнал по мощности генератора и каждый из них сравнивается с сигналом задания (уставки).
Полученный сигнал рассогласования через блок управления возбуждением БУВ управляет открытием тиристоров управляемого выпрямителя УВВ, устанавливая ток возбуждения СГ, необходимый для поддержания заданного значения одной из величин /г, Ur или Рг. Для получения задания по Ur, Л, Р, в узле СУ используют два вида сигналов: по частоте вращения и отклонению мощности дизеля. Первый поступает от тахометрического блока задания БЗВ, а второй — от индуктивного датчика ИД. Система регулирования обеспечивает полное использование свободной мощности дизеля при всех возможных колебаниях.
Для компенсации падения напряжения в цепи обмотки возбуждения СВ при возрастании тока возбуждения СГ применен узел коррекции, состоящий из трансформатора ТК и выпрямительного моста. При повреждении элементов системы автоматического регулирования возбуждения СГ предусмотрен аварийный режим, при котором переключателем шунтируются тиристоры УВВ и он работает как обычный неуправляемый выпрямительный мост; регулирование производится вручную машинистом.
Электрическое оборудование имеет следующие защиты: выпрямительной установки ВУ от токов внешних (в цепи выпрямленного тока) и внутренних (в цепи выпрямительной установки) коротких замыканий, выпрямительной установки и тяговых электродвигателей при выходе из строя электродвигателей вентиляторов, электрооборудования при пробое силовой цепи на корпус, тяговых электродвигателей при боксовании колесных пар и от перегруза при выходе из строя одного из них.
Глава 2 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ
2.1.	НАЗНАЧЕНИЕ И РАСПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ТЕПЛОВОЗАХ
Электрические тяговые машины. К гяговым машинам относятся: тяговые генераторы и тяговые электродвигатели, возбудители и подвозбудители, вспомогательные генераторы, стартер-генераторы, электродвигатели вспомогательных механизмов и машин. Тяговые генераторы и тяговые электродвигатели — это основные тяговые машины, остальные машины вспомогательные.
Тяговые генераторы служат для преобразования механической энергии дизеля в электрическую. На тепловозах с передачей постоянного тока тяговые генераторы также используются для пуска дизеля. Тяговые генераторы приводятся в действие дизелями и образуют вместе с ними дизель-гснераторныс агрегаты или дизель-генераторы.
Тяговые электродвигатели служат для преобразования электрической энергии в механическую энергию движущих колес тепловоза. На тепловозах получил широкое применение индивидуальный привод; когда на каждую двужущую колесную пару передается вращающий момент от отдельного тягового двигателя. Тяговые электродвигатели установлены на тележках тепловоза и приводят в движение оси колесных пар через механические редукторы. На большинстве тепловозов тяговые электродвигатели имеют опорно-осевую (трамвайную) подвеску, т. е. каждый двигатель своим моторно-осевым подшипником опирается на приводимую им ось; другой же стороной он упруго опирается носиком на рамное крепление.
На пассажирских тепловозах ТЭП70, ТЭП60 (конструкционная скорость 160 км/ч) и грузовых 2ТЭ121 электродвигатели имеют опорно-рамную подвеску, при которой двигатель опирается на полую ось, имеющую с движущей осью эластичное соединение.
Вспомогательные генераторы служат для питания цепей управления, освещения и заряда аккумуляторной батареи. Возбудители предназначены для питания независимых обмоток возбуждения тяговых генераторов. На большинстве тепловозов вспомогательный генератор и возбудитель конструктивно объединены в двухмашинный агрегат. К вспомогательным электродвигателям относятся электродвигатели привода маслопрокачивающего и топливопрокачивающего насосов, двигатели различных вентиляторов, стартер-генёраторы, тахогенераторы и др.
16
Аккумуляторная батарея. Для питания тягового генератора при пуске дизеля, а также для питания цепей управления, освещения, возбуждения и ряда вспомогательных машин при неработающем вспомогательном генераторе используют аккумуляторную батарею.
На магистральных тепловозах аккумуляторную батарею располагают в специальных отсеках под полом дизельного помещения, в аккумуляторных отсеках, расположенных по обеим сторонам тепловоза под рамой (над топливным баком) или в топливном баке.
Электрические аппараты. Аппараты необходимы для переключения электрических цепей (в силовых цепях тяговых генераторов и электродвигателей, в цепях возбуждения, вспомогательных механизмов и системах управления, регулирования и защиты). Электрические аппараты в основном размещены в аппаратных (высоковольтных) камерах, расположенных между кабиной машиниста и дизельным помещением или вдоль стенок кузова в передней части дизельного помещения. Аппараты размещены на пульте управления тепловозом и на дизель-генераторе. На тепловозах более раннего выпуска имеется одна аппаратная камера, а на последующих выпусках -- две (правая и левая) и даже три камеры.
Размещение основного электрического оборудования на каждой серии тепловозов имеет ряд особенностей. Рассмотрим расположение электрического оборудования на тепловозе 2ТЭ10М с передачей мощности постоянного тока (рис. 2.1). Тяговые электродвигатели 17 установлены на тележках и имеют опорно-осевую подвеску. Внутри кузова тепловоза располагаются дизель 14 и тяговый генератор 30, основное и вспомогательное электрическое оборудование. В средней части дизельного помещения на общей поддизельной раме установлен дизель-генератор. Двухмашинный агрегат 2 расположен под полом между аппаратными камерами и приводится во вращение от вала тягового генератора через передний распределительный редуктор. От вала дизеля через задний распределительный редуктор и клиноременную передачу вращается якорь синхронного подвозбудителя 38. Аккумуляторная батарея установлена под полом по обеим сторонам дизеля в четырех ящиках 35, а под левой аппаратной камерой размещен стабилизирующий трансформатор 28. Основные электрические аппараты установлены в двух аппаратных камерах 25 и 29. Управление тепловозом производится с пульта 20, установленного в кабине. На пульте управления размещены измерительные приборы, кнопки, тумблеры, аппараты сигнализации.
На задней стенке кабины машиниста расположены блоки радиостанции 26, 27, блок переговорного устройства 22, автоматические выключатели. Для управления тепловозом в двух- и трех-
17
Zl L!
секционном исполнениях на заднем листе рамы крайней секции и на переднем и заднем листах средней секции установлены розетки межтепловозных соединений 43 и розетки параллельного включения аккумуляторных батарей.
2.2.	ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Генераторы. Принцип действия электрических генераторов основан на использовании закона электромагнитной индукции. Этот закон гласит: в проводниках, пересекающих магнитные линии, индуктируются электродвижущие силы (э. д. с.), которые пропорциональны числу магнитных линий, пересеченных за единицу времени.
Электродвижущая сила, индуктированная в витке, вращающемся в основном магнитном поле (рис. 2.2), будет тем больше, чем большее число магнитных линий пересекают проводники 1 и 2 в единицу времени. Число пересекаемых проводниками линий зависит от густоты магнитного потока, т. е. магнитной индукции В, длины проводника I и частоты вращения п.
Индуктируемая в проводнике э. д. с.
е„р — Bln.
В обоих проводниках индуктируются одинаковые э. д. с., следовательно, полная э. д. с.
£„ = 2В/п,	(2.1)
так как / и п заданы, то характер изменения э. д. с. определяется изменением магнитной индукции под полюсом.
Направление э. д. с. определяют правилом правой руки. Ладонь (рис. 2.3, а) правой руки располагают так. чтобы в нее входили
Рис. 2.1. Расположение электрооборудования на тепловозе 2ТЭ10М:
1 приемные катушки АЛСН; 2  двухмашинный агрегат; 3— ящик дешифратора усилителя АЛСИ; 4— электродвигатель отопительно-вентиляционного агрегата; 5 — прожектор; 6—локомотивный светофор; 7—электропневматический клапан ЭНК; 8 - громкоговоритель радиостанции; 9 • электродвигатель вентилятора кезова: 10- световой номер; //— блокировка валоповоротиого устройства; 12 реле сброса нагрузки; 13 - реле остановки дизеля; 14 --дизель; 15 комбинированное реле давления; /6--электропиевматичеекие вентили открытия жалюзи; 17—тяговый электродвигатель; 18 - буферный фонарь; 19 пульт управления радиостанцией; 20 -пульт управления тепловозом; 21- скоростемер; 22 переговорное устройство; 23—кнопка маневровой работы; 24--ан генно-согласующее устройство радиостанции; 25—правая аппаратная камера, 26, 27 блоки радиостанции; 28—трансформатор стабилизирующий; 29 -левая аппаратная камера; 30 - тяговый генератор: 31- электродвигатель маслопрокачивающего насоса; 32—разъемы пожарной сигнализации; 33- электродвигатель топливоподкачиваюшего насоса: 34, 41 коробки распределительные; 35-аккумуляторные ящики; 36 — датчики пожарной сигнализации: 37- объединенный регулятор дизеля; 38— синхронный подвозбудитель; 39, 40 -датчики; 42—электропневматичсский клапан песочницы задней тележки; 43 розетка междутеплово.зного соединения; 44—задний красный фонарь; 45  задний белый буферный фонарь
19
линии магнитного поля, а отогнутый большой палец указывал направление движения (вращения) проводника,тогда вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной э. д. с. Применяя это правило к проводнику, изображенному на рис. 2.2, найдем, что э. д. с. проводника направлена от нас за плоскость чертежа. Такое направление э. д. с. и соответственно тока условились обозначать крестом ( + ), а противоположное направление, т. е. к нам,— точкой (.).
Простейший генератор переменного тока (рис. 2.4) представляет собой виток 1—2, вращающийся в равномерном магнитном поле, создаваемом электромагнитами N и S. Концы витка 1—2 присоединены к двум кольцам, вращающимся с той же частотой, что и
виток.
На кольца наложены щетки Л и В, к которым присоединяет-
ся внешняя цепь.
Вращая виток с постоянной скоростью в равномерном магнитном
поле, мы заметим, что через одинаковые промежутки времени он будет пересекать неодинаковое число магнитных линий. При расположении сторон витка в горизонтальной плоскости в нем не будет
вовсе индуктироваться э. д. с, так как он не пересекает силовых линий. При расположении витка в вертикальной плоскости, т. е. под серединами полюсов, э. д. с. будет иметь наибольшее число магнитных линий, т. е. между крайними положениями э. д. с. будет плавно изменяться, повторяя кривую распределения индукции В.
Если виток вращается против часовой стрелки, то, применив правило правой руки к одному из проводников витка 1—2, например к проводнику /, мы увидим, что, пока он перемещается под северным полюсом, в нем индуктируется э. д. с., направленная к нам (.), а когда он перемещается под южным полюсом,— э. д. с.,
Рис. 2.3. Правило: а -правой руки; б —левой руки
направленная от нас ( + ).
Таким образом, в рассматриваемом витке 1—2 индуктируется переменная во времени э. д. с., изменяющая свое направление дважды за один его оборот (рис. 2.5, а).
Точно так же будет изменять свое направление и получаемый
20
при этом ток. Такой ток называется переменным.
Время, в течение которого происходит одно полное изменение э. д. с., называется периодом и обозначается буквой Т, а длина окружности якоря т, приходящаяся иа один полюс,-- полюсным делением: т = лО/2р.
Число периодов в секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц). Если машина имеет р пар полюсов, то частота наводимой э. д. с. f увеличивается про
Рис. 2.4. Схема работы машины переменного тока
порционально р, т. е. 1 — рп.
Обычно частота вращения измеряется числом оборотов в минуту; в этом случае
/=рл/60.	(2.2)
Чтобы выпрямить переменный ток, т. е. заставить его течь во внешней цепи в одном направлении, применяют специальное устройство - коллектор. Коллектор представляет собой медное кольцо, разрезанное на несколько частей (пластин), изолированных друг от друга. Концы витка /—2 присоединяются к двум пластинам (рис. 2.6), на которые наложены неподвижные щетки А и В, электрически соединенные с внешней цепью.
Щетки на коллекторе должны устанавливаться так, чтобы они переходили с одной пластины на другую в тот момент, когда индуктируемая э. д. с. в витке равна нулю. В этом случае при вращении витка 1—2 в нем по-прежнему будет индуктироваться переменная э. д. с., но каждая щетка будет соприкасаться только с той коллекторной пластиной и соответственно с тем проводником, который находится под определенным полюсом. Так, например, щетка А б»?.ет всегда соединена с проводником, находящимся под северным полюсом, а щетка В - с проводником, находящимся под южным полюсом.
Рис. 2.5. Кривые э. д. с. (£\) и 1и«а д„) простейшей машины в зависимости от времени I:
а переменного тока; б • • постоянного тока (штриховая кривая синусоида)
21
Рис. 2.6. Схема работы машины постоянного тока
Следовательно, при замене двух колец коллектором напряжение и ток во внешней цепи получаются постоянными по направлению (ток будет течь от тетки А к щетке В), но переменными по значению, т. е. будут пульсирующими (рис. 2.5, б). Таким образом, при помощи коллектора происходит выпрямление переменного тока, индуктируемого в витке, в пульсирующий ток во внешней цепи, который малопригоден для практических цепей. Чтобы сгладить пульсацию тока, необходимо увеличить число витков и соот
ветственно ему число коллекторных пластин, т. е. уложить на якорь обмотку, состоящую из большого числа проводников, определенным образом выполненную и соединенную с коллектором.
Если обмотка якоря имеет большое число проводников, то пульсация значительно уменьшается. Так, при восьми коллекторных пластинах на полюс пульсация напряжения на щетках не превышает 1 % и ток можно считать практически постоянным.
Электродвижущая сила генератора. Если предположить, что Л' - число активных проводников обмотки якоря, 2а -- число параллельных ветвей, Оя — диаметр якоря, п — частота вращения якоря, измеряемая числом оборотов в минуту, то основной поток Ф = т/бС|>, тогда э. д. с. якоря
£„ =	или Е„ = сД>п,	(2.3)
р N где	— постоянная величина для каждой машины.
60 2а
?.3), э. д. с. /:я пропорциональна основному магнитному потоку и частоте вращения якоря и не зависит от формы кривой распределения индукции в воздушном зазоре.
Напряжение U„ на зажимах якоря генератора меньше э. д. с. Е» на значение падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря г„.
ак следует из выражения
Рис. 2.7. Схема работы простейшей электрической машины постоянного тока в режиме: а- генератора; б двигателя
t/я --	/я^я-
(2.4)
Следовательно, э. д. с. гене
ратора можно регулировать изме
22
нением магнитного потока (тока возбуждения) генератора или изменением частоты вращения вала якоря. Падение напряжения обмотки якоря имеет небольшое значение, поэтому, регулируя э. д. с. генератора, мы можем соответственно регулировать его напряжение.
У машин, работающих в режиме генератора, проводники обмотки якоря с током /я находятся в магнитном поле, и поэтому на них будут действовать электромагнитные силы (рис. 2.7, а):
Л,Р = б/Л.	(2.5)
Направление этих сил определяется по правилу левой руки (см. рис. 2.3, б).
Силы F„p создают вращающий электромагнитный момент:
У/ЭМ == Спр/^Я-
При тех же предположениях, которые были сделаны при определении Л',,, электромагнитный момент может быть выражен:
Мэм = смФ/я,	(2.6)
при этом cM = £-f—постоянная величина для каждой машины.
Режим двигателя. Рассмотрев принцип действия простейшей машины, можно установить, что она может работать также двигателем. Действие электродвигателей основывается на взаимодействии магнитного поля с проводником, по которому проходит ток. Если проводник с током поместить в магнитное поле, то на него будет действовать электромагнитная сила Fnp, определяемая по формуле (2.5). Под действием силы проводник начнет перемещаться перпендикулярно магнитным линиям. Направление перемещения проводника определяют по правилу левой руки.
Если к обмотке якоря машины подвести постоянный ток от внешнего источника, то в результате взаимодействия с магнитным потоком главных полюсов возникает электромагнитный момент Л4ЭМ, определяемый равенством (2.6). При достаточном значении якорь придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Электромагнитный момент Л4ЭМ действует в направлении вращения и является движущим (см. рис. 2.7, б). При работе машины электродвигателем коллектор превращает потребляемый от внешнего источника постоянный ток в переменный в обмотке якоря.
Противоэлектродвижущая сила. При вращении якоря электродвигателя проводники его обмотки пересекают магнитные линии, вследствие этого в них индуктируется э. д. с. Ея, определяемая равенством (2.3). Электродвижущая сила якоря Ея направлена против тока /я и приложенного к зажимам якоря напряжения ил, поэтому ее также называют противоэлектродвижущей силой.
23
Напряжение, приложенное к якорю двигателя, уравновешивается э. д. с. Ея и падением напряжения в обмотке якоря:
(/я = £'я + /яГя.	(2.7)
Нельзя не отметить, что сопротивление обмоток тяговых двигателей тепловозов мало (около 0,04 Ом) и, следовательно, напряжение ия практически уравновешивается противо э. д. с. Ея.
Ток, протекающий по обмотке якоря /я, согласно закону Ома
1,—(ия — сепФ)/гя.	(2.8)
Если в формулу (2.7) подставить значение Ея из условия (2.3), то получим зависимость, определяющую регулирование частоты вращения якоря электродвигателя:
Регулирование частоты вращения валов тяговых двигателей тепловозов описано ниже.
Принцип обратимости. Изложенное выше показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Таким свойством обладают все вращающиеся электрические машины, и называется оно обратимостью. Переход машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения осуществляется изменением направления тока в обмотке якоря. Аналогично может происходить изменение режима работы в машинах переменного тока.
Преобразование энергии. Направления действия механических и электрических величин в якоре генератора и двигателя постоянного тока показаны на рис. 2.8. По первому закону Ньютона действующие на вращающееся тело движущие и тормозящие вращающие моменты уравновешивают друг друга.
В генераторе при установившемся режиме работы электромагнитный момент
M3v=M,-MTp-Mc,	(2.10)
гдеЛ1в — момент на валу генератора, развиваемый первичным двигателем; Мгр— момент сил трения (в подшипниках, о воздух, на коллекторе); Мс — тормозящий момент, вызываемый потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря.
В электродвигателе
M,m = M. + Mtp + Mc,	(2.11)
где Мя — тормозящий момент на валу двигателя (насос, станок, генератор и др.).
24
В генераторе Мэчявляется тормозящим моментом, а в двигателе — движущим, причем в обоих случаях Л4ЭМ и Мв противоположны по направлению. Электромагнитный момент Мэм развивает мощность Рэм, которая называется электромагнитной мощностью:
Р,м~Ея1я-	(2.12)
Рис. 2.8. Направление э. д. с., тока и моментов:
о — в генераторе; б — в двигателе постоянного тока
В обмотке якоря под действием Ея и /я развивается внутренняя электрическая мощность:
Ря = £я/я.	(2.13)
Как видно, внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, что отражает процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и обратный процесс в двигателе.
Если умножить соотношения (2.4) и (2.7) на /я, то для генератора получим
Uя/я~ £я/я — /яГн,	(2.14)
а для двигателя
W,=U+fr„	(2.15)
Левые части выражений — это электрические мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей — электромагнитные мощности якоря, а последние члены — электрические потери в якоре.
Хотя приведенные соотношения получены для простейшей машины, они действительны и для машин с более сложной обмоткой, так как э. д. с. и моменты отдельных проводников суммируются. Эти соотношения выражают закон сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока. По этому закону механическая мощность, развиваемая на валу генератора (кроме механических и магнитных потерь), преобразуется в электрическую мощность в обмотке якоря, которая за вычетом потерь в обмотке якоря поступает во внешнюю цепь.
В двигателях электрическая мощность, подводимая к якорю, частично расходуется на потери в обмотке якоря, а остальная часть превращается в мощность электромагнитного поля, а затем в механическую мощность, которая без потерь на трение и в стали якоря передается на вал двигателя (на нагрузку). Общие закономерности преобразования энергии, установленные применительно к машине постоянного тока, относятся также к машине переменного тока.
25
2.3.	РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ, КОММУТАЦИЯ, МОЩНОСТЬ, К. П. Д.
Реакция якоря. При работе электрической машины в режиме холостого хода (/я = 0) ее э. д. с. создается обмоткой возбуждения главных полюсов (рис. 2.9, а), а магнитное поле распределяется симметрично относительно оси полюсов. При нагрузке вокруг проводников обмотки якоря образуется магнитное поле (рис. 2.9, б), ось которого направлена по оси щеток, расположенных на геометрической нейтрали ГН. Воздействие м. д. с. обмотки якоря на магнитное поле машины называется реакцией якоря. Число магнитных линий, пересекающих поверхность якоря, не везде одинаково: наибольшая густота — под серединой полюса, наименьшая — по геометрической нейтрали. В витках, расположенных по самой нейтрали, э. д. с. не индуктируется.
При вращении якоря под нагрузкой результирующий магнитный поток будет распределяться, как показано на рис. 2.9, в. Под левой частью северного полюса он будет ослаблен потоком якоря, имеющим противоположное направление потоку, создаваемому полюсами. Под правой частью северного полюса силовые линии потока якоря имеют одинаковое направление с основным потоком, поэтому в этой части густота магнитного потока увеличивается. Подобное явление будет наблюдаться и у южного полюса. В результате действия реакции якоря основной магнитный поток исказится и как бы повернется на небольшой угол в направлении вращения якоря. Линия ФН, проходящая через точки на поверхности якоря с индук
Рис. 2.9. Магнитное поле: а — главных полюсов; б — якоря; в — результирующее
26
цией fi = O, является физической нейтралью. Смещение нейтрали повлечет за собой перемещение щеток на такой же угол, так как они должны замыкать накоротко те витки, в которых э. д. с. не индуктируется.
Таким образом, если машина работает как генератор, то при нагрузке ее щетки необходимо сдвигать по направлению вращения якорей. С увеличением нагрузки угол сдвига увеличивается. Если электрическая машина работает в качестве электродвигателя, то в ней также действует реакция якоря, поэтому ее щетки приходится сдвигать в направлении, противоположном вращению якоря.
Практически смещение щеток при работе электрической машины представляет большие затрудне
Рис. 2.10. Составляющие м. д. с. якоря: продольная (А'яд) и поперечная
ния в эксплуатации, а для тяговых
машин вообще невыполнимо, так как они работают в широком диапазоне изменения нагрузки и скорости. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали, кроме поперечной м. д. с. якоря Ея„ (рис. 2.10), появляется продольная м. д. с. якоря Еяд, которая суммируется алгебраически с м. д. с. создаваемой обмоткой возбуждения. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали по направле
нию вращения продольная м. д. с. якоря уменьшает результирующее магнитное поле генератора и увеличивает его при смещении щеток
против направления вращения.
Искажение основного магнитного потока под действием поперечной м. д. с. якоря может привести к резкому увеличению напряжения между смежными коллекторными пластинами. У тяговых электродвигателей максимальное напряжение между двумя коллекторными пластинами ик max может превысить в 3 раза его среднее значение икср. По опытным данным, для нормальной работы тяговых двигателей напряжение икср не должно превышать 20 В; при работе двигателей в режиме электрического торможения —14 В; для тяговых генераторов—14- -16 В. Если икср будет превышать указанные значения, то на коллекторе может возникнуть искрение.
Ограничение uKmax обусловлено возможностью возникновения кругового огня на коллекторе, т. е. мощной электрической дуги, замыкающейся между щетками разной полярности. В тяговых машинах с заземленной цепью якоря возможен переброс дуги и на корпус.
27
Для тяговых машин с толщиной изоляции между коллекторными пластинами 0,8—1,2 мм ик х не должно быть больше 35—40 В в режиме наименьшего возбуждения, для поддержания возникшей дуги достаточно напряжения 25—28 В. Для вспомогательных машин Wk max РЭВНО 60-70 В.
Коммутация. Процесс изменения направления тока в секции обмотки якоря, связанный с переходом ее из одной параллельной ветви в другую, называется коммутацией, а секция — коммутируемой.
Время Гк, в течение которого секция замкнута накоротко щеткой и коммутируется, называется периодом коммутации. Обычно Тк равно 0,001—0,0003 с.
Рассмотрим процесс коммутации в секции простой петлевой обмотки при различных положениях щетки относительно коллекторных пластин. Для простоты считаем, что ширина коллекторной пластины и щетки одинакова. На рис. 2.11, а показано положение секции в начале коммутации. Щетка перекрывает коллекторную пластину /, и ток якоря /я, пройдя щетку, распределяется по обеим сторонам коммутируемой секции поровну. Когда якорь вращается, то коллекторные пластины сдвигаются относительно щетки и в какой-то момент щетка равномерно перекрывает обе коллекторные пластины 1 и 2. Тогда через коммутируемую секцию ток протекать не будет, а в параллельных ветвях он будет равен /я/2.
Следовательно, за время перекрытия щеткой обеих коллекторных пластин ток в секции уменьшается от /я/2 до нуля. Изменение тока вызывает наведение э. д. с. самоиндукции е3 (а также взаимоиндукции, если в процессе коммутации участвует несколько секций), а так как процесс происходит быстро, то в коммутируемой секции возникает довольно большая э. д. с. самоиндукции и взаимо-
Рис. 2.11. Ток коммутации:
а изменение тока коммутации в коммутируемой секции; б — добавочный ток коммутации в коммутируемой цепи кольцевого якоря
28
индукции. Эту э. д. с. называют реактивной ер, а наводимый ею ток — током коммутации.
Электродвижущая сила самоиндукции и взаимоиндукции действует всегда так, чтобы поддерживать в цепи установившееся значение тока. При вращении якоря в коммутируемой секции индуктируется э. д. с. внешнего поля ек, имеющегося в зоне коммутации (части поверхности якоря, занимаемой сторонами коммутируемых секций). Электродвижущая сила вращения ек от внешнего поля называется коммутирующей. Она может иметь разные знаки, смотря по тому, в поле какой полярности — северной или южной — находится коммутируемая секция.
В общем случае в коммутирующей цепи имеются обе э. д. с. еР и ек- Под действием суммы этих э. д. с. в замкнутой щеткой коммутирующей цепи возникает добавочный ток коммутации гл (рис. 2.11, б).
По мере набегания щетки на пластину / ток it возрастает, а ток 6 уменьшается, следовательно, ток (л направлен против тока (2(ер препятствует происходящим в цепи изменениям) и согласно с током i2. Поэтому плотность тока на сбегающем конце щетки будет больше, чем на набегающем; это может вызвать искрение щеток. Сбегание щетки с коллекторной пластины можно рассматривать как размыкание' цепи; если запас электромагнитной энергии в этой цепи достаточно велик, т. е. велика es и плотность тока на сбегающем крае щетки, то при размыкании цепи она рассеивается в форме искры размыкания. В конце процесса коммутации (см. рис. 2.11, а) щетка сойдет с коллекторной пластины / и перекроет только пластину 2, вследствие чего ток в коммутируемой секции изменит свое направление по сравнению с первоначальным.
Искрение на коллекторе вызывает нагревание и порчу его поверхности, нарушение работы щеточного аппарата, вследствие чего машина работает ненадежно. Чтобы степень искрения не превышала допустимого значения, необходимо скомпенсировать реактивную э. д. с. ер, но так как реактивная и коммутирующая э. д. с. в течение периода коммутации изменяются, то оперируют средним значением реактивной э. д. с. ерср. По опытным данным для тяговых электродвигателей ерср не должна превышать 4 В. Для наиболее тяжелого режима работы двигателя при наибольшем ослаблении возбуждения ер|р не должна быть больше 8—9 В. Для тяговых генераторов еРсР не должна превышать 8 В.
Уменьшения ерср практически можно достичь уменьшением числа витков в секции обмотки якоря и уменьшением коэффициента удельной суммарной магнитной проводимости. В тяговых машинах тепловозов применяют только одновитковые секции. Для уменьшения удельной магнитной проводимости применяют укороченные шаги обмотки или ступенчатую обмотку. Для улучшения процесса коммутации используют два основных способа: применяют добавочные
29
полюсы и производят подбор щеток с повышенным электрическим сопротивлением (электрографитированные), уменьшая тем самым добавочный ток коммутации.
В условиях эксплуатации мерами предупреждения искрения являются содержание в чистоте поверхности коллектора, конуса, канавок между пластинами, своевременное удаление с рабочей поверхности коллектора подтеков, царапин, заусенцев, смена сколотых и изношенных теток и пр.
Добавочные полюсы. Добавочные полюсы располагают по нейтрали, т. е. между главными полюсами. Они предназначены создавать магнитное поле, индуктирующее в коммутируемых витках э. д. с„ направленную против реактивной э. д. с. Чтобы магнитное поле действовало только в зоне коммутации, ширину полюсов делают небольшой.
Обмотки добавочных полюсов всегда включаются последовательно с обмоткой якоря для того, чтобы происходило автоматическое усиление действия добавочных полюсов при увеличении внешней нагрузки, вызывающей усиление реакции якоря и реактивной э. д. с. в коммутируемых секциях.
У генераторов полярность добавочных полюсов должна быть такой, чтобы шел разноименный добавочный полюс. При работе машины в режиме двигателя за главным полюсом должен располагаться одноименный добавочный полюс. Число добавочных полюсов не обязательно должно быть равным числу главных полюсов; оно иногда меньше 2р. В машинах, несущих ответственную нагрузку, оно всегда равно 2р.
Плошадь поперечного сечения сердечников добавочных полюсов выбирается такой, чтобы индукция магнитного поля была сравнительно небольшой 0,6- 0,7 Тл. Это необходимо для увеличения предельной нагрузки, при которой происходит насыщение магнитной цепи добавочных полюсов. С этой же целью обычно воздушный зазор под добавочными полюсами делают значительно большим, чем под главными.
При относительно небольшом полезном потоке добавочных полюсов их м. д. с. получается значительной, так как большая ее доля идет на компенсацию поперечной м. д. с. реакции якоря.
Витки обмотки добавочных полюсов стараются разместить ближе к якорю, а между остовом машины и сердечником добавочного полюса устанавливают немагнитные прокладки (Н П) с тем, чтобы разделить воздушный зазор между сердечником полюса и якорем на две части (рис. 2.12). Это позволяет уменьшить рассеивание магнитного потока и влияние на коммутацию вихревых токов, индуктируемых в остове и сердечнике главного полюса при резких изменениях тока якоря.
Вихревые токи задерживают изменение магнитного потока добавочных полюсов.
30
При резких изменениях нагрузки изменение потока добавочных полюсов может отставать от изменения тока /я вследствие влияния вихревых токов. В этом случае коммутация расстраивается. Чтобы этого не происходило, сердечники добавочных полюсов в машинах, работающих с резкопеременной нагрузкой, изготовляют из отдельных листов стали.
Если в электрической машине
Рис. 2.12. Добавочные полюсы с зазором:
Q- неподраздоленным; б — подразделенным
имеются добавочные полюсы, то тетки должны устанавливаться на геометрической нейтрали. В действительности в тяговых машинах щетки устанавливают под серединой главных полюсов. Это объясняется тем, что секции обмотки якоря имеют определенный шаг по пазам, т. е. они выгнуты таким образом, что к коллекторным плас-
тинам, с которыми соприкасаются щетки, присоединяются проводники, расположенные на нейтральной линии (под добавочными полюсами).
Компенсационная обмотка. Добавочные полюсы компенсируют действие реакции якоря только в зоне коммутации. Наиболее эффективное средство борьбы с вредным действием поперечной реакции якоря - с искажением основного поля и увеличением напряжения между коллекторными пластинами - использование компенсационной обмотки. В пазах полюсных наконечников главных
полюсов укладывают стержни (проводники) так, чтобы направления токов в них и обмотке якоря в пределах каждого полюсного деления были противоположны.
Компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря, тем самым обеспечивается компенсация поперечной реакции якоря при всех нагрузках. Компенсационная обмотка усложняет конструкцию, увеличивает расход меди и стоимость машины, ухудшает отвод тепла из зоны полюсных наконечников. Поэтому она применяется в мощных и быстроходных машинах, подвергающихся большим перегрузкам.
Вредное влияние поперечной м. д. с. якоря может быть ослаблено увеличением воздушного зазора по краям полюсного наконечника главного полюса путем скоса наконечника либо выполнения эксцентричного очертания его поверхности. Такой способ широко используется при конструировании тяговых электродвигателей.
Вихревые токи. При вращении в магнитном поле сердечника якоря в нем индуктируются э. д. с., и токи, которые, замыкаясь накоротко в толще сердечника, могут достигать больших значений и вызывать чрезмерный его нагрев. Для уменьшения вихревых токов сердечники электрических машин набирают из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаковым покры-
31
тием. Это преграждает путь распространению вихревых токов и хменьшас-г поперечное сечение сердечника.
Мощность и к. п. д. электрических машин. Потребляемая мощность машин постоянного тока определяется произведением тока на напряжение:
Р =	(2.16)
а для однофазных машин переменного тока
Р^Икоьц,	(2.17)
где 1 и U эффективные значения .ока и напряжения; cosq коэффициент мощности, для трехфазных машин переменного тока
/? = 3/,|,(/lt,eos(|',	(2.18)
где /ф и ('ф фазовый ток и фазовое напряжение; q угол сдвига фаз между фазовым током и фазовым напряжением.
Мощность трехфазной машины также может быть выражена через линейный ток /,, и линейное напряжение U.p.
Р= уЗ/л t/vlcos(p.
Превращение одного вида энергии в другой, т. е. электрической энергии в механическую (электродвигатель) или механической в электрическую (генератор), сопровождается рядом потерь. Основные потери:
электрические потери \Рвозникающие при прохождении тока по обмоткам полюсов и якоря, и потери в переходном сопротивлении щеточных контактов. Эти потери пропорциональны квадрату тока:
потери в стали (магнитные) A/J,,, возникающие вследствие перемагничивания сердечника якоря (гистерезис) и индуктирования вихревых токов, пропорциональны индукции В и частоте вращения:
механические потери от трения вала якоря в подшипниках, трения щеток о коллектор и сопротивления воздуха вращению якоря пропорциональны частоте вращения:
П.
Все виды потерь вызывают нагрев машины. Отношение полезной мощности (мощности на валу электродвигателя или на зажимах генератора) к потребляемой (электрической мощности, потребляемой электродвигателем, или механической мощности, затрачиваемой на вращение якоря генератора) называется коэффициентом полезного 32
действия машины р. К. и. д. тепловозных тяговых генераторов составляет 0,94- 0,96, а тяговых электродвигателей -0,90 0,94.
Для электродвигателя полезная мощность, кВт,
где —напряжение, подводимое к электродвигателю, В; /тд -ток, потребляемый двигателем, А.
Полезная мощность генератора
Р, = Url,/1000.	(2.20)
Рис. 2.13. Изменение к. и. д. в зависимости от нагрузки
Полную мощность генератора находим по формуле
Рг ПОЛИ   Рг/т]г, ИЛИ Рг ПОЛИ   РГ 4“ ЛР,
(2.21)
где ЛР = APM +АРетфАРчех — основные потери мощности.
Характер изменения к. п. д. при изменении нагрузки показан на рис. 2.13. При холостом ходе полезная мощность равна нулю, следовательно, и р равен нулю. При малых нагрузках магнитные и механические потери, оставаясь примерно постоянными, имеют относительно большое значение по сравнеию с полезной мощностью, поэтому к. п. д. небольшой. С увеличением нагрузки полезная мощность растет, а магнитные и механические потери изменяются незначительно, и хотя электрические потери увеличиваются, но сказываются сравнительно слабо; в результате к. п. д. увеличивается. Максимальное значение к. и. д. имеет при номинальном режиме или близком к нему При дальнейшем увеличении нагрузки к. и. д. падает, так как рост электрических потерь, пропорциональный квадрату тока, начинает превышать прирост полезной мощности (пропорциональный первой степени от тока).
2.4.	МАТЕРИАЛЫ, НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ
Материалы. В электрических машинах используются конструкционные, активные и изоляционные материалы.
Конструкционные материалы применяются для восприятия и передачи механических нагрузок (валы, станины, подшипниковые щиты, нажимные шайбы и др.), для них используют сталь, цветные материалы и их сплавы, пластмассы.
Активные материалы делятся на проводниковые и магнитные, из них изготавливают активные части машины обмотки и сердечники 2 Зак. 373	33
магнитопроводов. Проводниковые материалы в большинстве случаев — это электролитическая медь и рафинированный алюминий или их сплавы.
Для изготовления магнитопроводов применяется листовая электротехническая сталь, листовая конструкционная сталь, литая сталь и иногда чугун.
Наиболее важный класс магнитных материалов составляют листовые электротехнические стали с добавлением кремния для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи.
Электротехническая сталь разделяется на ряд марок, например Э11, Э21, Э31, Э43, Э310, отличающихся друг от друга содержанием кремния (первая цифра после буквы Э): 1 —слаболегированная (содержание кремния 0,8 1,8%); 2- среднелегированная; 3- повышенно-легированная; 4 - высоколегированная (кремния до 4,8%). Вторая цифра за буквой Э: 1, 2 и 3- соответственно нормальные, пониженные и низкие удельные потери; третья цифра 0 означает, что сталь холоднокатаная текстурованная. В машинах с частотой тока до 100 Гц обычно применяется листовая сталь толщиной 0,5 мм, при более высоких частотах - более тонкая сталь.
Изоляционные материалы используют для изоляции обмоток и других токоведущих частей, а также для изоляции листов электротехнической стали. Они должны иметь высокую электрическую и механическую прочность, нагревостойкость и теплопроводность, малую гигроскопичность и толщину. Изоляционные материалы могут быть твердые, жидкие и газообразные. В электромашиностроении наибольшее значение имеют твердые изоляционные материалы. Нагревостойкость изоляционных материалов решающим образом влияет на надежность работы и срок службы электрических машин. Государственный стандарт на тяговые электрические машины (ГОСТ 2582--81) предусматривает пять классов нагревостойкости изоляции - А, Е, В, F и Н. В тепловозных тяговых машинах используются изоляции классов В, F и Н.
Класс В объединяет изоляционные материалы на основе неорганических диэлектриков (слюда, асбест, стекловолокно) и клеящих пропиточных и покровных лаков и смол повышенной нагревостойкости органического происхождения. Сюда относятся материалы на основе тонкой щипаной слюды -- микалента, микафолит, миканит, а также слюдинитовые материалы. К классу В принадлежат различные синтетические материалы: полиэфирные смолы на основе фталевого ангидрида, фторопласт-3, некоторые полиуретановые смолы и др.
К классу F относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, но с использованием органических лаков и смол, модифицированных кремнийорганическими и другими смолами с высокой нагревостойкостью.
34
Класс Н включает в себя .материалы на основе слюды, стекловолокна и асбеста в сочетании с крс.мнийорганическими, поли-органометаллосилоксановыми и другими нагревостойкими смолами. Такие смолы применяются при изготовлении миканита, слюдинита, стекломиканита, стекломикаленты, стеклоелюдинита, стеклолако-ткани и стеклотекстолита. К классу Н также относится изоляция на основе фторопласта-4.
Под воздействием вибраций, тепла и других факторов происходит старение изоляции, т. е. потеря механической прочности и изолирующих свойств. Опытами установлено, что срок службы изоляции классов А и В снижается в два раза при повышении температуры на каждые 8 10 °C сверх 100 °C.
Тяговые генераторы и электродвигатели тепловозов ТЭ1, ТЭ2 и ТЭЗ имеют изоляцию класса В. На тяговых машинах более мощных тепловозов применена изоляция классов F и Н.
Нагревание электрических машин. Для тепловозных тяговых электродвигателей и тяговых генераторов установлен продолжительный номинальный режим. Продолжительный режим тягового электродвигателя определяется наибольшим током, который не вызывает превышения температур частей электродвигателя выше допустимых, установленных ГОСТ 2582 81, при работе его на испытательном стенде неограниченно долго при номинальном напряжении и требуемом охлаждении.
Для тягового генератора установлены два продолжительных режима для низшего напряжения (номинальный) и при высшем напряжении. Так как тяговые машины тепловоза работают при резко меняющихся нагрузках, то и температура этих машин достигает предельной или при сравнительно небольшой нагрузке в течение длительного времени, или при очень большой нагрузке в течение короткого промежутка времени. Соответственно этому различают ток продолжительного режима и максимальный кратковременный ток.
Ток продолжительного режима (продолжительный) - наибольший ток при номинальном режиме работы электрической машины, при котором предельно допустимое превышение температур обмоток над температурой охлаждающего воздуха (перегрев) достигает установившегося .значения, соответствующего данному классу изоляции.
Предельно допустимые превышения температур обмоток (измеренные методом сопротивления) и коллектора (измеренное методом термометра) при продолжительном режиме тяговых машин следующие.
Класс изоляции Обмотка якоря, °C Обмотка возбуждения, °C Коллектор, °C
В F Н
120	140	160
130	155	180
95	95	105
2*
35
Рис. 2.14. Кривые нагревания
При больших перегревах про-' исходит разрушение изоляции.
Процесс нагревания обмоток электрических машин происходит постепенно.
При различных токах нагрузки он может быть изображен в виде кривых, если по горизонтальной оси отложить время /, а по вертикальной — превышение температуры т (рис. 2.14).
Каждая кривая соответствует определенному току якоря /, при 850 об/мин вала генератора.
Как видно из рис. 2.14, при любом токе превышение температуры обмотки возрастает сначала быстро (за 30 мин оно достигает 50 % установившегося значения), а затем медленно приближается
к определенному значению — так называемому установившемуся превышению температуры (через 180—249 мин). Чем больше ток, тем больше установившееся превышение температуры (при /, = 1800 А ту = 76° С, при /г = 2400 А ту=102°С). Кривые нагревания показывают, что если машина работает с током, большим продолжительного, но кратковременно, то перегрев обмоток не превысит допустимого значения.
Все рассмотренные примеры взяты при условии, что машина начинает работать с холодного состояния обмоток. На этом же рисунке показаны кривые остывания (падающие), позволяющие определить снижение перегрева обмотки (после прохождения тяжелого подъема), если ток нагрузки уменьшился. При тяговых расчетах масса поезда выбирается такой, чтобы превышения температуры обмоток не были выше допустимых по стандарту.
Всякая электрическая машина, в том числе и тепловозная, характеризуется данными номинального режима: мощностью, напряжением, током и частотой вращения якоря. Для тяговых тепловозных электрических машин важны также максимальные величины тока и напряжения и их масса.
Охлаждение электрических машин. Если температура электрической машины превысила температуру окружающей среды, происходит отдача теплоты. Тепло отводится от машины тем больше, чем быстрее сменяется воздух, соприкасающийся с нагретыми частями. Номинальная мощность машины зависит от применяемого класса изоляции и интенсивности охлаждения.
От машины можно получить тем большую мощность (без недопустимого перегрева ее частей), чем выше интенсивность охлаждения. Для интенсивной отдачи теплоты в тепловозных электрических машинах применены две системы охлаждения: независимая (принудительная) и самовентиляция.
36
При независимой системе охлаждения устанавливают специальный вентилятор, подающий охлаждающий воздух в машину со стороны коллектора и выбрасывающий его со стороны задних лобовых частей обмотки якоря или, наоборот, нагнетающий его со стороны лобовых частей и выбрасывающий со стороны коллектора. По первому типу устроено охлаждение тепловозных тяговых электродвигателей (рис. 2.15, а), по второму — тяговых генераторов мощных тепловозов. Независимая вентиляция является наиболее
Рис. 2.15. Схемы независимой системы охлаждения:
а — аксиально-осевая; б — радиально-осевая; /— коллектор; 2— корпус (остов); 3 - входное вентиляционное отверстие; 4 — добавочный полюс; 5— главный полюс; 6— выходное отверстие; 7— задние лобовые части обмотки якоря; 8— якорь; 9 -вал
37
эффективной, так как позволяет применить высокопроизводительный вентилятор. При самовентиляции вентиляторное колесо, насаженное на вал якоря, всасывает воздух со стороны коллектора и выбрасывает его наружу.
Так устроена система охлаждения у тяговых генераторов маневровых тепловозов с передачей постоянного тока и магистрального тепловоза ТЭЗ.
Все тепловозные машины имеют параллельную вентиляцию, т. е. один поток охлаждающего воздуха омывает поверхность коллектора, щеток, обмоток главных и добавочных полюсов, а также частично обмотку и сердечник якоря. Второй поток охлаждает коллектор изнутри, проходит по аксиальным (в осевом направлении) или радиальным вентиляционным каналам сердечника якоря электрической машины и выбрасывается наружу (рис. 2.15, б). В зависимости от этого различают осевую и радиально-осевую системы охлаждения.
Глава 3 ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
3.1.	ОСОБЕННОСТИ ТЯГОВЫХ МАШИН
Тяговые электрические машины тепловозов должны быть работоспособными в условиях повышенной вибрации, многократных и одиночных ударах, при высоте до 1200 м над уровнем моря, при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 40 °C в тени для умеренного исполнения У, а для особо холодных районов (исполнение ХЛ) —от минус 60 до плюс 40 °C, при резких изменениях температуры (на 20—30 °C в течение 2—3 ч), выпадении росы, в запыленном, влажном воздухе.
Мощность тяговых машин на единицу массы и объема по сравнению с машинами общего назначения значительно выше, так как их габаритные размеры очень ограничены. Качество изготовления машин должно обеспечивать длительную безотказную работу их при больших перегрузках, различных загрязнениях и попадания влаги, снега внутрь машин в допустимых количествах. Нельзя забывать и о приспособлении конструкции отдельных сборочных единиц машин к уходу и ремонту в эксплуатации. Для повышения электрической и механической прочности, долговечности и монолитности изолированные обмотки машин, расположенные на сердечниках, пропитывают в термореактивном лаке и запекают. Открытые поверхности обмоток и других деталей машин покрывают электроизоляционной эмалью и сушат при высокой температуре. Лобовые части обмоток якорей в большинстве случаев закрепляют бандажами, выполненными из высокопрочной и теплостойкой стеклобандажной ленты, пропитанной термореактивным лаком.
Сердечники якорей и статоров набирают из листов электротехнической стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью. Для предохранения в эксплуатации от «распушения» и излома крайних листов сердечники имеют сваренные по зубцам концевые пакеты или нажимные пальцы. Для обеспечения надежного токосъема коллекторы изготавливают с высокой точностью расположения пластин по окружности и вдоль оси. Щеткодержатели размещают точно относительно оси якоря и рабочей поверхности коллекторных пластин и надежно прикрепляют к кронштейнам или брикетам; для этого привалочные поверхности выполняют рифлеными (гребенчатыми). Постоянное нажатие на щетки обеспечивается использованием рулонных пружин из специальной ленты.
39
Для создания хороших, стабильных контактных соединений токоведущих частей используют тугоплавкие и внбростойкие серебросодержащие и латунные припои, луженые поверхности; в ответственных соединениях применяют болты из легированной стали, пружинные стопорные шайбы и др. Несущие детали, сборочные литые и сварные единицы изготавливают из высококачественной стали с улучшенной термической и механической обработкой. Соединение деталей путем посадок производится с повышенными натягами. Подшипники качения выполняют по специальным техническим условиям для железнодорожного подвижного состава и смазывают консистентной смазкой, сохраняющей смазывающие свойства при длительной работе подшипников с изменением температуры от минус 60 до плюс 120 °C.
3.2.	ТЯГОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Соединение тяговых генераторов с дизелями. Тяговые генераторы предназначены для преобразования механической энергии дизеля в электрическую, которая передается тяговым электродвигателям. Кроме того, в момент пуска дизеля генераторы постоянного тока работают кратковременно в режиме электродвигателя с последовательным возбуждением, приводящего во вращение коленчатый вал дизеля. Технические данные тепловозных тяговых генераторов приведены в табл. 3.1, 3.2.
Соединения генераторов с дизелями могут быть выполнены двумя способами. Станины генераторов тепловозов ТЭМ2, ТЭМ1, ТЭ1 и ТЭ2 жестко соединены с картерами дизелей, а корпуса якорей генераторов - с коленчатыми валами. Кроме того, станины генераторов опираются на ноддизельную раму через приваренные лапы. Такая конструкция имеет минимальные габаритные размеры по длине и обеспечивает хорошую жесткость.
На более мощных тепловозах применен другой способ соединения. Станина генератора опирается лапами на ноддизельную раму, а корпус или вал якоря генератора через иолужесткую муфту соединен с коленчатым валом дизеля.
Охлаждение тяговых генераторов. Тяговые генераторы тепловозов ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, ТЭМ2 и ТЭЗ имеют защищенное исполнение, с самовентиляцией. Подача воздуха для охлаждения генераторов осуществляется центробежным вентилятором, прикрепленным к корпусу якоря со стороны дизеля. В этих генераторах используется осевая система подачи воздуха, при которой охлаждающий воздух проходит в осевом направлении по каналам сердечника якоря и межполюсным расстояниям.
В генераторах большой мощности (более 1200 кВт) воздух для охлаждения поступает из атмосферы через фильтры, а в период дождей, снежных или пылевых бурь воздух следует забирать из
40
ТаблицаЗ.1
Показатель	Тип генератора				
	мпт 99/47А	ГП-ЗООБУ	ГП-ЗПБУ	ГП-311ВУ	ГП-312У
Серии тепловозов	ТЭЗ, ТЭ7	ТЭМ2, ТЭМ2М	2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, зтэюм, 4ТЭ10С	ТЭП60	М62, 2М62
Охлаждение	Самовеитиляция		Независимое		
Номинальная мощность,					
кВт Ток, А. при напряжении:	1350	780	2000	2000	1270
низшем	2460	1210	4320	4320	3570
высшем Напряжение, В:	1650	900	2870	3150	2230
низшее	550	645	465	465	356
высшее	820	870	700	635	570
Обмотка якоря	Лягушачья	Петлевая	Петлевая двухходовая		
Число полюсов:					
главных	8	8	10	10	10
добавочных Воздушный зазор полюсов, мм:	8	8	К)	10	10
главных	,э	4	5	4	3,5
добавочных Число пластин коллекто-	9	9	13,5	14	9,5
ра	444	380	465	465	444
Масса, кг	7460	4800	8700	9000	7400
Примечания. ]. Все тяговые генераторы постоянного тока с независимым возбуждением.
2. К. и. а. максимальный 94- 94.5%.
кузова. Генераторы, устанавливаемые на тепловозах мощностью 2210 кВт, имеют независимую систему охлаждения, при которой используется быстроходный и высоконапорный вентилятор с подачей до 1500 м3/ч с приводом от дизеля.
Резкое повышение количества охлаждающего воздуха (на 250 %) для генераторов мощностью 2000 кВт по сравнению с генератором мощностью 1350 кВт потребовало для мощных генераторов применить радиально-осевую систему, которая позволяет охлаждать якорь воздухом, проходящим по радиальным каналам в его сердечнике. Магнитная система охлаждается воздухом, проходящим в осевом направлении между полюсами и выходящим из якоря в между-полюсное пространство (см. рис. 2.15). Воздух также охлаждает коллектор, проходя между ленточными петушками коллектора.
41
Таблица 3.2
Тип генератора	Обмотка	Число витков	Сопротивление при 20°С, Ом	Марка провода	Размер провода без изоляции, мм	Класс изоляции
ГП-311БУ	Главных полюсов	105	0,863	псд	4X8	н
	Добавочных полюсов	6	0,000865	шмм	16 X 25	в
	Пусковая	3	0,00473	шмм	6 X 30	н
	Якоря	155 X 3	0,001178	пэтвсд	2(2,81X6,3)	F
ГП-300БУ	Главных полюсов	99	0,72	псд	3,5 X 7,5	В
	Добавочных полюсов	7	0,00387	шмм	14 X 20	F
	Пусковая	3	0,0033	лмм	1,95 X 90	В
	Якоря	76 X 3	0,0060	псдк	3(1,8X5,6)	F
ГП-312У	Главных полюсов	109	0,9	псд	4X8	Н
	Добавочных полюсов	6	0,00087	шмм	20 X 20	F
	Пусковая	3	0,0045	лмм	1,95 X 90	Н
	Якоря	145 X 3	0,00103	псд	3(2,24X5,0)	F
В связи с ростом секционной мощности тепловозов резко возросла потребность в воздухе, охлаждающем электрические машины, выпрямительную установку, высоковольтные камеры и отсеки аккумуляторной батареи. Для обеспечения более удобной компоновки агрегатов, воздуховодов большого сечения, уменьшения массы оборудования и мощности, затрачиваемой на привод вентиляторов, применяется система централизованного воздухоснабжения.
Главный воздуховод размещается в раме кузова, от которого имеются ответвления к потребителям. Воздух для всех нужд подается одним осевым вентилятором большой подачи (к. п. д. осевых вентиляторов 0,8—0,86, а центробежных—0,6—0,65). Вентилятор засасывает воздух из атмосферы через блок воздушных фильтров и нагнетает его к потребителям. Привод вентилятора осуществляется от вала тягового генератора через эластичную муфту и встроенный редуктор.
Тяговый генератор ГП-311Б. Наиболее типичен по конструкции для генераторов постоянного тока генератор ГП-311Б. Основные узлы генератора (рис. 3.1): магнитная система, подшипниковый щит, патрубок для подвода охлаждающего воздуха, якорь.
Магнитная система включает в себя станину, главные и добавочные полюсы. Кольцевой магнитопровод станины изготовлен из толстолистового стального проката с малым содержанием углерода. К станине приварены две лапы, которыми она опирается на подди-42
Рис. 3.1. Тяговый генератор ГП-311Б:
/- вал; 2 коллектор; .3 подшипниковый шит; 4- щеткодержатель; 5— поворотная траверса; 6, 7- катушка и сердечник главного полюса; 8— станина; 9, /0—сердечник и катушка юбавочного полюса; //- обмотка якоря; 12 сердечник якоря; 18— диафрагма; 14- корпус якоря; 15- входной патрубок; 16 — диски; /7—клиновые шпонки; 18 штифт для фиксации щи га со станиной; 19 - крышки; 20- барабан; 21— продольные ребра;
22- шпильки: 23 стержень
зельную раму. В каждой лапе имеются четыре отверстия для крепящих болтов и два отверстия с резьбой для отжимных болтов.
Главные полюсы служат для создания основного магнитного потока. Полюс имеет сердечник и катушку. Сердечник 7 собран из листов холоднокатаной электротехнической стали Э-310 толщиной 1 мм. Листы сердечника изолированы друг от друга лаком, спрессованы и стянуты заклепками. В каждом листе выштамповано отверстие, куда запрессовывается стержень 23 с резьбовыми отверстиями для крепления полюса к станине.
Главные полюсы имеют две катушки независимого возбуждения и пусковую (рис. 3.2, а). Катушки намотаны на каркас 6, имеющий отогнутые бурты, удерживающие рамки 1 и 3, изготовленные из прочной и теплостойкой пластмассы. Изоляция каркаса состоит из четырех слоев гибкого стекломиканита на кремнийорганическом лаке и одного слоя стеклоленты. Пусковая обмотка 5 расположена у полюсного башмака, затем установлена стеклотекстолитовая изоляционная шайба 2, поверх которой намотана обмотка независимого возбуждения 4. Такое расположение катушек обеспечивает хороший отвод тепла.
Витки пусковой катушки изолированы асбестовой электроизоляционной бумагой, пропитанной в лаке ЭФ-3; сверху катушка покрыта стеклянной лентой, пропитанной тем же лаком, затем катушку пропитывают в кремнийорганическом лаке К-47 окунанием.
В процессе намотки каждый слой катушки независимого возбуждения промазывают кремнийорганическим лаком или компаундом К-54. Пустоты заполняют замазкой П-11. Катушку пропитывают в лаке К-47К, запекают и покрывают эмалью ГФ. Катушки главных
Рис. 3.2. Главный полюс:
а — катушка; б -- схема намотки катушек; н — начало; к — конец
Рис. 3.3. Добавочный по-
люс
44
полюсов генераторов МПТ-10/49 и МПТ-120/55А отличаются отсутствием пусковой обмотки и изоляцией витков обмотки независимого возбуждения. Витки изолированы асбестовой бумагой на клеящем лаке.
Из 10 катушек главных полюсов генератора 5 имеют перекрещенные выводы, а 5-- открытые (рис. 3.2, б). Это сделано для чередования полярности полюсов и упрощения конструкции соединительных шин.
Добавочные полюсы состоят из сердечников и катушек (рис. 3.3). Сердечник 6 изготовлен нз стали марки СтЗ. Часть сердечника, обращенная к якорю, сужена, к ней приклепаны латунные или дюралюминиевые угольники 5, служащие для крепления катушек и уменьшения рассеивания магнитного потока. На угольнике расположена изоляционная рамка 4.
Сердечник полюса изолирован от катушки 3 опрессованным и спеченным миканитом или стеклотканью на эпоксидной смоле. Катушка полюса состоит из шести витков. Крайние витки изолированы двумя слоями микаленты и одним слоем стеклоленты. Между витками уложены стеклотекстолитовые прокладки. Готовую катушку покрывают эмалью ГФ-92.
Между стальной накладкой / и сердечником помещена текстолитовая прокладка 2, создающая второй зазор (см. рис. 2.12, б). Полюс в сборе пропитывают в термореактивном лаке и запекают. Между станиной и полюсом укладывают пружинную рамку из ленточной стали для предотвращения перемещения катушки на сердечнике из-за усыхания изоляции и других деформаций. Между сердечником полюса и станиной помещен набор из шести стальных прокладок (общей толщиной 3 мм), служащих для регулирования воздушного зазора под добавочным полюсом при настройке коммутации.
Подшипниковый щит 3 (см. рис. 3.1) тяговых генераторов воспринимает большие усилия. Чтобы не допускать вибрации и смещения щеткодержателей, щит выполнен сварным, каркасной конструкции с выемной ступицей. Это позволяет заменить подшипник без снятия генератора с тепловоза. Для облегчения обслуживания щеткодержателей и смены щеток в щите размещена поворотная траверса 5, представляющая собой сварное кольцо с посадочным и зубчатым венцами и десятью U-образными накладками, к которым через изоляторы прикреплены дюралюминиевые бракеты (кронштейны). На каждом бракете укреплено по девять щеткодержателей со щетками и токособирательные шины. Траверсу в положении, соответствующем нейтрали, фиксируют стопорными болтами. Траверса поворачивается вращением вала поворотного устройства. Для расположения щеток на геометрической нейтрали подшипниковые щиты других тяговых генераторов без поворотной траверсы имеют овальные отверстия под болты крепления, позволяющие поворачивать щит.
45
Патрубок 15 для подвода охлаждающего воздуха к генератору выполнен сварным из тонколистовой стали и имеет разъемы по вертикальной и горизонтальной осям. Он также является щитом, закрывающим детали генератора со стороны привода.
Схема соединений обмоток магнитной системы генератора показана па рис. 3.4. Ток от плюсовых щеток по кабелю ,9/ поступает в тяговые электродвигатели и по кабелю Д2, 112, добавочным полюсам (соединены в две параллельные группы) возвращается к минусовым щеткам. При пуске дизеля ток от плюса аккумуляторной батареи идет по кабелю Я1, якорю генератора, добавочным полюсам, кабелю Д2, П2, пусковой обмотке, кабелю П1 на минус батареи.
Якорь тягового генератора состоит из вала, корпуса (остова), сердечника, обмотки, коллектора и деталей крепления (см. рис. 3.1). Якоря тепловозных генераторов изготовляют с укороченным валом, т. е. применяют так называемую безнальную конструкцию, что
Рис. 3.4. Схема соединений обмоток магнитной системы генератора (вид со стороны коллектора):
Я/, Я2 и Hi, Н2 - начало и конец обмотки якоря и независимого возбуждения; 111 — начало пусковой обмотки; 112, Д2 - конец пусковой обмотки и добавочных полюсов; // и К, Н1 и KI, Н2 и К2— начало и конец катушек полюсов; штриховой линией показаны соединения катушек пусковой обмотки, расположенные со стороны, противоположной коллектору
46
позволяет снизить температуру нагревания его обмотки, трудоемкость изготовления и ремонта, а также массу генератора. Для обеспечения свободного подвода воздуха в центральную часть якоря для входа в радиальные каналы корпус имеет ребристую конструкцию и состоит из сварно-литого барабана 20, к которому приварены литые фланцы и десять продольных ребер 21.
Задний фланец используется для соединения через эластичную муфту с коленчатым валом дизе
Рис. 3.5. Коллекторная пластина
ля, передний -- для папрессовки коллектора. Так как генератор имеет диаметр якоря 120 см, а наибольший размер листа электротехнической стали 100X120 см, то сердечник якоря собирают из пяти
штампованных сегментов, стянутых шпильками в осевом направлении между обмоткодержателями.
В радиальном направлении сердечник закреплен встречными клиновыми шпонками 17, закладываемыми в пазы сегментов и ребер. Натяг между сердечником и корпусом создается расклиниванием шпонок при нагретом сердечнике. Для образования радиальных каналов в осевом направлении сердечник разделен вентиляционными распорками на восемь пакетов. Сердечник якоря имеет 155 пазов.
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
47
между 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 (по индикатору в холодном состоянии). Чтобы исключить деформацию коллектора в эксплуатации, его подвергают динамической формовке, т. е. разгоняют нагретый до 150 °C 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 уравнительными 48
соединениями. 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 ГН-311 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 стеклобандажей па 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
49
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 слюдинитовой 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 стеклобандажной ленты, пропитанной термореактивным лаком. Ленту накладывают с натяжением до 400 мПа, которое, как и режим термообработки (запечки) ленты после наложения, контролируется автоматически для получения монолитного высокопрочного бандажа. Обмотка якоря имеет изоляцию класса F.
Щеткодержатели тяговых генераторов — это токоотводящее устройство коллектора; они должны обеспечивать постоянное нажатие на тетки по мере их изнашивания, хорошо 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 соеди-пенни; 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, 11, /'/- изоляционные прокладки; 10-провод катушки; 12- изоляция катушки от корпуса; 13 изоляционная выстилка паза; t/к —2- шаг гго коллектору; t/yp = 93— шаг уравнительных соединений; уг=\- 16
шаг по пазам
50
Рис. 3.7. Щеткодержатели:
а наклонный: б радиальный; в щетка наклонная; 1 гайка; 2 болт крепления щеткодержателя; 3 бракет (кронштейн); 4— рифленая привалочная поверхность корпуса; 5 -щетка разрезная; 6’ резиновая накладка; 7 наконечник открытого типа; 8-- скоба (курок);
9 рычаг; 10, 14 втулки; 11, 13 - осн; /2-- пружина; 15 корпус; 16 щетка наклонная
тяговых генераторах раньше применяли щеткодержатели наклон-ного (реактивного) типа. С 1979 г. на генераторах ГП-311Б устанавливают радиальные щеткодержатели с постоянным нажатием на разрезную щетке. Латунный корпус щеткодержателя наклонного типа (рис. 3.7, а, в) имеет две прорези: с наклоном 30° к радиусу коллектора (для набегающей щетки) и 10° (для сбегающей щетки).
51
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 и; U, — напряжение; п, — позиция контроллера; ПП — параллельное соединение двигателей; ОП1—ОП2—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 сдоев с различным числом витков. Для упрощения конструкции шин, соединяющих обмотки полюсов, катушки четырех полюсов имеют открытые выводы, а четырех других — перекрещенные.
Обмотка якоря простая петлевая с уравнительными соединениями (рис. 3.10, а). Шаг обмотки якоря по пазам сердечника якоря у-= 1 — К), шаг по коллектору yh— 1. Каждая секция обмотки (рис. 3.10, б) состоит из 15 проводников. Проводники покрыты стеклянной и миканитовой изоляцией, а затем вставлены в миканитовую гильзу. Сверху намотаны слои стеклянной и миткалевой лент. Между секциями, на дно паза и под крепящие обмотку клинья положены миканитовые прокладки. Нод передними лобовыми частями обмотки якоря в углублениях передней нажимной шайбы расположены уравнительные соединения, выполненные из неизолированной меди размером 1.81X6,9 мм. Шаг уравнительных соединений
Рис. 3.9 Тяговый генератор ПЬЗООБ:
/- барабан корпуса якоря; 2- ребра; /Л ступила корпуса якоря; 4 нал; 5- переднее 1абиринтш>е у|1.1(‘тнение: 6 подшипник; / лабиринтное уплотнение; 8 трубка для смазывания. 9— нажимная шайба: 1U- подшипниковый шит; // коллектор; 12— тетки; 13 щеткодержатель; 14. Ю обмотка н сердечник главного полюса; 15 — уравнительные соединенна; Л". 18 обмотка и С' рдс-шик добавочного полюса; /9 — бандаж; 20. 22 - обмотка и сердечник -’коря; 21 ь нтилягор; 23 - фланец; 24 - центрирующий бурт; 25 - станина;
26 опорные лапы
Рис. 3.10. Простая петлевая обмотка якоря ГП-300Б:
а — схема обмотки; б — разрез обмотки в пазу: 1— пластины коллектора; 2— уравнительные соединения; 3— секция обмотки якоря; 4— клин изолнтовый; 5, 9, 10— миканитовые прокладки; 6— медный провод в гильзе; 7— стеклянная лента; 8— миткале-
вая лента
У\Р = 1 —96,6— 101, т. е. уравнительные соединения ставят через каждые пять коллекторных пластин.
Генератор имеет восемь реактивных щеткодержателей, подобных по конструкции щеткодержателям ранних выпусков генератора ГП-311Б, но с той разницей, что здесь к каждому щеткодержателю прикреплены только три корпуса, т. е. в щеткодержатель устанавливаются шесть щеток.
3.3.	ТЯГОВЫЕ СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ Й ТЯГОВЫЕ АГРЕГАТЫ
Тяговые синхронные генераторы. Для локомотива в приемлемых габаритных размерах генераторы могут быть выполнены на тепловозах секционной мощностью до 7500 кВт, т. е. они практически снимают ограничение по мощности. Синхронные генераторы допускают частоту вращения, более высокую, чем генераторы постоянного тока, что позволяет снизить массу дизель-генератора. Синхронный генератор более надежен из-за отсутствия коллекторнощеточного аппарата и сложной изоляции, вращающейся обмотки якоря. Снижаются стоимость самого генератора и эксплуатационные расходы вследствие значительного уменьшения числа щеток, их изнашивания и времени на профилактические работы и ремонт.
55
Электрическая машина	Тип	Мощность, кВт	Напряжение, В, низшее/ высшее	Ток, А	
				при напряжении низшем высшем	максимальный кратковременный
Синхронные генераторы
Тяговый генератор Тяговый генератор	ГС-501АУ1 ГС-515У2		2800 1400	360/580 175/280	2 X 2 X 2 X 2Х	2400 1500 2500 1540	2 X 2Х	3700 3500
		Тяговый агрегат						
Тяговый генератор Вспомогательный генератор	А-714УХЛ		2800 630	366/580 400	2 X 2400 2 X 1520 2 X 570		2 X 3400 2 X 850	
Примечание. Класс изоляции обмоток ротора/статора F/H для всех машин.
Мощность, передаваемая на ротор, составляет не более 1,5 % мощности генератора. Масса синхронного генератора снижается в основном за счет уменьшения расходов электротехнической стали и меди. Основные технические данные тяговых синхронных генераторов приведены в табл. 3.3.
Синхронный генератор (рис. 3.11) это явнополюсная машина, имеющая две трехфазные обмотки (звезды) на статоре, сдвинутые на 30°эл. Корпус ротора генератора сварной, подобен корпусу якоря генератора тепловоза ТЭЗ, т. е. имеет безвальную конструкцию, отличающуюся монолитностью и прочностью. В цилиндрическую часть корпуса ротора 1,3 вварена стальная втулка, на которой монтируют токосъемные кольца, с противоположного конца вварен фланец для соединения с коленчатым валом дизеля. На корпусе ротора расположен индуктор (.магнитопроводное ярмо) из листовой стали со штампованными пазами для крепления полюсов. Листы обода стянуты нажимными шайбами. Сердечники полюсов набраны из отдельных листов электротехнической стали толщиной 1,4 мм марки 08КП, стянутые между собой при помощи нажимных шайб, шпилек и гаек.
Генератор имеет 12 полюсов, прикрепляемых к индуктору ротора при помощи клиновых шпонок в трапецеидальных пазах (крепление типа ласточкина хвоста). Проверяется более простое крепление полюсов к ротору при помощи болтов. Полюсы имеют успокоительную (демпферную) обмотку 18, выполненную из восьми медных или стальных стержней на полюс диаметром 12 мм, соеди-
56
Таблица 3.3
Частота вращения, об/мин	К.н.д. (максимальный), %	Масса, кг	Давление, кПа/ Расход охлаждающего воздуха, м3/с	Серия тепловоза
1000	95,8	6000	1,5/4,45	2ТЭ116, ТЭП70
1000	95,8	5200	1,2/2,8	ТЭМ7, ТЭМ8 (проект)
	95,8			
1000	91,0	8200	2,0/7,5	2ТЭ121
ненных по концам дугами с помощью дайки латунью. Стержни расположены в пазах полюсного башмака. Успокоительная обмотка уменьшает потери и перенапряжения, возникающие при аварийных режимах.
Катушки имеют 66 витков на полюс, выполненных из шинной меди 1,35X25 мм, намотанной на узкое ребро, и залитых эпоксидным компаундом; класс изоляции F, тип «Монолит-2». Сопротивление обмотки при 20 °C 0,458 Ом. Все катушки соединены последовательно. Начало и конец обмотки возбуждения выведены на стальные контактные кольца и присоединены к ним шпильками с гайками. Кольца от корпуса изолированы пластмассой (класс В).
Щетки марки ЭГ-4 (размер 25X32X64 мм), помещенные в латунные щеткодержатели, подводят, ток к обмотке возбуждения. Щеткодержатели закреплены сегментами через изолированную подвеску на специальном выступе щита.
Генератор имеет один сферический роликовой подшипник, расположенный в подшипниковом щите 6 сварной конструкции. В щите имеется съемная ступица (капсула), обеспечивающая замену подшипника без снятия генератора. Станина сварная, цилиндрической формы из листовой стали. В ней собран сердечник статора из сегментов электротехнической стали, стянутых нажимными шайбами и шпильками. Сердечник статора набран из листов толщиной 0,5 мм стали Э-43; имеет 144 паза и 120 вентиляционных отвероий диаметром 27 мм. От «распушения» зубцы сердечника предохраняются нажимными пальцами.
57
Обмотка статора двухслойная, волновая, стержневая. Обмотка выполнена из медного изолированного провода размером 2,1X Х9,3 мм (рис. 3.12) и уложена в пазы. Шаг по пазам 1 —13. Сопротивление одной фазы при 20 °C 0,0011 Ом. Изоляция обмотки класса Н. Пайка катушек между собой и к выводным шинам производится серебряным припоем, а для защиты от попадания грязи, пыли катушки закрыты прессованными изоляционными коробочками.
Обмотки в пазах закреплены пластмассовыми клиньями; лобовые части — специальными колодками, притянутыми к изолированным кольцам 12 (см. рис. 3.11), укрепленным на ребрах нажимных шайб. Генератор имеет десять выводов — шесть от двух звезд, два от нулевых точек обмоток статора и два от обмотки возбуждения.
58
Схема соединения обмоток синхронного генератора показана на рис. 3.13.
Система охлаждения осевая, независимая, расход воздуха 4,45 м3/с при давлении 1,5 кПа. Подача воздуха со стороны дизеля, а выброс со стороны токосъемных колец. В нижней части подшипникового щита укреплен стальной патрубок, через который выбрасывается нагретый воздух. Охлаждающий воздух забирается снаружи через фильтры, установленные с боков кузова.
Частота вращения ротора генератора в аварийных режимах допускается до 1150 об/мин. Срок службы генератора 25 лет.
Тяговые агрегаты. На тепловозах мощностью 2800 и 4200 кВт для снижения массы, уменьшения габаритных размеров, числа машин и облегчения компоновки оборудования применены тяговые
Рис. 3.11. Синхронный тяговый генератор:
/-вал; 2-- капсула; 3—контактные кольца; -/--щеткодержатель; 5-станина; 6—пот шипниковый щит; 7— катушка полюса ротора; 8, 10— сердечник н обмотка статора; 9— нажимная шайба; 11—ребра; /2—кольцо; 13- корпус ротора; 14—выводы; /'>••• подшипник, 16— вентиляционный канал; /7—паз; 18— демпферная обмотка
59
агрегаты, включающие в себя тяговый синхронный генератор СГ и генератор собственных нужд ГСН (вспомогательный). Параметры тягового агрегата приведены в табл. 3.3.
Тяговый агрегат имеет защищенное исполнение и независимую нагнетательную систему охлаждения. Статор синхронного тягового генератора — это основная несущая часть тягового агрегата (рис. 3.14). Для расположения генератора собственных нужд агрегат имеет промежуточный щит и удлиненную станину (по сравнению со станиной тягового синхронного генератора). Станина агрегата имеет лапы для крепления на поддизельной раме и ребра жесткости, в которых находятся отверстия, используемые при транспортировке. На станине статора расположены подставки для монтажа блоков выпрямительной установки.
Станина генератора собственных нужд, служащая одновременно передней нажимной шайбой для сердечника статора, упирается в торец промежуточйого щита, чем обеспечивается необходимая жесткость конструкции. Торцовый подшипниковый щит агрегата по конструкции подобен щиту синхронного тягового генератора. Роторы агрегата имеют общий сварно-литой безвальной конструкции корпус. На корпусе расположены две самостоятельные системы полюсов — тягового генератора и генератора собственных нужд. За генератором собственных нужд расположены контактные кольца обеих машин. Конструкция тягового синхронного генератора СГ подобна описанной выше.
Генератор собственных нужд обеспечивает питание обмотки
Рис. 3.12. Обмотки статора генератора ГС-501 А:
а — схема катушки; б — разрез обмотки в пазу сердечника; /, 2— верхняя и нижняя стороны катушки; 3, 6, 8— изоляционные прокладки; 4— изоляционная прокладка паза; 5, 7—изоляция и провод катушки;
9— пазовый клин
возбуждения тягового генератора, привода вспомогательных механизмов, устройств автоматики и др. Возбуждение ГСН осуществляется по принципу самовозбуждения. Генератор собственных нужд — явнополюсная машина, имеющая 12 полюсов, расположенных на роторе и получающих питание от собственной статорной обмотки. В пазах статора располагаются две трехфазные обмотки, сдвинутые на 30° эл.
Сердечник статора СГ выполнен из листов стали Э43 толщиной 0,5 мм, в которых выштамповано 40 вентиляционных каналов. В пазах статора уложена волновая обмотка, имеющая изоляцию класса Н. Лобовые части обмотки статора крепятся к корпусу статора
60
Рис. 3.13. Схема соединений обмоток генератора ГС-501 А:
н, к, и Н1, Н2- - начало н конец катушек полюсов и обмотки ротора; /С/, 1С2, 1СЗ и 2С1, 2С2, 2СЗ— концы фаз звезд обмотки статора; 10—20— выводы нулевых точек звезд обмотки статора
специальными обмоткодержателями. Сердечники полюсов ротора набраны нз листов стали толщиной 1,4 мм, спрессованы и стянуты шпильками.
Обмотки полюсов выполнены из медной ленты ЛММ 1,08X22 мм, намотанной на ребро, и имеют изоляцию класса F, типа «Моно-лит-2».
Агрегат имеет 20 выводов. Восемь выводов от обмотки статора тягового генератора расположены со стороны дизеля, из них шесть от двух звезд и два от нулевых точек. Двенадцать выводов расположены со стороны контактных колец — шесть от двух звезд обмотки статора генератора собственных нужд, два от нулевых точек и четыре от обмоток возбуждения СГ и ГСП.
61
Выходёоздцха	Вход Воздуха
Рис. 3.14. Тяговый агрегат А-714:
/ выводы обмоток ротора; 2 вад; 3 подшипник; 4 масленка; 5- выемная ступица; 6, 7— контактные кольца; Ящеткодержатели; 9 подшипниковый щит; 10 патрубок для выхода охлаждающего воздуха; //, 2/ - остовы ротора вспомогательного и тягового генераторов; 12 и 14, 20, 22 катушки и сердечники полюсов роторов; 13. 24 и 15, 23 обмотки и сердечники статоров; 16, 17 - корпуса статоров юнераторов; 8 направляющий щиток; 19 соединение обмотки ротора с контактными кольцами; 25 крепление лобовых частей обмотки; 26 выводы фаз и нулевых точек звезд обмотки статора; 27- патрубок для выхода воздуха; 28 соединение катушек полюсов ротора
3.4.	ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Тяговый электродвигатель ЭД-118Б. Конструкция тяговых электродвигателей резко отличается от стационарных машин. Это объясняется тем, что тяговые электродвигатели должны обеспечивать широкий диапазон изменения частоты вращения, большие вращающиеся моменты, надежность работы в условиях многократных и одиночных ударов, вибрации и изменения температуры окружающей среды в широких пределах.
Габаритные размеры тяговых электродвигателей жестко ограни-ченц1. При опорно-осевой подвеске (трамвайной) они определяются шириной колец (1524 мм) и диаметром движущихся колес тепловоза, равным 1050 мм (тепловоз 2ТЭ121 имеет £>к = 1250 мм). Тяговые электродвигатели тепловозов выполняются с опорноосевой подвеской, и только пассажирские тепловозы и мощный грузовой тепловоз 2ТЭ121 имеют опорно-рамную подвеску. Применяемая на тепловозах односторонняя тяговая передача обеспечивает наибольшую активную длину якоря 430 мм и диаметр якоря 493 мм. Конструкция всех частей двигателей должна обеспечивать их гер
62
метичность, так как внутрь тягозых электродвигателем через неплотности и выходные отверстия для охлаждающего воздуха может попадать снег (особенно на стоянках), песок и пыль. Все двигатели постоянного тока имеют независимую систему охлаждения нагнетательного осевого типа с подачей воздуха со стороны коллектора (см. рис. 2.15, а). Основные технические данные электродвигателей приведены в табл. 3.4. По конструкции все тяговые электродвигатели имеют много общего; наиболее типичные из выпускаемых двигатели ЭД-118Б и ЭД-125Б.
Магнитная система двигателя ЭД-118Б (рис. 3.15) образуется из остова (корпуса), главных и добавочных полюсов моноблочной конструкции, межполюсных соединений и выводных проводов. Остов восьмигранной формы одновременно служит магнитопроводом, поэтому он отлит из стали с небольшим содержанием углерода. Электродвигатель к раме тележки подвешен при помощи двух опорных приливов (носиков) со сменными накладками 24, между которыми помешена траверса подвески. Над основными «носиками» сделаны предохранительные приливы, исключающие возможность падения тягового двигателя на путь в случае поломки пружинной подвески двигателя.
Со стороны, противоположной носикам, в расточках остова установлены вкладыши моторно-осевых подшипников, корпуса (шапки) которых крепятся болтами к корпусу двигателя. На корпусе имеются также приливы с резьбой (бонки) для крепления кожуха зубчатой передачи. К торцовой стенке корпуса со стороны коллектора приварены четыре кронштейна для крепления щеткодержателей. В верхней части корпуса со стороны коллектора имеется вентиляционное отверстие, соединенное брезентовой гармоникой (рукавом) с каналом, через который нагнетается воздух для охлаждения электродвигателей. Воздух выходит с противоположной стороны через три отверстия в корпусе двигателя, защищенные сетками и щитками.
Для осмотра коллектора и щеток в корпусе сделаны три коллекторных люка, закрываемых крышками с уплотнениями из пористой резины РФ, такие уплотнения показали хорошую работу в условиях БАМа. Крышка верхнего люка (быстросъемная) запирается пружинным замком, а крышки нижнего 38 и бокового 40 — болтами.
Тяговый электродвигатель имеет четыре главных и четыре добавочных полюса. Главные полюсы расположены по горизонтальной и вертикальной осям, добавочные —- по осям, наклоненным под углом 45 0 к горизонтали. Сердечники главных полюсов собирают (шихтуют) из штампованных листов малоуглеродистой стали Ст2, спрессовывают и скрепляют заклепками. В сердечнике имеется отверстие для запрессовки стального стержня, в который вворачиваются три болта, крепящих полюс к остову. Головки болтов
63
Тип электродвигателя	Мощность, кВт	Напряжение, В, низшее (высшее)	Ток,	А	Частота вращения максимальная, об/мин
			при напряжении низшем (высшем)	максимальный кратковременный	
ЭДТ-200Б	206	275 (410)	820 (550)	1350	2200
ЭД-108АУ1	305	475 (635)	700 (525)	1100	1870
ЭД-118А	305	463 (400)	720 (476)	1100	2230
ЭД-118БУ1	305	463 (700)	720 (476)	1100	2290
ЭД-120АУ1	411	512 (750)	880 (600)	1250	2320
ЭД-121АУ1	413	542 (750)	830 (600)	1250	2320
ЭД-125БУХЛ1	410	536 (750)	840 (600)	1200	2320
ЭД-126УХЛ1	409	548 (725)	820 (620)	1200	1835
ЭД-900У1	380	720 (960)	413 (290)	550	2460
Примечание. Все электродвигатели постоянного тока, кроме асинхронного ЭД-900У1.
заливают кварцкомпаундом, препятствующим попаданию влаги внутрь корпуса.
Внедряется крепление главных полюсов к корпусу с помощью вынесенного из сердечника стержня и болтов по типу электродвигателя ЭЛ-125Б.
Сердечники добавочных полюсов изготовлены из проката марки СтЗ. Башмак сердечника уже, чем основной его размер, и для удержания катушки с двух сторон башмака приклепаны немагнитные полюсные наконечники (уголки) из латуни или дюралюминия. Между сердечником и корпусом расположены дюралюминиевые немагнитные прокладки, увеличивающие воздушный зазор в магнитной пени (рис. 3.16). Для более равномерного распределения магнитного потока торцовую часть сердечника добавочных полюсов изготавливают по радиусу якоря, а катушки - из меди размером 5,6X30 мм. Катушки главных полюсов намотаны из полосовой меди плашмя в два слоя. Катушка состоит из двух полукатушек с числом витков 11 и 8, что дает лучшее заполнение межкатушечного пространства. Катушки добавочных полюсов намотаны также из полосовой меди, но на ребро.
64
Таблица 3.4
К.п.д. (максимальный), %	Масса, кг	Класс изоляции обмо- 1 ок якоря/ возбуждения	Давление, Па	Смазывание моторно-осевых НОд шинников (МОП)	Серии тепловоза
			Расход охлаждающего воздуха, М3/с		
91,0	.3300	в/в	500 0,88	Шерстяная пряжа	ТЭЗ, .ТЭ7, ТЭМ1
91,5	3350	F/F	1177	Принудительное	ТЭП60
			1.17	Циркуляционное	
91,5	3100	F/F	1570 1,33	Польстер	2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 2ТЭ116, М62, 2М62, ТЭМ2
91,5	3350	F/F	1570	Принудительное	2ТЭ116, ТЭ10М,
			1,33- 1,25	Циркуляционное	ТЭ10С
91,1	3000	H/F	1670 1,9	Пол ьстер	ТЭМ7
91,8	2950	H/F	1373 1,67	МОП нет	ТЭП70
91,1	3250	H/F	1670	Принудительное	2ТЭ116, ТЭ10М,
			1,9	Циркуляционное	ТЭ10С
90,9	3600	H/F	1670 1,66	МОП нет	2ТЭ121
91,0 93,5	2300	Н (статор)	2550 1,25		ТЭ120
Витковая изоляция катушек главных полюсов выполнена из асбестовой бумаги, слои катушки изолированы один от другого стеклотекстолитовой прокладкой. Для обеспечения закрепления катушки на сердечнике зазоры между ними заполняют асбестовой лентой ЛАЭ и затем пропитывают в компаунде «Монолит-2». Катушки добавочных полюсов от сердечника изолированы бумагой асбестовой, лентой ЛС40РУ и стеклянной лентой ЛЭС. Пустоты заполнены замазкой П-11. Затем катушку пропитывают в компаунде. Чтобы компенсировать усадку изоляции катушек при эксплуатации, на главных и добавочных полюсах установлены пружинные рамки.
Данные обмоток двигателя приведены в табл. 3.5.
Соединения катушек полюсов и крепление их являются также немаловажным элементом магнитной системы. Опыт эксплуатации показал, что межполосные соединения, выполненные шинами или гибкими проводами, при ослаблении крепления вибрируют, вследствие чего происходит излом соединений и выводов катушек. Более надежны соединения катушек главных полюсов, набранные из гибких шин, а между добавочными полюсами - специальными проводами. Межкатушечные соединения для уменьшения нагрузки на выводы
.3 Зак. 373
65
Рис. 3.15. Тяговый электродвигатель ЭД-118Б:
1 вал; 2, 23—роликовые подшипники; 3, 21—щиты подшипниковые; 4—коллектор; 5— щеткодержатель; 6— кронштейн; 7—изолятор; 8— уравнительные соединения; 9— крышка (закрыта в нерабочем состоянии) ; 10, !5—обмотка и сердечник якоря; 11, 20— межкатушечные соединения; 12— добавочный полюс; 13— болт, залиты., кварцкомпаундом; 14— корпус (остов); 16— главный полюс; 17— нажимные пальцы или сварные пакеты; 18 — щитки; 19— отверстие для выхода воздуха; 22 — атмосферный канал; 24— сменные накладки носиков; 25— крепление межкатушечного соединения к остову; 26— бобышка; 27— уплотнение; 28— верхняя крышка; 29— замок; 30— выводной провод; 31 — фитиль; 32, 38, 40 - крышки; 33— нажимное устройство; 34 — ванна; 35— болт; 36— корпус (шапка) моторно-осевого подшипника; 37— вкладыши моторно-осевого подшипника; 39— трубка подачи масла
Та бл и ц a 3.5
Обмотка	Класс ИЗОЛЯЦИИ	Число витков	Сопротивление при 15°С, Ом	Марка провода	Размер провода без изоляции, мм
Главных по-	F	19	0,0105	Шинная	8 X 25
ЛЮСОВ Добавочных	F	17	0,00812	медь МГМ ШММ	6 X 30
полюсов Якоря	F	216/4	0,013	ПЭТВСД	1,7 X 6,3
катушек прикрепляют к корпусу двигателя через резиновые амортизаторы, гасящие высокочастотные вибрации.
К силовой цепи тяговый электродвигатель подсоединяется четырьмя гибкими проводами ПКФВТ, которые крепятся к корпусу зажимами (клицами) из древеснослоистого пластика или полиэтилена. Провода, используемые на тепловозах ПКФВТ и ПКФМТ, стойки к воздействию масел, дизельного топлива, не допускают распространения горения и обладают морозостойкостью. Схема соединений обмоток магнитной системы тяговых двигателей ЭД-118В и ЭД-125Б приведена на рис. 3.17.
Якорь состоит из вала, сердечника, нажимных шайб, коллектора и обмотки (см. рис. 3.15). Вал якоря изготовлен из высококачественной легированной стали с дополнительной термообработ-
Рис. 3.16. Полюсы тягового электродвигателя ЭД-118Б;
а — главный; б — добавочный; 1 - корпус электродвигателя; 2— волнистая пружина; 3, 15— изоляционные каркасы; 4 - корпусная изоляция катушки; 5, 17— рамки изолирующие; 6 — заполнитель изоляционный; 7— межвитковая изоляция; 8— провод катушки; 9— защитный каркас; 10  изоляция сердечника; 11— сердечник; 12— вывод катушки; 13— немагнитная прокладка; 14— немагнитный опориый уголок; 16— пластина подпора вывода катушки
3*
67
кой. Вал опирается на два роликовых подшипника, вмонтированных в подшипниковые шиты. Свободный конец вала обработан на конус для посадки ведущей шестерни.
Сердечник якоря собран на валу из штампованных листов электротехнической стали марки Э130 толщиной 0,5 мм, лакированных дважды с обеих сторон; крайние листы имеют толщину 1 мм. Они имеют уширенные пазы для укладки усиленной изоляции. Зубцы крайних листов скрепляют сваркой или подпирают нажимными пальцами. Число пазов 54, число вентиляционных отверстий диаметром 27 мм 32 шт., расположенных в два ряда. Листы набирают так, чтобы была масса 363 кг. В спрессованном состоянии сердечник удерживается при помощи нажимных шайб, которые одновременно являются обмоткодержателями. Сила опрессовки пакета листов якоря 1100—1200 кН. Собранный сердечник покрывают эмалью ФЛ-ОЗК и запекают для повышения коррозионной устойчивости. Обмотко-держатели перед укладкой обмотки якоря покрывают стеклотканью, пропитанной в эпоксидном лаке, затем опрессовывают и запекают. Образуется монолитный слой изоляции.
Со стороны шестерни установлена задняя нажимная шайба открытого типа, улучшающая охлаждение задних лобовых частей обмотки. Такая конструкция шайбы требует соблюдения осторожности при ремонте, чтобы не повредить головки лобовых частей.
В пазах сердечника уложена простая петлевая обмотка 10,
имеющая шаг по пазам I—14, ша
Рис. 3.17. Схема соединений обмоток тяговых электродвигателей ЭД-118Б, ЭД-125Б:
И, К— начало и конец катушек полюсов; Я/, Я2 и Cl, С2— начало и конец обмоток якоря и возбуждения; штриховыми линиями показаны соединения катушек главных полюсов со стороны, противоположной коллектору
 по коллектору 1—2 (рис. 3.18, а). В пазу размещены две стороны различных катушек. Каждая катушка состоит из четырех элементарных одновитковых секций. Секция в свою очередь состоит из трех параллельных проводников, которые расположены по высоте паза, а четыре витка, входящих в катушку,— по ширине паза, т. е. имеют горизонтальную укладку (рис. 3.18, б).
Разделение секции на три параллельных провода сделано для уменьшения вихревых токов. В пазовой части катушки изолирована стеклослюдянитовой лентой ЛС-ПЭ и одним слоем стеклянной ленты ЛЭС вполуперекрышу. Передние и задние лобовые части дополнительно имеют между витками секций прокладки из слюды для избежания витковых замыка-
68
ний при осадке и бандажировке. Концы катушек в изгибах дополнительно изолируют полиамидной пленкой ПМА.
На дно паза и под стеклотекстолитовый клин устанавливают стеклотекстолитовые прокладки 7,11, предохраняющие от повреждения изоляцию при укладке и усадке катушек и забивке клиньев, а также компенсирующие отклонения по высоте катушек для заполнения паза. Под передними лобовыми частями обмотки якоря находятся уравнительные соединения первого рода (соединяющие точки с теоретически равными потенциалами), имеющие шаг по коллектору 1 — 109, 5 113, т.е. уравнительное соединение устанавливается одно на паз. Пропитанный якорь покрывают влагостойкой эмалью с последующей запечкой. Эмалевая пленка предохраняет изоляцию от проникновения влаги через поры и микротрещины в поверхностном слое пропиточного лака. Для крепления балансировочных грузов в конусе
Рис. 3.18. Обмотка якоря тягового электродвигателя ЭД-118Б:
а — схема обмотки якоря; б — поперечный разрез обмотки в пазу сердечника; 1, 4 -верхняя и нижняя сторона уравнительного соединения: 2, .3— верхняя и нижняя сторона секций катушек; 5-- пластины коллектора (петушки); 6‘ клии пазовый; 7, 11-уплотнительные и защитная изоляционные прокладки; провод обмотки; 9~ корпусная изоляция катушки; 10— изоляционная выстилка паза; ук - шаг по коллектору; Уур— шаг уравнительных соединений;
у? - шаг но пазам
ылектора и на заднем обмотко-
держателе предусмотрены специальные канавки.
Коллектор арочного типа состоит из втулки, нажимного конуса, пластин, двух изоляционных манжет, цилиндра и стяжных болтов (см. рис. 3.15). Диаметр коллектора 400 мм, число коллекторных пластин 216 шт. Пластины отштампованы из твердотянутой профильной меди, легированной кадмием или серебром, за одно целое с петушком. В нижней части они имеют форму ласточкина хвоста, позволяющего прочно скрепить коллектор. Втулка и нажимной конус, конусные выступы которых входят в выточки пластин, сжаты под прессом и стянуты 12 болтами. Надежность крепления коллектора проверяют при частоте вращения 2800 об/мин. Внутреннюю полость коллектора проверяют на герметичность.
Пластины изолированы друг от друга коллекторным миканитом КФ111 толщиной 1,2 мм, а от корпуса -- миканитовыми манжетами толщиной 2 мм и фторопластовым цилиндром. Для защиты от внешних воздействий на выступающий конец миканитовой манжеты наложен бандаж из стеклянной ленгы, покрытый сверху эмалью.
69
Концы секций обмотки якоря и уравнительных соединений сваривают с петушками коллектора. Коллектор балансируют при помощи грузов, закрепляемых в специальных канавках в нажимном конусе и втулке. Собранный коллектор напрессовывают на вал усилием от 100 до 280 кН. Биение коллектора должно быть не более 0,4 мм.
Щеткодержатель имеет литой латунный корпус 3 (рис. 3.19), который крепится через изоляторы к разъемным кронштейнам, приваренным одной половиной к торцовой стенке корпуса двигателя.
Тяговые двигатели реверсивные, и разница частот вращения в разные стороны при одной и той же нагрузке не должна превышать 4 %. Этим обусловлены жесткие требования к установке щеток по нейтрали. Допуск на расположение кронштейнов после приварки их к корпусу равен ±0,5 мм.
В корпусе щеткодержателя имеется два гнезда. В одно гнездо вставлена одна пара щеток, а в другое — две пары. Щетки марки ЭГ-61 разрезные размером 2(12,5X40X60) мм с резиновыми амортизаторами, обеспечивающими демпфирование вибраций и умепьше-
Рис. 3.19. Щеткодержатели тяговых электродвигателей:
а — серийный; б— вновь осваиваемый; в тетка; / — болт контактный; 2 наконечник закрытого типа; 3— корпус щеткодержателя; 4— щетка разрезная;
5— резиновая накладка; 6— рычаг нажатия на щетку; 7 - пружина; 8— шплинт;
9— ось пружины; 10— палец с изолятором; //— штифт; 12— вкладыш для вращения и фиксации рычага; 13— рифленая привалочная поверхность пальца;. 14 ось рычага; 15— гайка; 16— гибкий провод (шунт)
70
ние износа коллектора. Щетки в гнездах должны перемещаться свободно, но не иметь качания. Щетки прижимаются к коллектору спиральными пружинами 7. Нажатие 41—47 Н регулируется поворотом втулки, находящейся в центре пружины. Щетки гибкими шунтами соединяют болтами с корпусом щеткодержателя.
На электродвигателях, имеющих петлевую обмотку якоря, должны быть установлены щетки одной марки, так как различие в марках щеток может вызывать протекание больших токов по уравнительным соединениям и перегрузку отдельных щеток. Для удобства замены и осмотра щеток на щеткодержателях установлены стойки с
Рис. 3.20. Основные характеристики тяговых электродвигателей типа ЭД-118Б
заплечиками, позволяющие фиксировать пружины в приподнятом состоянии.
Разработаны новые щеткодержатели (рис. 3.19, б), отличающиеся конструкцией пружины и пальца и креплением корпуса на пальцах. Корпус крепится при помощи гайки 15 вместо штифта 11.
В стальных подшипниковых щитах 3, 21 (см. рис. 3.15) установлены роликовые подшипники 2, 23, закрытые наружными и внутренними крышками с лабиринтными уплотнениями, предотвращающими вытекание и загрязнение смазки. Щиты служат не только опорами для подшипников якоря, но и для его центрирования. Выточки в щитах под роликовые подшипники и посадочные поверхности щитов должны быть строго концентричны. Биение этих поверхностей допускается не более 0,1 мм.
Со стороны коллектора установлен опорно-упорный подшипник 2, упорное кольцо которого прикреплено шайбой и болтами к торцу вала якоря. Подшипник 2 воспринимает усилия, направленные вдоль вала якоря. Продольный разбег якоря 0,08—0,5 мм. Со стороны шестерни находится опорный роликовый подшипник, смазочная камера которого соединена каналом с атмосферой, что предотвращает подсос смазки из подшипника внутрь электродвигателя вследствие разрежения вблизи выхода охлаждающего воздуха.
В период эксплуатации смазку типа ЖРО в подшипники добавляют шприц-прессом через смазочную трубку 39, закрываемую болтом-пробкой. Моторно-осевые подшипники — это элементы подвешивания тягового электродвигателя [9]. Тяговые электродвигатели
71
Рис. 3.21. Тяговый электродвигатель Э/1-125Б:
/, 15— якорные подшипники; 2- разрезное кольцо; 3 - коллектор; 4 щеткодержатель; 5 -полюс добавочный; 6 остов (втулка) якоря; 7. 9 болты крепления добавочных и главных полюсов; 8—-корпус электродвигателя; 10— герметизирующая заливочная масса; 11 — полюс главный; 12 - обмоткодержатель; 13-- защитно-направтяющие козырьки; 14, 17— подшипниковые шиты; 16 ••• приводной конец вала якоря
ЭД-118А отличаются от ЭД-118Б системой смазывания моторноосевых подшипников. Электродвигатели имеют независимую систему охлаждения. Воздух нагнетается двумя центробежными вентиляторами - по одному на каждую тележку [9]. Воздух от вентилятора поступает в полость электродвигателя через вентиляционное отверстие, расположенное в верхней части остова над коллектором, и дальше движется двумя параллельными потоками. Нагретый воздух выбрасывается через отверстия в остове. Щиток у нижнего отверстия направляет поток нагретого воздуха параллельно рельсовому пути.
Основные (электромеханические) характеристики электродвигателя (рис. 3.20) построены для различных напряжений (соответствующих внешней характеристике тягового генератора) на зажимах электродвигателя при работе тепловоза на 15-й позиции контроллера машиниста. По горизонтали отложен ток I, а по вертикали в соответствующих масштабах скорость к. п. д. i).lB и сила тяги Fk.ih- Вее зависимости построены для трех режимов работы — полного возбуждения электродвигателя (а= 100 %) и двух ступеней (сс[=60 % и а2 = 36%) ослабления возбуждения.
Проследим, как пользоваться характеристиками. Например, если необходимо определить скорость движения, силу тяги и к. п. д. 72
электродвигателя при /1В = 900 А, то рассуждают следующим образом. Току 900 А по кривой полного возбуждения соответствует скорость 17 км/ч. При этой скорости тепловоз работает при а — 100 % (переход на а, происходит при 38-40 км/ч), следовательно, нагрузке 900 А соответствует сила тяги Fk u, = 58,8 кН и к. п. д. 1].зя — 0,88.
Тяговый электродвигатель ЭД-125Б. По конструкции этот двигатель (рис. 3.21) существенно отличается от ЭД-118Б. Коллектор скреплен пружинным разрезным кольцом 2 вместо стяжных болтоз. Все механические составные части якоря смонтированы на промежуточной втулке (остове) 6. а не на валу, что позволяет легко заменить поврежденный вал. Обмотка якоря имеет изоляцию класса Н (полиамид), которая обеспечивает более высокую диэлектрическую прочность, чем изоляция класса F, и позволяет примерно в 1,5 раза увеличить ресурс якоря до замены обмотки. Задний обмоткодержа-толь 12 закрытого типа, что предохраняет лобовые части обмотки якоря от повреждений. Добавочные полюсы прикреплены к корпусу проходными болтами 7 с гайками, главные полюсы - с помощью вынесенного из сердечника стержня и болтов 9. а щеткодсржа-
Рис. 3.22. Тяговый электродвигатель ЭД-126:
Г— вал полый; 2, 19— подшипники; 3. 16-- подшипниковые щигы; 4 — коллектор; 5— щеткодержатель; 6-- поворотная траверса; 7— шестеренный привод; 8— обмотки нкоря и уравнительных соединений; 9 добавочный полюс; 10 — болт проходной; /'/—сердечник якоря: 12— болт; 13— стержень, вынесенный за край сердечника; 14 катушка главного полюса; 15—корпус (остов); /7—козырьки; 18—обмоткодержатель; 20— конусный конец вала; 21- промежуточный остов; 22 — опорные площадки
73
тели 4 в кронштейнах — с помощью привалочной поверхности в виде «гребенки».
Тяговые электродвигатели ЭД-126. Двигатели с опорно-рамным подвешиванием (рис. 3.22) устанавливают на тепловозы 2ТЭ121 с диаметром колес 1250 мм. Они имеют якорь с полым валом /, через центр которого проходит торсионный (упругий) вал привода колесной пары, соединяемый через муфту с конусным концом вала 20. На промежуточном остове 21 закреплены сердечник якоря, коллектор и другие части якоря. Головки катушек обмотки якоря расположены на обмоткодержателе 18 закрытого типа. Корпус электродвигателя 15 круглый, изготовлен из стального проката, сварной. Имеет опорные площадки 22, которыми двигатель опирается на раму, торцовые подшипниковые щиты отлиты из стали. К подшипниковому щиту и корпусу со стороны коллектора прикреплены поворотная траверса 6 со щеткодержателями и ее ручной шестеренный привод.
На другом щите имеются отверстия для выхода охлаждающего воздуха с направляющими и защитными козырьками 17.
Магнитная система .шестиполюсная, крепление главных и добавочных полюсов аналогично электродвигателю ЭД-125Б. Катушки главных полюсов, как и добавочных, намотаны на узкое ребро. Поперечные размеры электродвигателя примерно в 1,3 раза больше, чем электродвигателей ЭД-118Б и ЭД-125Б.
3.S. ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Асинхронные короткозамкнутые электродвигатели очень просты по конструкции; они обладают высокой надежностью в эксплуатации, низкой стоимостью изготовления и ремонта меньшими габаритными размерами и массой по сравнению с электродвигателями постоянного тока, не требуют особого ухода, кроме наблюдения за подшипниками, изоляцией, контактными соединениями, и имеют удовлетворительные тяговые свойства. При повышении частоты вращения ротора выше синхронной (частоты вращения магнитного поля) автоматически переходят в генераторный режим без каких-либо переключений, что упрощает электрическую схему при использовании электрического торможения.
Наряду с достоинствами асинхронные электродвигатели имеют ряд недостатков, затрудняющих их использование на подвижном составе. Пусковая характеристика двигателя с короткозамкнутым ротором при постоянной частоте тока не обеспечивает высоких ускорений, так как момент при трогании относительно мал и увеличивается до максимального значения с ростом скорости. Управление частотой вращения электродвигателя затруднено. Воздушный зазор между статором и ротором очень мал. Увеличение зазора повышает массу и увеличивает размеры двигателя. Пуск электродви
74
гателя с короткозамкнутым ротором связан с большими потерями мощности и нагреванием обмоток.
Успехи силовой полупроводниковой техники и средств автоматики позволяют создать надежные и экономичные статические преобразователи частоты с приемлемыми для тепловозов размерами и массой. Этим обусловливается практическое применение в тепловозной тяге передачи переменного тока с асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями, тем более что для тепловозов с
Рис. ,3.23. Тяговый асинхронный электродвигатель ЭД-900 (продольный и поперечный разрезы):
1 -- вал; 2— шайба; 3- роликовые подшипники; 4— подшипниковые шиты; 5- втулка; 6 -сердечник ротора; 7—обмотка статора; 3- сердечник статора; 9—корпус (остов); 10 кожух защитный; 11— короткозамкнутая обмотка ротора; 12- паз сердечника ротора; 1,3— паз сердечника статора; 14— прилив; 15 вентиляционный канал; 16 - коробка зажимов;
17— вентиляционные отверстия в сердечнике ротора
75
дизелями мощностью более 2940 кВт в секции при использовании тяговых электродвигателей постоянного тока придется существенно усложнять их конструкцию (применять сборные или сварные остовы, компенсационные обмотки и т. п. или увеличивать число осей). Харьковский завод «Электротяжмаш» им. Ленина, Ворошиловград-ский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции и Таллиннский электромеханический завод им. Калинина создали макетный тепловоз ТЭ120 мощностью 2940 кВт с передачей переменного тока, на котором используются асинхронные короткозамкнутые тяговые электродвигатели ЭЛ-900 (рис. 3.23) с опорно-рамной подвеской (см. табл. 3.4).
В тяговых машинах переменного тока магнитопровод, выполняемый из листов электротехнической стали, не может служить одновременно остовом машины (недостаточная устойчивость его формы), поэтому он закреплен в корпусе статора. Толщина стенок корпуса (остова) определяется из условий прочности и сопряжения с другими частями машины: подшипниковыми щитами, деталями воздуховода и др.
Основные части двигателя: статор, ротор и торцовые щиты с подшипниками. Статор включает корпус 9, сердечник 8, обмотку 7 и нажимные шайбы. Литой круглый корпус имеет внутренние осевые ребра жесткости, образующие каналы для прохода охлаждающего статор воздуха. Для входа и выхода воздуха остов имеет два люка. Выходной люк снабжен защитным кожухом, предохраняющим от попадания внутрь двигателя воды (при мойке тележек).
Пакет статора набирают из листов электротехнической стали на специальные призмы и закрепляют нажимными шайбами. Обмотку статора (двухслойную петлевую) укладывают в пазы сердечника статора и закрепляют в них изоляционными клиньями. Лобовые части катушки обмотки статора закрепляют конусными кольцами. Обмотанный статор обтачивают по призмам и. запрессовывают в корпус. Изоляция от корпуса обмотки статора выполнена из полиамидной пленки. Ротор включает вал /, втулку (остов) 5, сердечник 6 и обмотку //.
На вал напрессована втулка в виде трубы, а на нее•- сердеч ник ротора, набранный из листов электротехнической стали. Коротко замкнутая обмотка выполнена в виде «беличьей клетки» путем заливки пазов и торцов сердечника алюминиевым сплавом. Воздушный зазор между статором и ротором 1,5 м«. Конструкция подшипниковых узлов подобна подшипниковым узлам тяговых электродвигателей постоянного тока.
Глава 4 ВОЗБУДИТЕЛИ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
4.1.	ВОЗБУДИТЕЛИ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Агрегат А706Б. На тепловозах . с электрической передачей установлены возбудители и вспомогательные генераторы, обеспечивающие работу в различных режимах. Эти машины выполнены в виде двухмашинных агрегатов, что позволяет уменьшить их габаритные размеры и массу, упростить монтаж и привод. Основные технические данные возбудителей и вспомогательных генераторов приведены в табл. 4.1.
Рассмотрим конструкцию агрегата А706Б, объединяющего возбудитель В600 и вспомогательный генератор ВГТ 275/150 (рис. 4.1). Корпуса 12 машин круглой формы жестко соединены между собой болтами.
Торцовые части корпусов - это сварные ребристые конструкции, образующие подшипниковые щиты 7.
Якоря машин имеют общий вал 19, который получает вращение от вала дизеля [9]. Возбудитель и вспомогательный генератор имеют одно и то же число коллекторных пластин, пазов, а также одинаковые размеры паза и длину сердечника. Коллекторные пластины закреплены на втулке 9 опрессовкой теплостойкой (класса Н) пластмассой 3. На удлиненную втулку коллектора вспомогательного генератора (выпускавшегося до 1980 г.) насажены контактные кольца 18 для питания переменным током некоторых устройств автоматики.
Сердечники якорей набраны из отдельных листов электротехнической стали. В их пазы уложены волновые обмотки, закрепленные проволочными бандажами. Каждая машина агрегата имеет шесть щеткодержателей 6, закрепленных на изоляционных кольцевых траверсах. Нажатие на щетку 1,1—2,0 Н.
Возбудитель и вспомогательный генератор имеют по шесть главных полюсов, а добавочных полюсов у возбудителя четыре, а у генератора - пять. Катушки главных полюсов возбудителя имеют две обмотки: независимого возбуждения и размагничивающую, а вспомогательный генератор только параллельную обмотку. На литых сердечниках добавочных полюсов размещены катушки, залитые эпоксидным компаундом (полюсы взаимозаменяемые).
Охлаждающий воздух всасывается через открытые нижние части подшипниковых щитов, проходит между полюсами магнитных систем
77
Электрическая машина	Т ип	Род тока	Мощность, кВт	Напряжение, В	Ток, А продолжительный
Двухмашинные агрегаты
Подвозбудитель	ГС500	Переменный	0,55	120	10
Тахоген ератор	ТГ83/35	Постоянный	0,12	24	5
Возбудитель	В600	»	22,5	180	125
Вспомогательный генератор	ВГТ275/150	»	12	75	160
Возбудитель	МВТ 25/9		5.6	75	75
Вспомогательный генератор	МВТ 25/11		5,75	75	66
Возбудитель	ВТ275/120	»	10	107	95
Вспомогательный генератор	ВГТ275/150		8	75	106
Возбудитель	ВС650ВУ2	Переменный	26	287	146
Подвозбудитель	ВС652У2	»	0,55	110	10
Стартер-генератор1	ПСГУ2 Электрос	Постоянный вигатели	50	НО	455
Привода компрессора	2П2К02	»	37	ПО	400
Привода маслопрокачивающего насоса	П41	»	4,2	64	84
Привода топли-воподкач ивающего насоса	П21М	»	0,5	75	9,6
Вентилятора кузова	П11М	»	0,29	НО	4,06
Привода маслопрокачивающего насоса	ПНЖ132М02	»	4,0	64	81
Вентилятора кузова	ПНЖ90М02	»	0,25	75	5,3
Осевого вентилятора	АМВ37-03	Переменный	37	400	56
Холодильной камеры	AM В-75	»	75	400	—
Вентилятора ох-	А2-82-6-100	»	24	400	48
лаждения тяговых двигателей	4АЖ225М602	»	45	400	72
Вентилятора охлаждения выпрямительной установки	АОС-2-62-6-100	»	8	400	19,5
78
Таблица 4.1
Частота вращения (максимальная), об/мии	К.ч.д. (максимальный). %	Масса, кг	Класс изоляции обмоток	Серии тепловоза
4000	52,5	85	в	2ТЭ10Л, ТЭП10
1800	82,5	660		ТЭП60, М62
	75		в	2ТЭ10Л,2ТЭ10В, 4ТЭ10С, зтэюм
	74		в	ТЭМ1, ТЭМ2
2000	75	400		тэмз
1800		660	в	ТЭЗ, ТЭ7
3300	75	355	в	2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7
4000	52,5	67,5	в	2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 4ТЭ10С, ТЭП60, М62
3300	72	800	в	2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7
1450	84	550	--	2ТЭ116, 2ТЭ121
2200	78	78	в	2ТЭ10Л,2ТЭ10В
1350	71,7	37,8	в	2ТЭ10Л,2ТЭ10В
1500	65	18,5	в	2ТЭ116
2200	77	86		2ТЭ1СВ, ЗТЭЮМ
1500	62,7	26		2ТЭ10В, ЗТЭЮМ
2000	89	223	н	2ТЭ116
1200	90	280	н	2ТЭ116, 2ТЭ121
1970	91	269	н	2ТЭ116
2000	90	355	н	2ТЭ116, 2ТЭ121
2000	76	173	н	2ТЭ116, 2ТЭ121
1 Максимальный кратковременный ток			1600 А.	
79
Рис. 4.1. Двухмашинный агрегат типа Л706Б:
/-• подшипник; 2— капсула; 3— пластмасса. 4— коллектор, 5- траверса; 6'-- щеткодержатель; 7 - подшипниковый шит; 8—крышки; 9 - втулка; /О—сердечник якоря; // — размагничивающая катушка, /’--корпус; 13- катушка независимого возбуждения: !4— сердечник главного полюса; /5— болты, соединяющие норпуса машин; 16 обмотка якоря; 17 вентилятор; 18 контактные кольца;
/9- вал
Рис. 4.2. Схема соединения обмоток машин агрегата А7О6А:
а  возбелитель В600; б вспомогательный генератор ВГ 275/120; обозначение начала и конца катушек и обмпток: Н и К. Ill и К/, Н2 и Л2 катушек полюсов, //1 и 112 обмоток независимого возбуждения; ИЗ и Н4 - размагничивающей; II! I и 1112- параллельного возбуждения; Я! и Я2 - якоря
и через отверстия в сердечниках якоря и выбрасывается через вентиляционные люки. Схема соединения обмоток машин приведена на рис. 4.2.
Возбудитель МВТ 25/9 и вспомогательный генератор МВТ 25/11. Конструктивной особенностью возбудителя МВТ 25/9 (рис. 4.3) являются растепленные полюсы. Возбудители с расщепленными полюсами используются для получения гиперболической характеристики тягового генератора (см. гл. 9). Они имеют две практически независимые магнитные системы: насыщенную и ненасытен ную.
В передачах мощности постоянного тока используются два типа возбудителей: с продольным (аксиальным) и поперечным (радиальным) расщеплением полюсов. Возбудитель МВТ 25/9 с продольным расщеплением полюсов имеет 4 главных полюса, сердечники которых разделены вдоль оси на две неравные части (рис. 4.4). Насыщенная часть имеет меньшие размеры и магнитные мостики в виде вырезов на сердечнике и стальных пластин между сердечником и корпусом. На каждом полюсе возбудителя расположены две обмотки: одна охватывает обе части сердечника и питается от вспомогательного генератора и якоря самого возбудителя (ее будем называть независимой), другая, дифференциальная, намотана на насыщенную часть сердечника. Независимая обмотка имеет 242 витка из изолированного медного провода. Дифференциальная обмотка.
81
Рис. 4.3. Двухмашинный агрегат с возбудителем типа МВТ 25/9 и вспомогательным генератором типа МВТ 25/11:
/ -шарикоподшипник; 2, 17—подшипниковые шиты; 3, 16 -коллекторы; 4—щеткодержатель; 5, 15 -обмотки якоря; 6- сердечник полюса; 7, /5-станины возбудителя и генератора; 8, I4-- якоря; 9— дифференциальная обмотка; 10— независимая обмотка; //— вентилятор; 12 главный полюс; 18— вал
выполненная из меди размером 2,63X47 мм, имеет семь витков. В собранном виде катушки обмоток компаундированы и покрыты серой эмалью.
Сердечник якоря возбудителя набран из листовой электротехнической стали; примерно в середине он имеет 25 латунных листов толщиной 0,5 мм. Обмотка якоря возбудителя простая волновая, одновитковая (рис. 4.5, а) выполнена из прямоугольной меди размером 1,16X6,9 мм с изоляцией ПСДЛ. Каждая секция состоит из трех проводников. В пазах обмотка удерживается гетинаксовыми клиньями, а лобовые части — проволочными бандажами. Шаг обмотки по пазам I —11, шаг по коллектору 1- 68. Коллектор состоит из 135 пластин. В каждом щеткодержателе (их четыре) помещена одна щетка марки ЭГ-14 размером 44X12,5X40 мм, с нажатием 9,8—10,8 Н.
Вспомогательный генератор типа МВГ 25/11 имеет шесть главных и шесть добавочных полюсов. Возбуждение параллельное. Обмотка якоря простая волновая, двухвитковая выполнена из прямоугольной меди размером 1,56X5,1 мм с изоляцией ПСДЛ (рис. 4.5, б, в). В пазах секции, так же как и ее лобовые части, удерживаются проволочными бандажами.
82
Рис. 4.4. Растепленные полюсы: а — возбудителя МВТ 25/9; б - возбудителя ВТ 275/120; Л 4 сердечники полюса; 2. 12-  дифференциальные обмотки; <7- ла тунная проставка; 5, 9-— обмотки независимого возбуждения; 6, 7. 8 -- последовательная, ограничительная и регулировочная обмотки; 10— сердечник ненасыщенного полюса; 11 — добавочный полюс; 13— параллельная обмотка; 14 — сердечник часы шейного полюса
Обмотка якоря имеет шаг по пазам 1- 8, по коллектору 132 Коллектор собран из 92 коллекторных пластин. Обмотка главного полюса имеет 394 витка, из круглой меди диаметром 1,56 мм. Вспомогательный генератор снабжен четырьмя щеткодержателями. Щетки такие же, как и у возбудителя. Конструкция основных узлов двухмашинного агрегата не отличается от описанного выше.
Рис. 4.5. Секции обмоток якоря: а - возбудителя; б вспомогательного генератора; в- схема

Возбудитель ВТ 275/120 и вспомогательный генератор ВГТ275/150. Возбудитель с поперечным расщеплением полюсов имеет 6 главных и 5 добавочных полюсов. Два противоположно расположенных главных полюса образуют насыщенную систему, а остальные - ненасыщенную. На насыщенных полюсах расположены параллельная обмотка и дифференциальная, подключенная параллельно обмотке добавочных полюсов тягового генератора (см. рис. 4.4. б). Ток в дифференциальной обмотке пропорционален току тягового генератора и составляет 2—3 % его значения.
На ненасыщенных полюсах уложены независимая обмотка, последовательная, регулировочная и ограничительная, предназначенные для автоматического регулирования мощности дизеля и ограничения тока тягового генератора. Обмотки регулировочная и независимая представляют собой одну катушку, а обмотки ограничительная и последовательная отдельные катушки. Сердечник якоря имеет 44 паза, в которые уложено 132 витка обмотки якоря. Лобовые и пазовые части обмотки удерживаются проволочными бандажами. Обмотка якоря простая волновая, 2а = 2, шаг по пазам 1--8, шаг по коллектору 1- 44. Коллектор имеет 130 пластин.
Вспомогательный генератор ВГТ275/150 является шестиполюсной машиной с параллельным возбуждением; генератор имеет 5 добавочных полюсов. Сердечник, катушки якоря и коллектор генератора ВГТ275/150 и возбудителя ВТ275/120 одинаковы.
4.2.	ВОЗБУДИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Агрегат А-705А. На тепловозах 2ТЭ10Л. ТЭ10 и ТЭП60 (до 1971 г.) установлен агрегат, который состоит из однофазного синхронного подвозбудителя ГС500 и тахогенератора ТГ 83/85. Подвозбудитель ГС 500 обращенного типа - полюсы с катушками возбуждения установлены в корпусе, а обмотка, в которой наводится э. д. с., размещена на якоре. Подвозбудитель питает систему возбуждения возбудителя переменным током, а тахогенератор — задающую обмотку магнитного усилителя. Тахогенератор заменен бесконтактным блоком задания возбуждения, поэтому взамен агрегата изготавливают подвозбудитель ВС-652.
Синхронный подвозбудитель типа ВС-652. Для питания рабочих обмоток магнитных усилителей и трансформаторов в системе возбуждения возбудителя тягового генератора установлен подвозбудитель переменного тока (однофазная машина) с неподвижной обмоткой возбуждения, защищенного исполнения с одним свободным концом вала.
В якоре для съема напряжения имеются два контактных кольца 5 (рис. 4.6). На каждом кольце установлено по два щеткодержа-
84
Рис. 4.6. Синхронный нозбудитель i ипа ВС-652.
/- шарикоподшипник, 2  жалюзные заслонки (шитки); 3 - подшипниковый ши»; 4 — щеткодержатель; 5— коюамные кольца; 5, .9—обмотка и сердечник якоря; 7, 8 — катушка независимого возбуждения и сердечник полюса: 10 — магнитопровод; // — корпус; /2--вен тилятор; 13 — масленка; /4— приводной конец вала. 15- пробка подшипника
геля 4. соединенных токособирающими шинами. Якорь вращается на двух шарикоподшипниках /, встроенных в подшипниковые щиты 3.
Смазку в подшипники добавляют через масленки 13. У подвозбудителя типа ВС-652 четыре полюса.
На тепловозах подвозбудитель устанавливают либо на корпусе тягового итератора, либо с другого торча дизеля на подставке или ПОД ПОЛОМ
Для возбуждения тяговых синхронных генераторов рята магистральных и маневровых тепловозов применяются синхронные возбу-(hne.m BC650R. представляющие собой восьмиполюсную однофазную электрическую машину обращенного типа с явно выраженными полюсами.
В наконечниках полюсов уложена там.кнутая накоротко демпфер пая обмотка, способствующая в переходных режимах повышению устойчивости системы регулирования
Конструкция основных узлов и размещение его на тепловозах аналогичны подвозбудителю ВС-652
85
4.3.	ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Стартер-генератор ПСГ. На современных тепловозах для привода вспомогательных механизмов затрачивается до 12—14 % номинальной мощности дизеля, поэтому выбору системы привода придается большое значение. Электрический привод облегчает компоновку агрегатов на тепловозе и автоматическое управление вспомогательными механизмами.
Тяжелые условия работы на тепловозах вынуждают использовать вспомогательные электродвигатели, специально разработанные для тепловозов.
Стартер-генератор (рис. 4.7) имеет четыре главных полюса, на которых размещены последовательная и независимая обмотки возбуждения. Последовательная (пусковая) 15 используется в двигательном кратковременном режиме при пуске дизеля с питанием от аккумуляторной батареи, независимая в генераторном продолжительном режиме в качестве вспомогательного генератора для питания потребителей собственных нужд тепловоза.
Конструкция основных узлов аналогична описанным выше для генератора ВГТ275/150. Вал стартер-генератора приводится во
Рис. 4.7. Стартер-генератор типа ПСГ:
/— коробка выводов; 2- замок крышки; 3. 19 - подшипники; 4—масленка; 5, 18— подшипниковые щиты; 6— кронштейн (бракет); 7— коллектор; 8- щеткодержатели; 9— корпус; 10, 13- обмотка и сердечник якоря; 11, 12 катушка и сердечник добавочного полюса, 14— сердечник главного полюса; 15 катушка пусковая; 16 катушка независимого возбуждения; 17 — вентилятор; 20— вал
86
Рис. 4.8. Мотор-вентилятор МВ11, асинхронный электродвигатель АМВ 37*03:
/- вал; 2. 3 - пресс-масленки; 4, 20, 23— болты; 5— ступица; 6— фланец; 7— лабиритные уплотнители; 8, 19—подшипники; 9—обмотка статора; 10, 18—дниша; 11—сопла; 12— сердечник ротора; 13—короткозамкнутая обмотка ротора; 14—лопасти; 15—каналы; 16— сердечник статора; 17— кольцо; 21— остов статора; 22- основание; 24-- коробка выводов
вращение от раздаточного редуктора дизеля. На тепловозах он устанавливается на корпусе тягового генератора или на раме тепловоза. Подобную конструкцию имеет электродвигатель для привода компрессора.
Электродвигатель АМВ 37-03. Электродвигатель (рис. 4.8) встроен в вентилятор и обозначается как мотор-вентилятор МВ11. Он служит для охлаждения воды и масла дизеля. Ротор с короткозамкнутой обмоткой вращается вокруг неподвижного статора с трехфазной обмоткой. Такого типа двигатели принято называть обращенными (с внешним ротором).
Ротор электродвигателя, включающий вал 1 с торцовым днищем и сердечник (индуктор) 12 с короткозамкнутой обмоткой 13 (беличьей клеткой) из алюминиевого сплава, вращается вокруг статора, прикрепленного болтами к основанию. К индуктору ротора, служащему корпусом электродвигателя, по внешнему параметру
87
Рис. 4.9. Электродвигатель серии П:
/. 27— крышки люков; 2 коллектор (на пластмассе); 3, 26— пробки для смазывания подшипников; 4, 7, 22, 23 - крышки подшипников; 5, 24— подшипники; 6, 21— пресс-масленки; 8, 20 — • подшипниковые ш«ты; о—щеткодержатель; /о—кронштейн; //, 12—обмотка и сорпечник якоря; 13. И — катушка и серлецмик добавочного полюса; 15— грузовой болт; 16. 18— сердечник и катушка главного полюса; 17-- корпус; 19— вентилятор; 25— вал;
28— зажимы выводов
приварены лопасти 14 осевого вентилятора. Вал крепится болтами через фланец к ступице сферического днища и вращается вместе с ним в двух шариковых подшипниках. На остов насажен сердечник статора 16, в пазах которого по внешнему периметру размешена обмотка 9. Концы обмотки подсоединены к коробке выводов 24.
Охлаждающий воздух поступает через основание, проходит по каналам 15 сердечника статора и выходит через сопла 11 (трубчатые каналы), расположенные по окружности в днище ротора. Смазка в подшипники добавляется через пресс-масленки и отверстия, просверленные в вале.
На тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока для привода вентиляторов охлаждения выпрямительной установки, тяговых генераторов, электродвигателей и других машин и устройств используют общепромышленные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели защищенного исполнения А2 и закрытого обдуваемого исполнения (АОС2).
88
Вместо электродвигателей А2 применяют специально разработанные для тепловозов двигатели типа 4ЛЖ225. Это асинхронные, трехфазные, короткозамкнутые двигатели закрытого обдуваемого исполнения. Они имеют литой чугунный корпус и литые подшипниковые щиты. Конструкция статора и ротора аналогична рассмотренной выше для тягового электродвигателя переменного тока ЭД-900.
Электродвигатели малой мощности серии П. Электродвигаiели (рис. 4.9) предназначены для привода .маслопрокачивающего 1141 и топливоподкачивающего П21 насосов, вентилятора кузова и калорифера кабины машиниста П11. Это самовентилирующиеся машины постоянного тока защищенного исполнения, оборудованные поме.хо-подавляющими фильтрами, состоящими из конденсаторов, расположенных иод зажимной доской. Электродвигатели типов П11 и Г121 имеют два главных и один добавочный полюс, а двигатели П41 - четыре главных и четыре добавочных полюса. Конструкция их основных частей не отличается от уже описанных машин. На ряде тепловозов устанавливаются электродвигатели серии ПНЖ.
Глава 5 РЕМОНТ И ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
5.1.	ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
Неисправности электрических машин можно подразделить на неисправности электрических и механических частей. К наиболее существенным неисправностям по электрическим и токоведущим частям относятся: понижение сопротивления изоляции, пробои, механические разрушения, старение изоляции; у токопроводящих проводов — трещины и надломы, износ, перегрев и расплавление контактных соединений; по механическим частям: трещины валов якорей и подшипниковых щитов, ослабление посадки малого зубчатого колеса на конусной части вала и внутренних колец подшипников на шейках вала якоря тягового двигателя, разрушение сепараторов подшипников, деформация горловин остовов и ослабление подшипниковых щитов в остовах, износ вкладышей и деформация деталей моторно-осевых подшипников, ослабление болтов, крепящих полюсы, щеткодержатели, крышки моторно-осевых подшипников, просадка и поломка пружин подвески тяговых двигателей.
Понижение сопротивления изоляции токопроводящих частей часто вызывается увлажнением и загрязнением поверхностного слоя, из-за попадания в электрическую машину пыли, масла, влаги. Хорошая очистка поверхностного слоя изоляции с последующим покрытием эмалью восстановит защитные свойства изоляции, более глубокое проникновение влаги потребует дополнительной сушки.
Пробои изоляции обмоток на корпус чаще всего возникают при значительном понижении сопротивления изоляции, но могут также появиться при механических повреждениях изоляции, межвитковых замыканиях в катушках, замыкании между двумя изолированными проводниками или старении изоляции. Для устранения неисправности требуется ремонт или замена катушки (обмотки).
Искрение на коллекторе может быть различной интенсивности вплоть до кругового огня (образование на коллекторе мощной дуги, замыкающейся между разноименными щетками). При этом может быть переброс дуги на корпус с оплавлением деталей машины, попавших в область горения дуги. Он возникает при неудовлетворительном обслуживании коллекторно-щеточного узла, загрязнении и замасливании коллектора, скоплении угольной пыли в
90
межламельных канавках, при механических повреждениях или неравномерной выработке коллектора. Меры, необходимые для устранения последствий перекрытия, зависят от его интенсивности. В некоторых случаях достаточно очистить и промыть коллектор и щеточный аппарат, сменить вышедшие из строя щетки и продуть коллекторную камеру сухим сжатым воздухом; в других требуется ремонт и замена вышедших из строя деталей или узлов.
Небольшие подгары и неглубокие задиры устраняются зачисткой и шлифованием коллектора брусками или мелким шлифовальным полотном, укрепленным на деревянной колодке с профилем, соответствующим диаметру коллектора. Необходимо помнить, что при любой механической обработке поверхности коллектора с нее снимается оксидная пленка (политура), что приводит к ухудшению коммутации. Поэтому рабочую поверхность коллектора зачищают и полируют, если не удается удалить загрязнение или подгар чистой салфеткой, смоченной в авиационном бензине или техническом спирте. Состояние коллектора считается нормальным, если все коллекторные пластины имеют одинаковый цвет от светло-коричневого до блестяще-черного с различными оттенками, которые зависят от марки меди и щеток, плотности тока, частоты вращения якоря, температуры коллектора, относительной влажности воздуха и др. Политура нарабатывается несколько часов или суток в зависимости от шероховатости поверхности коллектора и марки щеток.
Следует отметить, что двухходовые обмотки, применяемые на тяговых генераторах, могут создавать на поверхности коллектора разную расцветку коллекторных пластин — две темные и одна светлая или одна светлая и одна темная. Если коллектор имеет глянцевую политуру, то чередующаяся расцветка не вызывает подгара, а если поверхность коллектора становится матовой, то неизбежно появятся подгары коллекторных пластин. Во избежание сильных подгаров и износа щеток при появлении даже незначительного подгара рекомендуется шлифование коллектора.
На коллекторах тяговых электродвигателей также может возникать чередующееся потемнение коллекторных пластин (например, для двигателя ЭД-118)— три светлых и одна темная. Чередующееся потемнение вызывается неравномерной нагрузкой параллельных ветвей обмотки якоря.
Нарушение коммутации может возникнуть по причинам электрического и механического характера. К первым относятся сдвиг щеток с нейтрали, нарушение цепи обмотки добавочных полюсов, в частности ослабление межкатушечных соединений, работа при неисправных (сколотых или сильно изношенных) щетках, вибрации щеток и др. В эксплуатации износ щеток допускается примерно наполовину. Причины механического характера сводятся обычно к нарушению в процессе эксплуатации правильной формы коллектора (местные биения, эллиптичность, эксцентричность), а также к его по
91
вреждениям при попадании посторонних предметов. Меры устранения плохой коммутации зависят от причины ее возникновения. При нарушении формы или повреждении коллектора требуется его проточка.
Межвитковые замыкания в обмотках возникают при нарушении целостности изоляции. Необходимо заменить обмотки (катушки). Размотка бандажей (обычно на тяговых электродвигателях) часто связана с превышением максимально допустимой частоты вращения при боксовании; устраняется при ремонте якоря.
Распайка петушков коллектора возникает во время чрезмерного перегрева машины (нарушение вентиляции, длительные перегрузки) или как следствие перекрытия. Повреждение можно устранить только при ремонте якоря.
Межкатушечные соединения, выводные провода и перемычки осматриваются на целостность, надежность соединений и крепления. Целостность и надежность соединений определяют визуально но состоянию и цвету изоляции, так как подвижность (тряска и вибрации) нарушает покровную изоляцию, а ослабление контакта изменяет цвет изоляции вследствие нагрева.
Поврежденные места изоляции проверяют на прочность и измеряют их сопротивления постоянному току. Изоляцию соединительных и выводных шин восстанавливают наложением стеклоленты и стеклолакоткцни, пропитанными в изоляционном лаке и предварительным нанесением его на шину перед ее изолировкой. Изолированные шины покрывают тремя слоями эмали ГФ-92ХС. Механические части машин осматривают на целостность, надежность креплений и проверяют герметичность масляных полостей подшипниковых узлов. Выход из строя роликоподшипников чаше всего происходит из-за провертывания внутреннего кольца (недостаточный натяг), несвоевременной смазки или образования в кольце трещины при увеличенном натяге. Иногда разрушаются сепараторы или сминаются ролики от попавших частиц металла. Перегрев моторно-осевых подшипников тяговых электродвигателей возникает при недостаточном количестве смазки или ее обводнении, при значительном перекосе колесной пары, при больших зазорах «на масло» и т. д.
5.2.	ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ
Виды ремонта машин. Во время эксплуатации тепловозов предотвращение неисправностей и их устранение обеспечиваются планово-предупредительной системой технического обслуживания и текущего ремонта1.
' Система организации к хническыо обслуживания и ремонта тепловозов приведена в гл. XXI учебника «Тепловозы. Механическое оборудование. Устройство и ремонт,-. Пойди А. А и др М : Тран<порг. 1986 327 с.
92
Техническое обслуживание ТО-1 выполняется локомотивной бригадой при приемке в пути следования и сдаче тепловоза. При ТО-1 локомотивная бригада осматривает и проверяет состояние электрических аппаратов в аппаратной (высоковольтной) камере, на пульте управления, крепление проводов, четкость и последовательность срабатывания аппаратов. Все аппараты очищают от пыли. У вспомогательных машин проверяют крепление, состояние якорей, щеточных аппаратов. Вентиляторы охлаждения тяговых электродвигателей передней и задней тележек и их приводы необходимо осмотреть и проверить, обтереть снаружи тяговый генератор, проверить состояние якоря и щеточного аппарата, продуть сжатым воздухом.
Проверка состояния аккумуляторной батареи, очистка ее от пыли и грязи также входят в обязательный перечень работ локомотивной бригады. Для каждой дороги перечень работ на ТО-1 утверждается начальником службы локомотивного хозяйства.
Техническое обслуживание ТО-2 производится в пунктах технического обслуживания локомотивов высококвалифицированными слесарями, устраняющими неисправности, которые были замечены в пути следования. При работающем дизеле продувают тяговый генератор сухим сжатым воздухом давлением 0,18 -0,2 МПа в защитных очках. Шланг для продувки не должен иметь металлического наконечника. Наконечник шланга рекомендуется держать на расстоянии не менее 150 мм от обдуваемой поверхности. Проверяют работу генератора, двухмашинного агрегата, электродвигателей, маслопрокачивающего и топливоподкачивающего насосов, вентиляторов калорифера и кузова на слух. При обнаружении посторонних шумов, стуков, скрежета подшипник или машину заменяют или передают тепловоз на ремонтное стойло депо.
При остановленном дизеле продувают сжатым воздухом двухмашинный агрегат, аппаратную камеру, пульт управления. С каждого поста управления проверяют четкость и последовательность срабатывания аппаратов.
Мегаомметром на 500 В измеряют сопротивление изоляции электрических цепей, которое должно быть не менее: цепей управления и возбуждения относительно корпуса 0,25 МОм, а силовой цепи относительно корпуса, цепей управления и возбуждения между собой — 0,5 МОм. При измерении сопротивления изоляции должны быть отключены (или зашунтированы) блоки и датчики, содержащие полупроводниковые элементы и аккумуляторные батареи. В зимнее время проверяют состояние снегозащитных устройств.
Техническое обслуживание ТО-3 и текущие ремонты ТР-1, ТР-2 и ТР-3 выполняются в депо комплексными и специализированными бригадами.
При техническом обслуживании ТО-3 снимают очищенные крышки коллекторных люков электрических машин, продувают сухим
93
сжатым воздухом коллекторные камеры, после чего осматривают коллекторы, щеткодержатели, щетки. Изношенные щетки заменяют, коллекторы при необходимости протирают салфеткой, смоченной в авиационном бензине, затем протирают сухими салфетками.
Большое внимание уделяют креплению щеткодержателей, шунтов щеток, так как выпадание болта, крепящего шунт щетки к щеткодержателю, или опускание щеткодержателя на коллектор вследствие ослабления болтов приводит к разрушению коллектора. Щеточный аппарат проверяют на отсутствие перекосов и заеданий, подгаров, оплавлений, трещин и загрязнений.
Поверхность коллекторов под щетками должна быть гладкой, без задиров, подгаров и следов оплавления. При обнаружении брызг металла их зачищают без нарушения формы коллектора и нро-дораживают (углубляют миканит) рядом находящиеся ламели. Затем дорожки между пластинами очищают от угольной пыли жесткой волосяной щеткой или фаскосъемниками. Поверхность петушков коллектора не должна иметь следов выплавления припоя; ослабление клиньев в шлицах пластин не допускается.
Устанавливаемые новые или бывшие в употреблении щетки притирают по коллектору. Для этого используют мелкое шлифовальное полотно. Его подкладывают под щетки шероховатой стороной к щетке и протягивают несколько раз полотно под замененной щеткой (рис. 5.1). Рабочая поверхность щеток должна быть гладкой и блестящей. После притирки щеток коллектор продувают. Н а электрическую машину нельзя устанавливать щетки разных марок.
Если имеются следы кругового огня, загрязнения, то бандажи переднего нажимного конуса коллектора тщательно очищают, протирают и покрывают изоляционной эмалью ГФ-92ХС или НЦ-929. Осматривают изоляцию катушек главных и добавочных полюсов.
При обнаружении на коллекторах тяговых электродвигателей подгаров, шероховатостей, потемнения пластин и затяжки медью их шлифуют без снятия с колесной пары на смотровых канавах, для чего колесную пару вывешивают. Для поднятия колесных пар под буксы устанавливают гидравлические домкраты грузоподъемностью не менее 13 т. У электродвигателя вместо одного из щеткодержателей устанавливают приспособление со шлифовальным бруском или со стеклянным полотном и подключают его к деповскому генератору.
гея	гд	Иногда при шлифовании кол-
— лектора электродвигатель питают от тягового генератора. В этом //7	случае электродвигатель (или
правильно	неправильно группу) из схемы отключают, а
тепловоз передвигают по депов-Рис. 5.1. Притирание щеток ским путям на оставшихся дви
94
гателях. После шлифования коллектор очищают жесткой волосяной щеткой и продувают. Проверяют состояние выводных кабелей, брезентовых рукавов и пластин опорных приливов (носиков) тяговых электродвигателей.
При текущем ремонте ТР-1 (в дополнение к работам, выполняемым при техническом обслуживании ТО-2, ТО-3) запрессовывают смазку в подшипниковые узлы. Проверяют на слух работу роликовых подшипников тяговых электродвигателей при вывешенной колесной паре на каждом четном ТР-1. Электродвигатель с ненормальным шумом в подшипнике выкатывают из-под тепловоза для его разборки и замены.
Для сокращения времени на вывешивание колесных пар в передовых депо применяют домкраты, постоянно установленные в углублении пола цеха под каждую буксу тепловоза. Домкраты приводятся в действие от одного насоса, снабженного электроприводом.
При ТР-1 проверяют распределение охлаждающего воздуха по тяговым электродвигателям путем измерения статического напора внутри остова гъри помощи дифференциального манометра, при максимальной частоте вращения коленчатого вала дизеля. Для этого свободный конец резиновой трубки дифманометра вставляют в отверстие крышки нижнего люка электродвигателя — уровень жидкости дифманометра покажет статический напор воздуха. Для электродвигателей тепловозов типов ТЭ10, 2ТЭ116 давление должно быть не менее 1,6 кПа. Если статический напор меньше нормы у группы двигателей (тележки), проверяют целостность брезентовых рукавов, плотность пригонки их к остову, частоту вращения вентиляторов охлаждения, правильность сборки вентиляторов. Разница напора между двигателями одной тележки указывает на нарушения подвода воздуха у электродвигателя. Получение большего значения напора указывает на то,’ что часть выпускных отверстий закрыта или сильно загрязнены вентиляционные каналы якоря.
При обнаружении подгара и почернения коллекторных пластин тягового генератора (или вспомогательных машин) необходимо произвести шлифование коллектора на холостом ходу с использованием переносного суппорта, затем продуть генератор, очистить и протереть коллектор, обдуть и очистить лобовые соединения обмотки якоря тягового генератора, проверить коммутацию генератора и вспомогательных машин, произвести ревизию кабелей наружного монтажа и проверить работу вспомогательных машин без снятия их с тепловоза.
При текущем ремонте ТР-2, кроме работ, выполняемых при ТР-1, восстанавливают работоспособность отдельных вспомогательных машин. Для этого снимают с тепловоза электродвигатели топливоподкачивающего и маслопрокачивающего насосов, калорифера, антиобледенителя, вентилятора кузова, однокорпусного агрегата, синхронного подвозбудителя и ремонтируют их. Проводят
95
ревизию якорных подшипников всех электрических машин, кроме тяговых электродвигателей, ревизию щеткодержателей тяговых генераторов и электродвигателей и двухмашинных агрегатов, сборных шин, выводных кабелей гиговых двигателей, клип, выводных проводов тяговых генераторов. Проверяют коммутацию тягового генератора и при необходимости настраивают ее. Проверяют установку щеткодержателей но физической нейтрали у тягового генератора. Если обнаружено замасливание обмоток и пониженное сопротивление изоляции, тяговый генератор с тепловоза снимают и проводят его ревизию с разборкой. Магнитную систему промывают авиационным бензином Б-70. Проверяют соосность вала якоря генератора и коленчатого вала дизеля.
При текущем ремонте ТР-3 ремонт тяговых электродвигателей, тяговых генераторов и вспомогательных машин выполняется в соответствии с требованиями Правил ремонта электрических машин тепловозов ЦТ/3542 1979 г.
Шлифование и обточка коллектора тягового генератора на тепловозе. В случае необходимости допускается обточка и шлифование коллектора непосредственно на тепловозе. Для этого используют переносный суппорт (рис. 5.2), который устанавливают на ребро подшипникового щита плитой 2 и крепят к нему двумя болтами 3 (вместо левого среднего бракета со стороны привода). На поперечной каретке 11 устанавливают два абразивных бруска 9 (Р-16 или
Коллектор
Рис. 5.2. Суппорт для шлифования коллектора
Рис. 5.3. Скоба для выемки и постановки якоря двигателя
96
Р-17Б), закрепляемых винтом 10 и прихватом 8. Продольная подача (вдоль коллекторных пластин) осуществляется по направляющей 5 суппорта при помощи рукоятки 1 через шестерню 6 и репку 7. Поперечная подача каретки производится винтом 4.
Четыре верхних бракета используют для пуска дизеля, а щетки на нижних брикетах поднимают. Чтобы угольная и медная пыль не оседала между гибкими петушками коллектора, их заклеивают сегментами, вырезанными из тонкой бумаги. После пуска дизеля щетки на четырех верхних бракетах поднимают и коллектор шлифуют до получения необходимой чистоты его поверхности.
После шлифования генератор продувают, снимают фаски на коллекторных пластинах, при этом якорь поворачивается вручную при помощи червячной пары на муфте привода генератора. Повторно продувают генератор, снимают наклеенные сегменты на торца.х петушков, а места наклейки зачищают и промывают бензином.
Для получения на рабочей поверхности коллектора политуры генератор 1'11-311Б подключают к жидкостному реостату, устанавливают нагрузку 2200 А, и он работает в таком режиме 7 ч, после чего генератор вновь продувают. Шлифование рекомендуется производить при частоте вращения якоря 400 об/мин (1-я позиция контроллера). Если по состоянию рабочей поверхности требуется его проточка, вместо брусков устанавливают резец.
Ремонт тяговых машин. Поступившие в ремонт двигатели очищают в собранном виде в моечных установках. При отсутствии их тяговые двигатели очищают снаружи скребками и ветошью, смоченной в керосине. Перед разборкой двигатель испытывают на холостом ходу при частоте вращения 400- 500 об/мин, для чего питают его пониженным напряжением (примерно 90 В) от генератора депо.
Разборку двигателя ведут в такой последовательности: гидравлическим съемником или насосом высокого давления (маслосъем) спрессовывают зубчатое колесо (шестерню) с конусного конца вала, лабиринтное уплотнительное кольцо, крышки подшипников, упорное кольцо. Индикаторным приспособлением или щупом измеряют радиальные зазоры в подшипниках. Вынимают щетки из щеткодержателей. Гайковертами отвертывают болты, кренящие подшипниковый щит со стороны шестерни, затем на конец вала якоря укрепляют Г-образную скобу (рис. 5.3) и краном вынимают якорь из остова. Якорь вместе с подшипниковым щитом укладывают на стеллаж. Подшипниковый щит со стороны коллектора выпрессовы-вают из остова гидропрессом или выжимными болтами. Помечают краской ориентированное положение наружных колец подшипников относительно щитов и извлекают их из щитов. Проверяют наличие маркировки спаренности щитов и остова. Применение горизонтального способа разборки и сборки электродвигателей уменьшило число кантовок (поворачиваний) электродвигателя в 5- 6 раз, массу оборудования в 3—4 раза и понизило стоимость ремонта.
I Зак. 373
97
При спрессовке шестерни маслосъемом масло под большим давлением (400 МПа) подается к месту сопряжения двух поверхностей (вала и шестерни). Шестерня как бы всплывает и снимается с вала. Для поступления масла на валу тягового двигателя имеются вертикальное и горизонтальное отверстия. На поверхности конуса в месте выхода вертикального отверстия имеется кольцевая проточка, которую и заполняет масло.
Конусную часть вала под шестерню проверяют калибром по краске. Площадь прилегания калибра к конусу вала должна быть не менее 75 %. Отдельные вмятины и риски на конусе общей площадью до 20 % поверхности конуса разрешается оставлять. Конус вала притирают совместно с устанавливаемой шестерней на собранном электродвигателе.
Подшипниковые щиты после обмывки осматривают для выявления трещин и обмеряют по всем посадочным поверхностям. Замеры делают но двум взаимно перпендикулярным диаметрам. Определяют овальность, конусность и средний диаметр. Овальность горловины под подшипниковый щит при выпуске из текущего ремонта не должна превышать 0,5 мм. Натяг посадки подшипниковых щитов в остов должен быть в пределах 0,04—0,07 мм.
Ремонт катушек полюсов сводится к проверке сопротивления изоляции катушек, внешнему осмотру, проверке плотности межкатушечных соединений. В депо, где катушки из остова, как правило, не вынимают, плотность межкатушечных соединений проверяют, пропуская двойной номинальный ток двигателя (1200 — 1400 А) от многоамперного агрегата через катушки полюсов в течение 8— К) мин. О надежности контакта судят по омическому сопротивлению, изменению показаний амперметра при качке мест соединений или по разности нагрева, определяемого путем ощупывания после отключения источника тока.
Катушки очищают, просушивают и окрашивают электроизоляционной эмалью воздушной сушки ГС-92ХС без снятия из остова. Катушки с пробоем изоляции и межвитковым замыканием направляют на завод.
Якорь тщательно осматривают, контролируют мегаомметром сопротивление изоляции, проверяют плотность посадки клиньев, качество пайки петушков, износ коллектора и глубину канавок между коллекторными пластинами, целостность переднего стекло-бандажа.
Если сопротивление изоляции соответствует норме, проверяют качество пайки секций якоря в петушках коллектора и отсутствие межвиткового замыкания в обмотке якоря. Для этого используют импульсную установку или метод падения напряжения. К одной из пластин коллектора подключают импульсный генератор. Выводы индикатора устанавливают на равном расстоянии от точки подключения генератора. При замыкании витков на экране прибора
98
появляются характерные кривые, по которым можно определить участки замыкания. При измерении методом падения напряжения применяют приспособление (рис. 5.4), представляющее собой скобу 4, сделанную из изоляционного материала, с двумя электрическими щетками 5, расположенными на расстоянии полюсного деления. Щетки подключают к источнику постоянного тока напряжением 4—8 В. Вилку 2 с контактами (щупами), присоединенными к милливольтметру 3, перемещают по дуге. Щупы расположены на расстоянии коллекторного деления; милливольтметр измеряет падение напряжения между двумя
соседними коллекторными пластинами
Рис. 5.4. Приспособление для проверки якоря на межвитковое замыкание
1.
При качественной пайке и отсутствии замыканий падение напряжения должно быть почти одинаковым. При текущем ремонте стрелка милливольтметра не должна отклоняться более чем на 20 % от среднего значения всех показаний. При межвитковых или
межламельных замыканиях показание прибора будет значительно ниже, а при нарушении пайки или надрыва провода значительно выше среднего значения. Если прибором установлена неудовлетворительная пайка, тогда якорь паяют вновь, а если обнаружено межвитковое замыкание или обрыв обмотки, то якорь направляют
на завод.
Бандаж на конусе коллектора проверяют на целостность и плотность прилегания к коллекторным пластинам. Его накладывают из стеклобандажной ленты, сильно затягивают, промазывая при этом каждый слой эмалью ГФ-95. Для закрепления от разматывания бандаж прошивают по окружности и заглаживают горячим паяльником. После окончательной обработки бандажа и торцов коллекторных пластин их неоднократно покрывают эмалью ГФ-92 ХС до тех пор, пока не образуется гладкая глянцевая поверхность. Загрязнение бандажа может привести к закорачиванию отдельных коллекторных пластин. Если бандаж при осмотре оказался исправным, то его зачищают от старого лакового покрытия стеклянным полотном и покрывают вновь эмалью до получения глянцевой поверхности.
Клинья при ослаблении или повреждении выпрессовывают пневматическим молотком и специальным бойком. Для предохране
4*
99
ния обмотки якоря от механических повреждений при запрессовке нового клина под последний подкладывают прокладку из стеклотекстолита или прессшпана. Для уплотнения клина в пазу допускается постановка двух-трех таких прокладок.
Продораживание коллектора выполняется приспособлением с фрезой, установленным на бандажировбчном станке или вручную, используя ножовочное полотно /, закрепленное в держателе 2 (рис. 5.5, а). Для снятия фасок с кромок коллекторных пластин используют приспособление, выполненное из стальной ленты 4 размером 2X30 мм, скрепленное заклепками между двумя пластмассовыми держателями 3 (рис. 5.5, б). Фаски размером 0,5Х 45 ° снимают для предохранения закорачивания пластин в случае затягивания меди на их краях при неудовлетворительной работе шеток. При необходимости коллектор обтачивают на токарном станке с минимальным снятием металла. После механической обработки коллектор продувают сжатым воздухом.
Якоря пропитывают для повышения качества изоляции, увеличения электрической прочности, влагостойкости и монолитности обмоток. В процессе пропитки лак проникает в поры изоляции, заполняет пустоты, вытесняет воздух, улучшая тем самым отвод тепла. Для пропитки тяговых машин с изоляцией класса на-гревостойкости В применяют лак ФЛ-98, a F — термореактивный полиэфирно-эпоксидный лак ПЭ-933. Для пропитки обмоток с изоляцией класса Н применяют кремнийорганические лаки КО-916 и КО-916К.
Термореактивные лаки теплостойки, имеют высокие изолирующие свойства, хорошо проникают во все части обмотки, высыхают в глубоком слое (между сердечником якоря и бандажом), цементируют (т. е. приклеивают обмотку к сердечнику и склеивают между собой) обмотку. Кроме того, эти лаки образуют поверхностную маслостойкую пленку, однако эта пленка, как показал опыт, в процессе эксплуатации разрушается, и якоря требуют дополнительного покрытия эмалью. В современных двигателях предусмотрено покрытие якорей эпоксидной эмалью горячей сушки типа ЭП-91.
Рис. 5.5. Приспособления: а — для продораживания; б — для снятия фасок
100
В условиях депо в большинстве случаев для пропитки якорь погружают в бак с лаком и выдерживают в течение 15--20 мин. После этого якорь устанавливают в наклонном положении на приспособление с поддоном и через 5-6 мин поворачивают на 1/4 оборота для стока излишков лака. Затем якорь сушат в печи, покрывают эмалью, сушат на воздухе и снова в печи.
Пропитка компаундами отли
Рис. 5.6. Установка для пропитки компаундами
чается от пропитки лаками тем, что компаунд должен быть предварительно разогрет до жидкого состояния. В некоторых депо и на заводах пропитку компаундами производят на специальных установках (рис. 5.6).
В автоклав 2 с крышкой 3 и манометром 4 помещают якорь или катушки. Насос 8 откачивает воздух и пары из автоклава, имеющего обогрев. В автоклаве создается вакуум, в котором сушатся изделия. Затем изделия охлаждают до температуры 60—70 °C и вновь погружают в автоклав, крышку 3 закрывают, снова создают вакуум и открывают кран 9 для поступления пропиточного состава из бака 1 в автоклав, затем отключают насос 8, закрывают краны 9 и 5 и открывают кран 6 и сжатым газом (азотом) от баллона 7 создают давление в автоклаве на 5—10 мин. Затем
давление снижают на такое же время и вновь поднимают. Процесс повторяют три-четыре раза с тем, чтобы обеспечить более глубокую пропитку. Сушку якорей вначале производят при вакууме и температуре 80— 100 °C в течение 2 ч, затем при атмосферном давлении и температуре 110— 150 °C в зависимости от класса нагревостойкости
изоляции.
Сушка электрических машин. В эксплуатации многие повреждения машин вызваны увлажнением изоляции из-за попадания снега внутрь машины при метелях или отпотевании. При вводе тепловоза с охлажденными до минус 15 °C машинами в депо, где температура плюс 15 °C, на их обмотках выделится около 2 кг влаги. Чтобы этого не происходило, тепловоз в отапливаемый цех следует ставить при температуре электрических машин, превышающих температуру цеха на 4—6 °C. Поэтому необходимо тепловоз ставить в цех для ремонта сразу же после поездки или подогревать машины током от собственного тягового генератора или калориферной установки. Сушку машин начинают с внешнего обогрева воздухом, нагретым до 50—60 °C в течение 2- 3 ч, а затем повышают ее до 90—100 °C.
Заканчивают сушку, когда сопротивление изоляции достигло сравнительно высокого значения и перестает изменяться. Для машин
101
с незначительным увлажнением процесс сушки может продолжаться несколько часов; для крупных машин (тяговые генераторы) с сильно увлажненной изоляцией процесс сушки может продолжаться сутками. При сушке машин необходимо медленно поднимать температуру не более чем на К) °C в течение 1 ч. Чем крупнее машина, тем медленнее должен быть подъем температуры. При слишком быстром подъеме температуры изоляцию обмоток можно повредить.
Во время сушки сопротивление изоляции обмоток вначале понижается из-за испарения влаги, а затем повышается. Нельзя прекращать сушку при продолжающемся понижении сопротивления изоляции. Замер сопротивления изоляции производят мегаомметром на 500 В. Увлажненную изоляцию можно легко «пробить», поэтому пользоваться мегаомметром на 1000 В нельзя.
При подогреве электродвигателей энергией собственного тягового генератора тепловоз должен перемещаться со скоростью не выше 3 км/ч в заторможенном состоянии или стоять без движения. В последнем случае тепловоз не реже двух раз в час растормаживают и перемещают. Сушку ведут при токе генератора 2000—2400 А для тепловозов типа ТЭ10 (из расчета 300—400 А на каждый электродвигатель). Время, в течение которого можно получить необходимый подогрев электрических машин, может достигать 40—60 мин при температуре наружного воздуха минус 20 °C. Если предполагается простой тепловоза в депо для выполнения непланового ремонта более 1,5 ч, то тяговые электродвигатели должны быть прогреты. Если простой тепловоза менее 1,5 ч, то электродвигатели можно не подогревать, но открывать их смотровые люки запрещается.
Калориферный прогрев и сушка тяговых электродвигателей производятся во всех случаях поступления тепловоза в депо, если температура обмоток двигателей ниже температуры цеха. Для этого используются типовые установки с электрическим или паровым калорифером, обеспечивающие температуру воздуха 90 100 °C и расход его через каждый двигатель 10- 15 м'*/мин.
При сушке изоляции тягового генератора от постороннего источника тока цепь якоря и добавочных полюсов питают низким напряжением и током 50—70 % номинального значения. Если сушка производится током короткого замыкания, то обмотку якоря и добавочных полюсов через автоматический выключатель / (рис. 5.7), предохранитель 2 и шунт амперметра замыкают накоротко. При работе дизеля на пониженной частоте питают обмотку возбуждения генератора 3 от постороннего источника тока. Затем частоту вращения коленчатого вала дизеля и ток возбуждения постепенно увеличивают. Процесс сушки ведут при частоте вращения вала дизеля и токе генератора, близкими к номинальным значениям. Сушку тягового генератора можно производить, подключив его к реостатной установке депо.
102
Ремонт тяговых генераторов. При текущих ремонтах устраняют неисправности, проводят ревизию, ремонт или замену отдельных деталей, сборочных единиц, регулировку и испытания. Тяговые генераторы маневровых тепловозов разрешается не снимать с тепловоза, если сопротивление изоляции не менее 20 МОм, обеспечена плотная посадка катушек полюсов, удовлетворительно лаковое покрытие магнитной системы и якоря.
Порядок разборки тягового генератора постоянного тока следующий: генератор отсоединяют от поддизельной рамы, продувают сжатым воздухом в специальной камере, наружную поверхность станины обтирают ветошью, смоченной в керосине. После этого с вала якоря снимают муфту и вентиляционный патрубок. От подшипникового щита отсоединяют токопроводящие шины, в щеткодержателях поднимают или совсем вынимают щетки. Так как генератор имеет только один подшипник, то для выемки якоря используют специальную Г-образную скобу 4 (рис. 5.8). Скоба одним концом крепится к фланцу 5 вала болтами, а другим поддерживается подъемным краном. Между скобой 4 и станиной 3 генератора помещают деревянную прокладку 2, и кран освобождают. После этого отжимными болтами выпрессовывают подшипниковый щит и якорь вынимают. Разборку и предварительный осмотр генератора ведут на подставке 1. После разборки каждый узел продувают в камере, очищают волосяными щетками и передают на специализированные рабочие участки для дополнительного осмотра и необходимого ремонта.
Подшипниковый щит продувают воздухом, протирают техническими салфетками, смоченными в керосине, осматривают для выявления возможных трещин. Определяют износы по посадочным мс-
Рис. 5.7. Сушка изоляции генератора током короткого замыкания
Рис. 5.8. Скоба для выемки якоря генератора
103
стам. Трещины и выработанные места исправляют электронаплавкой. После наплавки щиты обрабатывают на станке. Щит, проверенный и восстановленный по своим размерам, укладывают щеткодержателями вверх на приспособление, представляющее собой стеллаж с барабаном. Диаметр барабана равен диаметр)' коллектора машины и имеет риски, соответствующие положению щеткодержателей. На приспособлении производится сборка, регулировка щеточного аппарата и предварительная притирка щеток.
Магнитную систему очищают жесткими волосяными щетками и продувают сжатым воздухом. У очищенных катушек полюсов проверяют мегаомметром сопротивление изоляции. Для этого один из выводов прибора подключают к выводу катушки полюса (главного или добавочного), другим касаются станины. При показании прибора, близком к нулю, определяют методом исключения катушку с низким сопротивлением. Если катушка пробита, т. е. сопротивление изоляции равно 0, ее заменяют. Если же сопротивление недопустимо низкое, катушку снимают с полюса, еще раз тщательно очищают, сушат, покрывают эмалью; после высыхания вновь проверяют сопротивление изоляции. Если оно поднялось до 3 МОм, катушка считается исправной, в противном случае ее заменяют. Работы, проводимые при ремонте якоря, близки к работам, выполняемым при ремонте якоря тягового электродвигателя.
Для сборки подшипникового узла вал протирают салфеткой, смоченной в бензине, на него надевают заднее лабиринтное кольцо до упора в бурт, а затем внутреннее кольцо подшипника. Якорь укрепляют на скобе, которой пользуются для разборки, и с помощью мостового крана вводят его в станину, подложив под скобу деревянную подкладку для освобождения крана.
Подшипниковый шит мостовым краном подают к станине, совмещают риски на щите и станине, выставляют по посадочным поверхностям станины подшипник и при помощи четырех технологических шпилек подтягивают щит, а затем навертыванием гаек на шпильки напрессовывают щит на подшипник. Окончательно закрепляют щит после настройки коммутации. После установки щита удаляют подкладку из-под подъемной скобы, плавно опускают другой конец вала на полюсы, снимают скобу с якоря. Устанавливают крышку подшипникового щита, подсоединяют выводные шины, ставят клипы, воздушный патрубок, щитки. Затем генератор продувают и подготавливают к установке на тепловоз.
При техническом обслуживании синхронных генераторов внешним осмотром устанавливают места повреждений и загрязнений, следов течи смазки из подшипника, проверяют надежность крепления генератора и закрепление крышек замками, определяют состояние изоляции обмоток, не допуская трещин, расслоений, обугливаний, механических повреждений и загрязнений. Корпуса и пружины щеткодержателей не должны иметь оплавлений, рабочая по
104
верхность контактных колец должна быть гладкой, без следов оплавлений, подгаров и загрязнений. Подшипники должны работать без стука с равномерным шумом. При ТО-3 заменяют щетки, имеющие значительный износ с предварительной притиркой на специальном барабане. Устраняют шлифованием брусками подгары, задиры на рабочей поверхности контактных колец. Затем производится обтирка и продувка.
При ТР-1 осматривают состояние паяных соединений обмотки статора, межкатушечных соединений обмотки ротора, крепление выводных шип статора. Проверяют статическое давление охлаждающего воздуха U-образным манометром в контрольной точке, оно должно быть не более 1210 Па для тепловозов 2ТЭ116 и ТЭП70. В дополнение к работам, выполненным при ТР-1 при ТР-2, измеряют сопротивление изоляции обмоток мегаомметром на 1000 В. Для измерения сопротивления изоляции относительно корпуса вывод прибора «земля» присоединяют к корпусу, а вывод «линия» - к любому из выводов ротора и каждой звезды. При измерении сопротивления изоляции между обмотками звезд один из выводов прибора подсоединяют к любому выводу одной звезды, а другой- к любому выводу другой звезды. Сопротивление изоляции обмотки статора должно быть не менее 1 МОм, а ротора - 0,5 МОм. Если сопротивление изоляции ниже, то генератор очищают и сушат.
При выпуске тепловоза из текущего ремонта ТР-3 сопротивление изоляции должно быть не менее 20 МОм. Измеряют уровень вибрации на опорных лапах генератора вибрографом ВР-1. При текущем ремонте ТР-3 генератор с тепловоза снимают и разбирают.
Порядок разборки близок к описанному выше для генераторов постоянного тока.
Работы, выполняемые при обслуживании и ремонте двухмашинных агрегатов и вспомогательных электродвигателей, близки к рассмотренным выше. Отличительной особенностью вспомогательных машин является крепление коллектора гайкой, которую при ремонте подтягивают специальным торцовым ключом при нагреве коллектора до 70—80 сС. Крепление обмоток якоря большинства машин выполняют проволочными или стеклянными бандажами. Ослабший бандаж заменяют. Значительная часть вспомогательных машин имеет встроенные в них вентиляторы, которые прикреплены болтами к ступице, напрессованной на вал. При ослаблении ступицы и трещинах в ней якорь отправляют для ремонта на завод. Если обнаружена трещина в лопатке, то вентилятор снимают, трещины заваривают, вентилятор балансируют статически, после чего закрепляют па ступице. После этого якорь балансируют динамически.
105
5.3.	ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Изготовленные или отремонтированные тяговые электрические машины должны удовлетворять требованиям и нормам, установленным ГОСТ 2582 81, ведомственным техническим условиям и Правилам ремонта электрических машин тепловозов (ЦТ/3542, 1979 г.). Приемо-сдаточные испытания проходит каждая машина после ремонта или выпуска завода-изготовителя. Программа приемо-сдаточных испытаний машины постоянного тока включает в себя внешний осмотр машины, измерения сопротивления обмоток, испытания на нагревание в течение 1 ч, проверку частоты вращения и реверсирования при номинальных значениях напряжения, токов нагрузки и возбуждения для электродвигателей, для тяговых генераторов — проверку напряжений, соответствующих продолжительному режиму при низшем и высшем напряжениях, при номинальной частоте вращения, испытания на повышенную частоту вращения, проверку биения коллектора, коммутации, сопротивления и электрической прочности изоляции.
Для тяговых генераторов переменного тока программа приемосдаточных испытаний состоит из: измерения сопротивления обмоток постоянному току, испытания на нагревание в течение 1 ч (допускается проводить эти испытания методом короткого замыкания), снятие характеристики холостого хода и испытание на повышенную частоту вращения, измерение сопротивления изоляции обмоток, испытание электрической прочности межвитковой изоляции между обмотками и изоляции обмоток относительно корпуса, определение биения контактных колец и измерение уровня вибрации.
При осмотре машины обращают внимание на состояние коллектора, установку щеткодержателей, разбег якоря, исправность щеточного аппарата и легкость вращения якоря. Коллектор не должен иметь пластин с острыми кромками, заусенцами и забоинами. Биение коллектора, контактных колец на нагретой машине допускается для электродвигателей и вспомогательных машин не более 0,04 мм, а коллекторов и контактных колец тяговых генераторов -- -0,06 мм.
Испытание на холостом ходу проводят для проверки точности сборки и уравновешенности машины, работы подшипников и приработки щеток по коллектору. Тяговые электродвигатели с последовательным возбуждением в режиме холостого хода могут иметь недопустимую частоту вращения (разнос), поэтому они питаются Пониженным напряжением, равным ’/в—/ю номинального значения. Электродвигатели ЭД-107, ЭД-108 и ЭД-118 проверяют в течение 30 мин при частоте вращения 600 об/мин, тяговые генераторы — в течение 30—40 мин при частоте вращения 500 об/мин, вспомогательные машины — в течение 20—30 мин при частоте вращения, равной 25—40 % номинального значения.
106
Чтобы выявить нагревание от трения щеток и испытать подшипники, электродвигатели работают без подачи охлаждающего воздуха в течение 1 ч. Двигатели ЭД-107 и ЭД-118 работают при частоте вращения 2290 об/мин. При этих частотах измеряют вибрации на подшипниковом щите в верхней точке со стороны коллектора и привода. Допустимая вибрация 4 мм/с. Температура подшипников, измеренная термометром или термопарой, не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 55 СС. Качество приработки щеток оценивается го контактной поверхности, которая должна быть блестящей с почти незаметными рисками по всей площади, но не менее 75 % площади.
Измерение омического сопротивления обмоток производят методом сопротивления (вольтметра и амперметра), который при использовании приборов класса 0,2 или 0,5 обеспечивает высокую точность. Вольтметр, измеряющий падение напряжения, присоединяют непосредственно к выводам измеряемой обмотки. К обмотке якоря вольтметр подсоединяют специальными щупами, устанавливаемыми на коллекторных пластинах, расположенных между щетками. Омическое сопротивление измеряют до испытания машин (в практически холодном состоянии); полученное значение пересчитывают к температуре 20 °C. Сопротивление не должно отличаться от номинального (паспортного) значения на ±10% для отремонтированных машин.
Машины на нагревание' испытывают для определения превышения температуры (перегрева) обмоток, коллектора и подшипников над температурой охлаждающего воздуха при номинальном режиме работы. Испытания тяговых электрических машин под нагрузкой проводят методом взаимной нагрузки (возвратной работы). При этом методе две однотипные машины соединяют электрически и механически (с помощью полумуфт). Одна машина работает в режиме генератора, а другая - - двигателя (рис. 5.9, а). Машина, работающая генератором Г, питает машину, работающую двигателем Т Д, которая вращает генератор. Потери обеих машин покрываются вольтодобавочной машиной ВДМ и линейным генератором ЛГ. Машина ВДМ покрывает электрические потери, а ЛГ - магнитные и механические. Испытание на нагревание производится при номинальном режиме: например, для электродвигателя ЭД-118Б при напряжении 463 В, токе 720 Л, частоте вращения 585 об/мин и подаче охлаждающего воздуха 1,33 м3/с-
В процессе испытания машины постоянно контролируют ток нагрузки, напряжение, частоту вращения, температуру подшипников, охлаждающего воздуха и неподвижных обмоток. После остановки машины измеряют температуру обмотки якоря методом сопротивления, а коллектора - - термометром. Превышение температур
Этот вид испытаний в депо не выполняют.
107
Рис. 5.9. Испытания тяговых машин под нагрузкой:
а --схема стенда взаимной нагрузки; б схема стенда для мощных синхронных генераторов;Л — асинхронный электродвигатель; ДПГ, ДПТД — обмотки добавочных полюсов генератора и двигателя; ВГ, ВТ Д — обмотки возбуждения генератора н двигателя; /Ил, Л» /.д--токи линейного генератора, генератора н тягового
обмоток для электродвигателя ЭД-118Б должно быть не более: якоря — 140 °C, главных и добавочных полюсов — 115 °C. коллектора —95 °C. Наибольшая температура подшипников 100 °C.
Тяговые генераторы и тяговые электродвигатели разрешается испытывать без подачи охлаждающего воздуха при открытых люках в течение 1 ч при номинальном напряжении и токе, устанавливающем превышение температуры, равное превышению температуры при номинальном режиме. Для тягового электродвигателя ЭД-118Б этот ток равен 575 А. Тяговые генераторы также разрешается испытывать методом ко
электродвигателя
роткого замыкания, поддерживая при этом ток номинального ре-жима. Нагрузочные испытания вспомогательных машин производят методом непосредственной нагрузки. В качестве нагрузочного устройства используют реостаты.
Отклонения частоты вращения проверяют в обоих направлениях вращения после испытания на нагревание. Допустимые отклонения частоты вращения тяговых электродвигателей ±3 % от номинального значения, а разность между частотой вращения в одну и другую сторону должна быть не более 4 % от среднеарифметического обеих частот вращения.
Нагрузочные испытания мощных синхронных генераторов. Перспективные тепловозы будут иметь синхронные тяговые генераторы мощностью 5800- 7400 кВт. Для обеспечения надежной работы
генераторов в эксплуатации при выпуске с завода-изготовителя или ремонтного завода необходимо проводить их испытания в объеме приемо-сдаточных по полному циклу, предусмотренному ГОСТ 2582-81. Применить для испытаний метод взаимной нагрузки синхронного генератора на машину постоянного тока невозможно, так как такие мощные генераторы не изготавливает промышленность. В результате проведенного анализа методов испытания была выбрана схема испытательного стенда (рис. 5.9, б) с нагружением тягового синхронного генератора на такой же генератор или любую другую синхронную машину методом взаимной нагрузки через ста
108
тический преобразователь со звеном постоянного тока с покрытием потерь механическим способом. Испытуемый тяговый синхронный генератор ИГ работает на неуправляемую выпрямительную установку ВУ, а нагрузочный синхронный двигатель ДИ (тяговый синхронный генератор, работающий в двигательном режиме) получает питание от инверторной установки И. Инвертор и выпрямитель составляют вместе статический преобразователь СП со звеном постоянного тока. В качестве приводного двигателя ДП (для покрытия потерь) используется машина постоянного тока, получающая питание от двигатель-генератора АД — Г1.
Основное назначение СП в схеме -- передача мощности от И Г к ДИ и обеспечение требуемых режимов работы генератора по току, напряжению и частоте вращения. Заданный режим устанавливается регулированием частоты вращения ДП, угла управления тиристорного инвертора и возбуждения ИГ.
Приведенная схема стенда обеспечивает любой требуемый режим при испытании тяговых синхронных генераторов, минимальные потери энергии при испытаниях, минимальное число установочных мощностей и минимальные габаритные размеры стенда. По приведенной схеме разрабатываются стенды для испытания мощных тяговых синхронных генераторов на заводах-изготовителях и ремонтных заводах.
Испытание на повышенную частоту вращения проводится на нагретой машине при холостом ходе в течение 2 мин. Частота вращения для тяговых электродвигателей превышает на 25 % максимальную частоту вращения (для ЭД-118Б —2860 об/мин), для тяговых генераторов и вспомогательных машин -- на 20 %. В депо тяговые генераторы на повышенную частоту вращения не испытывают.
Коммутация машины оценивается визуально по степени искрения под сбегающим краем щетки. Установлено 5 классов коммутации; для тепловозных машин допустимым классом коммутации является 1 '/г, при котором происходит слабое искрение под большей частью щетки примерно у половины щеток. Электрические машины должны иметь удовлетворительную коммутацию при всех токах, соответствующих рабочим характеристикам машин, поэтому при снятии характеристик ведут наблюдения за коммутацией.
Коммутацию тягового генератора проверяют в течение 1 мин на тепловозе при реостатных испытаниях при номинальной частоте вращения, максимальном токе и напряжении, соответствующем этому току. Для генератора ГП-311Б проверку коммутации производят при токе 6600 А и напряжении 300 В. Коммутацию тяговых электродвигателей проверяют при снятии скоростных характеристик и при токе 1100 А и напряжении 300 В для двигателей типа ЭД. Этот режим выполняется в двух направлениях вращения по 30 с.
Машина считается выдержавшей испытание, если не произошло каких-либо механических повреждений или кругового огня. Коллек
109
тор должен быть пригоден к работе без какого-либо исправления. При повышенном искрении проверяют нажатие пружин щеткодержателей, приработку щеток к коллектору, состояние коллектора, плотность контактов, биение коллектора, правильность установки добавочных полюсов и чередования щеткодержателей по коллектору. На тяговых генераторах дополнительно проверяют установку щеток на нейтрали индуктивным методом. Если эти проверки не улучшат коммутацию, то определяют зону наилучшей коммутации (безыскровой работы) машины методом положительной и отрицательной подпитки (отпитки) добавочных полюсов.
Точность установки щеток на геометрической нейтрали проверяют на неподвижном якоре. К двум щеткам (рис. 5.10), расположенным на расстоянии полюсного деления, подключается милливольтметр с нулем посредине шкалы. В обмотку возбуждения через выключатель подводится ток от постороннего источника постоянного тока, равный 1—5 % номинального. Затем при помощи выключателя замыкают или размыкают цепь. Если щетки расположены на нейтрали, то стрелка милливольтметра отклоняться не будет, так как э. д. с., индуктируемая в обмотке якоря, равна нулю. В случае смещения щеток с нейтрали будет происходить отклонение стрелки милливольтметра. Необходимо сместить щетки и снова разомкнуть и замкнуть цепь возбуждения, при этом отметить не только значение, но и направление отклонения стрелки вольтметра. Если
показание вольтметра уменьшилось, то щетки надо смещать в ту же сторону, если увеличилось — в обратную.
Сопротивление и электрическую прочность изоляции оценивают по значению сопротивления и пробивного напряжения. Сопротивление изоляции электрических машин с номинальным напряжением до 500 В измеряется мегаомметром на 500 В, а машин, рассчитанных на напряжение больше 500 В, - мегаомметром ла 1000 В. Сопротивление изоляции обмоток тяговых генераторов постоянного и
Рис. 5.10. Установка щеток на нейтрали
переменного тока и тяговых электродвигателей, измеренное в холодном состоянии, не должно быть меньше 20 МОм. Отсчет по мегаомметру ведется через 1 мин после приложения напряжения.
Для оценки увлажненности изоляции измеряют сопротивление изоляции мегаомметром спустя 15 и 60 с с момента приложения напряжения и вычисляют отношение показаний Reo/Ris- Изоляция сухая, если отношение больше 2, степень увлажненности изоляции можно оценивать по соотношению
но
12	3	4	5
Рис. 5.11. Схема стенда для испытания электрической прочности изоляции
емкостей, измеренных при частотах 50 и 2 Гц. Если это соотношение равно или больше 1,5, то изоляция увлажнена.
Электрическую прочность изоляции (испытание на пробой) обмоток электрических машин относительно корпуса и между обмотками проверяют в течение 1 мин повышенным напряжением переменного тока частотой 50 Гц. Испытательное напряжение для тяговых генераторов и двигателей, прошедших капитальный ремонт, определяется (7Hcn== 2(7 + 1000, а после среднего или деповского ремонта (7„in = 0,75(2(7+1000). Здесь (7 = 85 % максимального напряжения тягового генератора (но не ниже номинального).
Схема установки для испытания на пробой приведена на рис. 5.11. Для регулирования испытательного напряжения служит автотрансформатор <3, а высокое напряжение создает повысительный трансформатор 4. При подаче напряжения загорается лампа 2, сигнализирующая обслуживающему персоналу о том, что надо соблюдать меры предосторожности. Объект ремонта, подаваемый на испытательную установку, должен быть чистым, а сопротивление изоляции, замеренное мегаомметром, — соответствовать норме (для якоря электродвигателя не ниже 20 МОм). Якорь 5 или другой объект помещают в пробивную (огражденную) ячейку установки. Если испытывается электрическая прочность изоляции обмотки якоря относительно корпуса, то один конец высоковольтной обмотки трансформатора подсоединяют к валу, а другой — к пластине коллектора. Для того чтобы все катушки обмотки якоря находились под одним напряжением, коллектор предварительно закорачивают медной проволокой. Закрывают дверь ячейки (блокировка безопасности 1 замыкает цепь) и повышают напряжение трансформатором 3 примерно до '/з испытательного, а затем в течение 10—15 с доводят до испытательного значения, выдерживают 1 мин и плавно снижают до нуля.
Машина прошла испытание, если не произошло пробоя или перекрытия изоляции обмоток. После испытания машина подвергается внешнему осмотру.
Напряжение тяговых генераторов проверяют при номинальной частоте вращения. Нагрузку и возбуждение устанавливают для продолжительного режима при высшем напряжении. Напряжение не должно отличаться более чем на ±5 % от приведенного в паспорте.
ill
Глава 6 АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ
6.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Аккумуляторные батареи тепловозов предназначены для питания током тяговых генераторов или етартер-генераторов при пуске дизелей, питания цепей управления и освещения при неработающем дизеле. Аккумуляторная батарея состоит из последовательно соединенных элементов, работа которых основана на способности электрической энергии преобразовываться в химическую и, наоборот, способности химической энергии преобразовываться в электрическую. На тепловозах применяют кислотные (свинцовые) и щелочные (никель-железные и никель-кадмиевые) аккумуляторы, отличающиеся друг от друга материалом пластин и составом электролита.
Простейший кислотный аккумулятор представляет собой сосуд с водным раствором серной кислоты (электролитом), в который погружены два электрода (свинцовые пластины). В кислотных аккумуляторах активной массой положительных пластин служит перекись (двуокись) свинца (РЬО_>) темно-коричневого цвета, а отрицательных — губчатый (чистый) свинец (РЬ) серого цвета. При разрядке ток внутри элемента протекает от отрицательной пластины к положительной, активная масса переходит в сернокислый свинец, на что расходуется серная кислота, взамен которой образуется вода, плотность электролита понижается.
Во время заряда ток от внешнего источника подводится к положительной пластине и проходит по электролиту к отрицательной пластине. Сернокислый свинец на отрицательной пластине восстанавливается в губчатый свинец, а на положительной пластине превращается в двуокись свинца. При этом образуется серная кислота, а так как на ее образование расходуется вода, то плотность электролита повышается.
Аккумулятор после заряда приходит в то же состояние, в каком он находился до разряда.
Напряжение и э.д.с. кислотного аккумуляторного элемента независимо от размеров аккумулятора при нормальной плотности электролита и средней температуре составляют 2—2,1 В; с увеличением плотности электролита э.д.с. элемента возрастает. Если внешняя цепь разомкнута, то э.д.с. и напряжение аккумулятора равны.
Аккумулятор, как и любой другой источник электрической энергии, обладает внутренним сопротивлением /?вн, поэтому
112
напряжение U, подведенное к аккумулятору при заряде, больше э.д.с. аккумулятора А’:
U = E+/R,.,.
При разряде напряжение на зажимах аккумулятора меньше его э.д.с. на значение внутреннего паления напряжения:
U^E-IR,».
Во время заряда напряжение аккумулятора изменяется. Вначале напряжение элемента почти не изменяется, а к копну заряда (примерно через 3,5 ч) поднимается до 2.6 2,7 В. при этом около пластин интенсивно выделяются газы (электролит кипит). После отключения аккумулятора от источника тока напряжение элемента быстро снижается до 2,1 2,2 В. Во время разряда напряжение аккумулятора быстро падает до 2 В, а затем медленно уменьшается до 1,8 В. Если продолжать разряд дальше, то напряжение начнет резко падать. Чтобы избежать повреждения аккумулятора, при напряжении 1,7 В разряд прекращают.
Емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое можно получить от полностью заряженного аккумулятора при разряде до минимально допустимого напряжения на зажимах. Емкость аккумулятора равна произведению разрядного тока на вре мя разряда и выражается в ампер-часах (А-ч).
Емкость аккумулятора зависит от количества и пористости активной массы пластин (размера и толщины), плотности (коннен-трации) и температуры электролита и значения разрядного тока.
Количество электричества и энергии, которое отдает в цепь аккумулятор при разряде, всегда меньше, чем полученные им при заряде. Величины, характеризующие степень использования количества электричества и энергии (выраженные в процентах), называются отдачей аккумулятора. Значение, показывающее степень использования количества электричества, называется ампер-часовой отдачей, а показывающее использование энергии -ватт-часовой отдачей, или к.п.д. аккумулятора. Для кислотных аккумуляторов ампер-часовая отдача равна 80- 85%, а для щелочных 60 70%.
При работе аккумуляторов и их хранении е электролитом происходит потеря емкости (на утечки тока, саморастворение электродов и др.), которая называется саморазрядом аккумулятора.
Щелочные аккумуляторы применяются двух типов: никельжелезные и никель-кадмиевые. Активная масса положительных пластин в этих аккумуляторах состоит из окисла никеля, смешанного для увеличения электропроводности с графитом. Эта масса помещена в тонкие железные оболочки с мелкой перфорацией. Отрицательные пластины изготовлены из губчатого железа (никель-железные аккумуляторы) или из губчатого кадмия с добавлением губчатого
113
железа, В качестве электролита используют раствор едкого кали в дистиллированной воде. При разряде аккумулятора окислы никеля в положительных пластинах переходят в гидрат окиси железа. Особенностью щелочных аккумуляторов является то, что концентрация раствора едкого кали при разряде остается неизменной. Поэтому напряжение щелочных аккумуляторов почти не зависит от плотности электролита и определяется степенью окисления активной массы. Во время заряда происходит обратный процесс: на положительных пластинах образуются окислы никеля, а на отрицательных восстанавливается губчатое железо.
Полностью заряженный аккумулятор имеет э.д.с., равную примерному 1,45 В. Об окончании заряда щелочного аккумулятора судят по напряжению. После того как напряжение под нагрузкой достигнет 1,83 В, заряд продолжают еще в течение 30—40 мин, а затем прекращают. Длительность заряда составляет 6—7 ч. Вначале разряда напряжение довольно быстро падает до 1,3 В, затем медленно снижается до 1,1 В; при таком напряжении разряд следует прекратить, иначе напряжение начнет резко уменьшаться.
Щелочные аккумуляторы имеют ряд преимуществ перед кислотными: увеличенный срок службы (пять — семь лет вместо двух-трех), использование для изготовления менее дефицитных материалов, они медленнее, чем свинцовые, саморазряжаются (при этом не разрушаются пластины), имеют большую механическую прочность и малую чувствительность к перезаряду и недозаряду, а также к большим разрядным токам, требуют более простого обслуживания и ремонта.
4.2. УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВОЗНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
На тепловозах установлены в основном кислотные 32ТН-450, 48ГН-450 it щелочные 46ТПНЖ-550 батареи. В условном обозначений: 32, 48, 4G — число •?.лем?,’тсч; буквы ТП — тепловозная (пусковая): Н—тип положительных пластин — намазные; числа 450, 550 — емкость батареи в ампер часах; НЖ — никель-железные.
Три или четыре элемента кислотной батареи составляют секцию и монтируются в деревянном ящике / 'рис. 6.1, а). Это создает удобство транспортировки (предусмотрена подвеска 2), монтажа и предохраняет бак аккумулятора от повреждения. Внешняя и внутренняя поверхности ящика покрыты черным кислотоупорным лаком. На рис. 6.1, б приведена схема соединения элементов в батарее 32ТН-450.
Элемент тепловозной кислотной аккумуляторной батареи (риш 6.2, л) состоит из эбонитового бака 1 и двух полублоков положительных и отрицательных пластин 2 (составляющих блок), разделенных сепараторами 7 и 8. На дне бака (сосуда) имеются
114
Рис. 6.1. Тепловозная кислотная аккумуляторная батарея:
а - секция; б - схема соединения элементов в батарее 32ТН-450
Ф
Рис. 6.2. Элементы тепловозной аккумуляторной батареи: а - кислотной; б - щелочной
Тип батареи	Номинальная емкость, А  ч	Номинальное напряжение, В	Тренировочный разряд	
			Продолжительность, ч/ ток, А	Конечное напряжение, В (не менее)
32ТН-450	450	64	10/45	57,6
48ТН-450	450	96	10/45	86,6
48ТН-350	350	96	10/35	86,6
46ТПНЖ-550	550	57,5	5/110	46
четыре выступа, на которые опираются ножки пластин, а снизу — четыре резиновые амортизационные полосы 9. В крышке 5 элемента пять отверстий, четыре из которых предназначены для контактных выводов (борнов) 4 и одно — для заливки электролита. Это отверстие закрыто пробкой 6 особой конструкции с вертикальными и горизонтальными каналами и отражательным щитком. По каналам выходят наружу газы, образующиеся в элементе при работе, а щиток 3 предотвращает выплескивание электролита. К полублокам припаяны контакты, состоящие из медного штыря и свинцово-сурьмянистой наплавки. Контакты уплотнены в крышке резиновыми кольцевыми прокладками. Зазоры между крышкой и баком заливают кислотостойкой мастикой. В каждом элементе 19 положительных и 20 отрицательных пластин при емкости батареи 450 А-ч. Пластины изготовлены в виде решеток, отлитых из свинцово-сурьмянистого сплава (95 % свинца и 5 % сурьмы) и заполненные (методом намазывания) активной массой.
Один из сепараторов, разделяющих разноименные пластины, изготовлен из листового пористого мипласта, другой — из стекловолокна. В кислотной батарее тепловоза электролитом служит раствор аккумуляторной серной кислоты в дистиллированной воде. Плотность электролита для южных районов должна быть 1,24— 1,25 г/см3, в остальных районах — 1,24—1,25 г/см3 в летнее время и 1,26—1,27 г/см3 в зимнее.
Все аккумуляторы соединены последовательно (см. рис. 6.1, б). Контактные выводы и межэлементные соединения изготовлены из меди или латуни. Чтобы предохранить от коррозии, их покрывают свинцом. Основные технические данные аккумуляторных батарей приведены в табл. 6.1.
Элемент тепловозной щелочной аккумуляторной батареи имеет два полублока положительных и два отрицательных пластин, которые размещены в стальном баке / и изолированы от него винипластовой пленкой // (см. рис. 6.2, б). Пластины 2 имеют короб-
116
Т а б л и ц a 6.1
Толчковый разряд (пуск дизеля)		Масса акку-мулятора (с электролитом), кг	Напряжение источника, В	Начальный ток заряда, А	Серии тепловоза
Ток. А	Напряжение. В (не менее)				
1700	32	38	75	40 — 50	ТЭМ2, ТЭП60, М62, 2М62, ТЭЗ
1700	48	38	НО	40 - 50	2ТЭ116
1800	48	30	НО	40 — 50	2ТЭ121, ТЭП70
2200	25	45	75	150	Типов 2ТЭ10Л и ТЭ10
чатую форму и изготовляются из стальной перфорированной ленты. Пластины различной полярности изолированы перфорированными сепараторами из винипласта или резиновыми шнурами. Полублоки собираются из пластин одинаковой полярности при помощи шпильки (или сварки) и имеют по одному выводу (борну) 4 (блок аккумулятора имеет четыре бориа). Выводы от крышки бака изолированы пластмассовыми кольцами, втулками и уплотнены резиновыми кольцами 10, препятствующими вытеканию электролита. Для заливки электролита в крышке имеется горловина, закрытая пластмассовой пробкой 6, имеющей канал для выхода газов. Бак покрыт щелочестойким лакокрасочным материалом и защищен изоляционным резиновым чехлом 12.
Электролитом щелочной батареи служит 20%-ный водный раствор едкого кали (плотность 1,19-1,21 г/ем3) в дистиллированной воде с добавлением 20 г/л моногидрата едкого лития, увеличивающего срок службы батареи, особенно при повышенных температурах.
При низких температурах (ниже —15 °C) следует применять раствор чистого едкого кали с плотностью 1.24—1,27 г/см3; это предохраняет электролит от замерзания. Электролит приготовляют в стальной сварной посуде. Запрещается пользоваться посудой оцинкованной, луженой, медной, свинцовой и керамической.
6.3. НЕИСПРАВНОСТИ И РЕМОНТ
Неисправности. В процессе эксплуатации у кислотных аккумуляторных батарей возможна течь бака, что приводит к быстрому падению уровня электролита. Если течь обнаружена в пути, то элемент необходимо отключить, так как течь приводит к утечке тока и полной «земле». Короткое замыкание между разнополюсными пластинами может произойти при повреждении сепараторов или образовании мостиков шлама между пластинами. Оно характе
117
ризуется понижением напряжения на элементе как при заряде, так и при разряде, понижением плотности электролита, не устраняемой дополнительным подзарядом, повышением температуры электролита. Довольно часто возникает сульфатация, т. е. покрытие пластин кристаллическим налетом, препятствующим взаимодействию электролита с пластиной. Сульфатация появляется вследствие: недостаточного первоначального заряда, продолжительного бездействия в состоянии неполного заряда, систематически повторяющихся глубоких разрядов, систематических недоразрядов, применения электролита высокой плотности, систематических быстрых зарядов большими токами, отсутствия своевременных восстановительных зарядов, низкого уровня электролит#, внутренних коротких замыканий, загрязнения электролита вредными примесями, пониженной емкости элемента. Сульфатация устраняется тремя-четырьмя циклами лечебных разрядов по инструкции завода. При чрезмерной сульфатации производится заряд слабым током, а при запущенной сульфатации применяется заряд в дистиллированной воде.
Повышенный саморазряд может быть вызван плохой изоляцией, внутренним коротким замыканием и местными реакциями в элементах, которые вызываются примесями в электролите, а утечка тока возникает при понижении изоляции батареи. Сопротивление изоляции батареи, измеренное мегаомметром, должно быть не менее 25 кОм.
Вследствие плохого подтягивания нижних контргаек при съеме и постановке перемычек может появиться коррозия зажимов. Коррозия зажимов создает большое сопротивление току при пуске дизеля. Для уменьшения коррозии необходимо резьбу смазывать вазелином.
Не до заряд обнаруживается но уменьшенной плотности электролита. Систематический недозаряд истощает элементы. Перезаряд можно установить по сильному газовыделению и повышению температуры электролита. Это ослабляет активную массу, способствуя образованию шлама, что может привести к коротким замыканиям в аккумуляторах.
Неисправности щелочных аккумуляторов чаще всего связаны с потерей емкости. Емкость исправной батареи может снизиться из-за многократных пусков дизеля без последующего подзаряда, длительной работы вспомогательного оборудования при неработающем дизеле, систематического недозаряда батареи и др. Снижение емкости, своевременно замеченное, может быть устранено или приостановлено. Причинами потери емкости являются: накопление карбонатов в электролите, загрязнение электролита вредными примесями, высокая температура электролита во время эксплуатации, повреждения сепараторов, короткие замыкания в аккумуляторах. С ростом температуры электролита железная активная масса начинает растворяться, действуя на положительный электрод и сни-
Н8
Рис. 6.3. Проверка электролита: а — ареометр с грушей; б — стеклянная трубка
жая при этом емкость. Повышение температуры электролита может быть вызвано систематическим перезарядом аккумуляторов.
Ремонт. При техническом обслуживании ТО-2 измеряют, а при необходимости восстанавливают уровень электролита (норма для щелочных батарей 50—60 мм над пластинами, для кислотных не менее 15 мм над предохранительным щитком). .Нагрузочной вилкой измеряют напряжение каждого аккумулятора. Щелочные аккумуляторы, имеющие напряжение менее 1,2 В, а кислотные—менее 1,8 В, заменяют. Допускается в эксплуатации отключать один аккумулятор до очередного ТО-3. Проверяют плотность крепления перемычек батареи.
Плотность электролита для кислотных батарей измеряют сифонным ареометром, вмонтированным в стеклянный цилиндр с резиновой грушей и имеющим трубку для отсоса (рис. 6.3, а). Ареометр представляет собой полую стеклянную трубку, запаянную с обоих концов, имеющую внутри груз и шкалу. В нижней части трубка, расширяясь, образует поплавок. Для измерения плотности через отверстие пробки аккумулятора засасывают грушей необходимое количество электролита и по шкале отсчитывают значение плотности. Уровень электролита снижается вследствие интенсивного его испарения при несвоевременной доливке дистиллированной воды; пластины оголяются, подвергаются коррозии и выходят из строя. В южных районах страны летом воду доливают через 12 ч, в зимнее время — примерно через 6—8 дней. Доливать дистиллированную воду необходимо перед зарядом батареи с тем, чтобы она
119
могла смешаться с электролитом. Проверка уровня электролита производится мерной стеклянной трубкой с контрольными рисками (рис. 6.3, б) или специальным приспособлением.
При техническом обслуживании ТО-3 выполняются все работы, предусмотренные на ТО-2. Кроме того, снимают перемычки и очищают их от окислов, и после постановки смазывают техническим вазелином поверхности перемычек и крышек. Прочищают вентиляционные отверстия в пробках, заменяют аккумуляторы, отключенные на ТО-2 и отбракованные на ТО-3. Измеряют сопротивление изоляции батарей мегаомметром на 500 В. Оно должно быть не менее 25 кОм.
При текущем ремонте ТР-1 в дополнение к работам, выполняемым при ТО-3, производят корректировку плотности электролита и затяжку гаек с уплотнительными резинками.
При ТР-2 батареи снимают с тепловоза, очищают и проводят лечебно-тренировочный цикл для кислотных батарей--заряд током 35 А до появления признаков конца заряда (постоянство напряжения и плотности в течение 1 ч); разряд током 45 А до напряжения 1,8 В на одном-двух наиболее слабых аккумуляторах; заряд двуступенчатым режимом: 1-я ступень — током 65 А до достижения напряжения 2,3 В в 80 % аккумуляторов; 2-я ступень — током 35 А до достижения признаков конца заряда. Затем производят корректировку плотности электролита. У щелочных батарей проверяют содержание карбонатов, плотность и уровень электролита. Батарею разряжают током 110 А до достижения у четырех аккумуляторов напряжения 1 В. Проводят контрольный цикл по режиму: заряд током 150 А в течение 6 ч, разряд током НО А до достижения напряжения 1 В у четырех аккумуляторов, заряд током 150 А в течение 9 ч, после чего корректируют плотность и уровень электролита. Батарею выпускают из ремонта, если ее емкость не менее 70 % номинальной и сопротивление изоляции не ниже 25 кОм.
При текущем ремонте ТР-3 в дополнение к работам, выполняемым при ТР-2, проверяют напряжение каждого аккумулятора при токе 50 А. Кислотные аккумуляторы, имеющие напряжение менее 1,95 В, а щелочные — менее 1,3 В заменяют исправными. Щелочные аккумуляторы, проработавшие 3 г, передают в отделение для ремонта.
При выполнении работ с аккумуляторами необходимо соблюдать ряд предосторожностей, так как многие элементы, входящие в аккумулятор, оказывают вредное воздействие на организм человека.
Очень опасен гремучий газ, который образуется при заряде аккумуляторов. Появление искры может вызвать взрыв. Необходимо следить, чтобы аккумуляторные отсеки на тепловозах хорошо вентилировались.
120
Работникам, связанным с обслуживанием аккумуляторных батарей, необходимо соблюдать правила личной безопасности, не пользоваться открытым огнем в аккумуляторных помещениях и на тепловозе, не выполнять каких-либо работ на батарее во время ее заряда; все механические работы выполнять, инструментом, имеющим изолированные ручки. Случайные короткие замыкания инструментом могут привести к взрыву. Нельзя пользоваться одной посудой, ареометрами, мерными трубками, грушами для обслуживания кислотных и щелочных батарей. Поднимая и опуская щелочной аккумулятор в резиновом чехле, нужно быть особенно внимательным, так как в чехле часто скапливается электролит и при резком опускании аккумулятора он фонтаном выбрасывается из-под аккумулятора и может попасть в лицо. Кожу рук и одежду следует защищать от попадания кислоты, щелочи и электролита.
ГЛАВА 7 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
7.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Условия работы. Электрические аппараты работают на тепловозах в тяжелых условиях, поэтому они должны удовлетворять не только общим (надежность, простота конструкции, взаимозаменяемость, стабильность характеристик), но и особым требованиям: выдерживать вибрации, значительные колебания температуры (от —50 до +70 °C) и напряжения, воздействие влаги, пыли, грязи, масла. Напряжение в силовой цепи меняется от 0 до 900 В, а в цепи управления снижение напряжения допускается до 80 % номинального. Колебание давления сжатого воздуха допускается от 75 до 135 % номинального. Вибрации вызывают колебания (в основном вертикальные) деталей аппаратов, которые могут вызвать ослабление болтовых соединений, обрыв проводов и ложное срабатывание аппаратов. Чтобы этого не произошло, все крепежные детали — болты, винты, гайки, шпильки — ставят с пружинными шайбами; на ряде аппаратов устанавливают шплинты, контргайки, шайбы с отгибающимися концами и др.
Ложное срабатывание аппаратов исключается тем, что подвижные части, имеющие слабые пружины, балансируют, т. е. подбирают так, чтобы масса подвижных частей относительно оси вращения распределялась равномерно. Часть аппаратов устанавливают на амортизаторах. Наиболее чувствительные и точные аппараты закрывают кожухами (регулятор напряжения, реле давления масла, реле ограничения тока). Надежный электрический контакт обеспечивается путем пайки токоведущих частей припоями и монтажа проводов таким образом, чтобы исключалась возможность их перемещения при вибрации (небольшие припуски, прибандажировка к неподвижным частям).
Детали из меди или медных сплавов покрывают оловом (лудят) или красят эмалями и лаками, за исключением рабочих контактов. Детали, изготовленные из черных металлов, оцинковывают или окрашивают, а иногда хромируют или никелируют. Стальные оси шарнирных соединений, как правило, выполняют без покрытий, но в отверстие соединения запрессовывают втулку из латуни или бронзы.
Контакт электрических соединений. Место перехода тока от одного проводника к другому называется контактом, а электри
122
ческое сопротивление в этом месте •— переходным сопротивлением. Переходное сопротивление зависит от силы нажатия, материала, температуры и качества обработки соприкасающихся поверхностей. Материалом контакт-деталей чаще всего служит медь, имеющая небольшое сопротивление, достаточную механическую прочность и износостойкость. Медь с присадкой кадмия увеличивает износостойкость. Медные контакты покрываются слоем окислов. Серебро имеет меньшее сопротивление, чем медь, но оно дороже и уступает меди по износостойкости. Серебряные контакты в виде тонких пластинок, напаяных на медные держатели, используются в цепях управления тепловозов. Металлокерамические контакты, представляющие композицию серебра с другими металлами (окись кадмия, никеля, вольфрама), находят широкое применение в тяговой электроаппаратуре.
Электрический ток вызывает нагрев контактов, что в свою очередь приводит к окислению поверхностей, а следовательно, к росту контактного сопротивления. При увеличении контактного сопротивления повышаются тепловые потери, контакты могут перегреться, а при больших сопротивлениях оплавиться. Для уменьшения сопротивления применяют пружины, создающие достаточное нажатие на контакты. Чтобы неподвижные контактные соединения не окислялись, их медные детали подвергают лужению. Подвижные контактные соединения (контакты контакторов, реверсоров, рубильников) смазывают легким слоем технического вазелина.
Основными параметрами, характеризующими работу подвижного контактного соединения, являются: конечное нажатие, начальное нажатие, раствор (зазор), провал. Усилие, создаваемое контактной пружиной в точке конечного касания контактов (при полностью включенном контакторе), называется конечным нажатием. Усилие, создаваемое контактной пружиной в точке первоначального касания контактов, называется начальным нажатием. Конечное и начальное нажатия — важные эксплуатационные показатели. Нагрев контактов в значительной степени зависит от конечного нажатия. Уменьшенное начальное нажатие приводит к вибрации подвижного контакта при замыкании, что может вызвать оплавление контактов, а увеличенное значение его — к нечеткому срабатыванию контактора и к застреванию в промежуточных положениях.
Кратчайшее расстояние между контактными поверхностями подвижной и неподвижной деталей в их разомкнутом положении называется зазором (раствором). Большой зазор может не обеспечить нормального нажатия и притирания, а малый может вызвать переброс дуги (перекрытие) между контактными поверхностями.
В процессе включения контактов происходит их относительное скольжение и перекатывание. Скольжение разрушает пленке поверхностного окисления, перекатывание удаляет рабочую точку
123
Рис. 7.1. Схема измерения провала контактов электрических аппаратов
контактов от места включения и отключения, т. е. от места разрыва дуги. Это уменьшает износ контакт-деталей и предохраняет их рабочую поверхность от обгорания. Процесс совместного скольжения и перекатывания контактов от точки соприкосновения до конечного рабочего положения называется притиранием контактов. Для лучшего притирания подвижную контакт-деталь 2 (рис. 7.1) нужно сконструировать так, чтобы после соприкосновения до положения полного включения подвижная поверхность детали перекатывалась и скользила по неподвижной поверхности 1, а контактный рычаг (или якорь) переместился на определенное расстояние. Если при полностью включенном аппарате убрать неподвижную контакт-деталь, то подвижная будет перемещаться до тех пор, пока контактодержатель 3 не соприкоснется с рычагом. Это расстояние// называется провалом. Помимо притирания, провал обеспечивает также в пределах допусков работу контактора при изношенных контакт-деталях.
По форме сопрягаемых поверхностей разъемные контактные соединения делятся на три вида. Точечные, у которых соприкосновение происходит в одной точке (рис. 7.2, а). Эти контакты применяются при небольших токах (контакты реле). Клиновые плоские (поверхностные) используются на тепловозах в ряде аппаратов с небольшим контактным нажатием (рубильники, выключатели, плавкие предохранители). Линейные, у которых соприкосновение происходит по прямой линии (практически по очень узкой полоске), например касание двух цилиндрических контактных поверхностей (рис. 7.2, б, в). Линейный контакт при небольших нажатиях имеет относительно малое сопротивление. Они широко применяются в современных электрических аппаратах.
Дугогасительные устройства. Разрыв электрической цепи под током почти всегда сопровождается образованием электрической дуги, так как перед размыканием контактов из-за уменьшения силы
а;
ф ф J
Рис. 7.2. Формы контактных поверхностей: а - точечные; б, в — линейные
124
Рис. 7.3. Электромагнитное дугогасительное устройство
нажатия и поверхности соприкосновения резко увеличивается переходное сопротивление, вследствие чего контакты в этом месте сильно нагреваются. При токе в цепи больше 0,1 А и напряжении между разомкнутыми контактами более 20 В воздух между контактами ионизируется, происходит дуговой разряд. Температура дуги достигает 2000—3000 °C, и во избежание повреждения контактов дугу нужно быстро погасить.
Для лучшего гашения дуги необходимо, чтобы контакты размыкались с большой скоростью только до момента достижения
критической длины дуги, при которой она гаснет уже без дальнейшего раздвижения контактов. Затем скорость размыкания желательно уменьшить, так как большие скорости размыкания в цепях, обладающих значительной самоиндукцией, вызывают опасные перенапряжения. Чтобы раздвинуть контакты до расстояния, соответствующего критической длине дуги, потребовались бы большие размеры аппаратов, поэтому для увеличения длины дуги применяют дугогасительные устройства. В электрических аппаратах тепловозов используют способ магнитного гашения дуги, основанный на законе взаимодействия проводника с током (дугу можно рассматривать как проводник с током) и магнитного поля.
Дугогасительная катушка 2 включена в цепь тока, разрываемого главными контактами / (рис. 7.3). Стенки дугогасительной камеры имеют стальные полюсные наконечники 5, замкнутые сердечником катушки 3. Между полюсами возникает магнитное поле, направление которого выбирают таким, чтобы дуга выталкивалась в дугогасительные рога 4. Под действием магнитного дутья и потоков нагретого воздуха внутри камеры электрическая дуга перемещается к концам дугогасительных рогов, удлиняясь и охлаждаясь, что приводит к быстрому ее гашению.
Чтобы ускорить гашение, дугогасительную камеру разделяют перегородками. Дугогасительная камера препятствует перебросу электрической дуги на близко расположенные металлические части. Дугогасительные камеры изготовляют из асбоцемента, который обладает высокой теплостойкостью и хорошими изолирующими свойствами.
Классификация аппаратов. Аппараты, включенные в силовую цепь тепловоза (ее напряжение достигает 900 В) непосредственно или через добавочные резисторы, условно называют высоко-
125
вольтными. Аппараты, работающие в цепях управления, освещения и вспомогательных нагрузок, напряжение которых 75 110 В, называют низковольтными.
Высокое напряжение может вызвать, перекрытие токоведущих частей на корпус тепловоза и тем самым серьезно повредить электрическое оборудование. Чтобы избежать этих явлений, в высоковольтных аппаратах предусмотрены значительные расстояния (согласно техническим условиям) между токоведущими частями и корпусом, а в некоторых случаях эти части надежно изолируют. Так, например, болты силовых контакторов (ПК-753) выполняют с изоляционной головкой; болты, крепящие аппараты к каркасу высоковольтной (аппаратной) камеры, закрывают электрокартоном или заливают изоляционной массой. Изоляция катушек контакторов и реле, включенных в высоковольтную цепь, повышена по сравнению с низковольтными аппаратами.
По назначению электрические аппараты можно разделить на коммутационные, автоматического регулирования, защиты, контрольно-измерительные и сигнальные и разные. В зависимости от привода аппараты подразделяются на аппараты с непосредственным (ручным) приводом (выключатели, рубильник аккумуляторной батареи) и аппараты косвенного, или дистанционного, управления.
К аппаратам с дистанционным управлением относятся силовые контакторы, подключающие тяговые электродвигатели к тяговому генератору, которые включаются и выключаются аппаратами управления — контроллером машиниста и кнопочным выключателем, производящими соответствующие переключения в цепях управления.
На современных тепловозах применяется система дистанционного управления, исключающая соприкосновение машиниста с высоковольтным оборудованием и позволяющая автоматизировать управление агрегатами тепловоза (тяговым генератором, тяговыми электродвигателями, дизелем, вспомогательными машинами), вести контроль за их действием, а также защитить машины от ненормальных режимов работы. Кроме того, дистанционное управление упрощает размещение аппаратов на локомотиве и позволяет осуществить управление несколькими секциями тепловозов с одного поста, называемое управлением по системе многих единиц. Основными техническими характеристиками аппаратов являются: ток и напряжение (продолжительное и максимальное), раствор, провал и нажатие контактов, ток срабатывания (для реле).
7.2.	КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ
Контакторы. Основное назначение коммутационных аппаратов — замыкание и размыкание электрических цепей при переключении их в заданной последовательности. Аппараты, служа-126
щие для повторного замыкания и размыкания (под током) электрических цепей, по которым протекают большие токи или которые обладают значительной индуктивностью, называются контакторами. На тепловозах применяют контакторы с электропневма-тическим (при токах 750—1200 А) и электромагнитным приводами (400 А и меньше). В силовых цепях устанавливают электро-пневматические контакторы, так как они обеспечивают достаточное нажатие, надежный контакт и быстроту срабатывания.
Контакторы имеют главные и вспомогательные контакты, которые подразделяются на размыкающие и замыкающие. Размыкающий вспомогательный контакт замкнут, когда катушка контакторов обесточена; замыкающий вспомогательный контакт замкнут при включенном контакторе.
Электропневматические поездные контакторы (П1—116){ применяются для подключения тяговых электродвигателей к тяговому генератору или выпрямительной установке. На тепловозах используются электропневматические контакторы ПК-753Б-6, ПК-754 (тепловозы 2ТЭ116, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 4ТЭ10С, ТЭ10, ТЭП60, ТЭЗ и др.) и ПК-821 (ТЭМ2). Эти контакторы отличаются друг от друга в основном параметрами.
На панели 1 смонтированы неподвижные узлы контактора (рис. 7.4) и цилиндр 2 электропневматического привода. К панели прикреплен отлитый из латуни кронштейн <?, к которому припаяна дугогасительная катушка 4 со стальным сердечником (изолированным от нее). На кронштейне 3 также закреплен главный неподвижный контакт 6. Катушка с сердечником и главные контакт-детали 6 и 7 размещены внутри дугогасительной камеры 5. Ток к подвижной контакт-детали 7 подводится через гибкий медный шунт / /.
При подаче напряжения на катушку электропневматического вентиля 15 (типа ВВ-3) воздух поступает в цилиндр 2, поршень 14 со штоком 12 перемещаются вправо. Рычаг 9 поворачивается вокруг оси до тех пор, пока подвижная главная контакт-деталь 7 коснется неподвижной 6. Дальнейший поворот рычага 9 вызывает поворот подвижной контакт-детали 7 вокруг оси 0' и сжатие притирающей пружины 8. При снятии напряжения с катушки вентиля 15 под действием пружины 13 подвижный узел контактора возвращается в исходное положение.
Контактор снабжен вспомогательными контактами 10, состоящими из подвижных изоляционных колодок с медными пластинками, закрепленными на рычаге 9, и неподвижных контактов пальцевого типа, установленных на кронштейне привода. Вспомогательные контакты позволяют осуществлять требуемые зависимости в работе схемы.
1 В скобках курсивом дано обозначение аппаратов для электрической схемы тепловоза 4ТЭ10С (см. вкладку рис. 11.1).
127
Рис. 7.4. Элскпроиневматический контактор ПК-753Б
Рис. 7.5. Положение контактов при замыкании:
а - положение перед замыканием; б  момент начала замыкания; в рабочее положение; Л раствор; Б - - провал контактов
Таблица 7.1
Параметр	Контактор ПК 753Б	Контактор I1KT-565	Переключатель ИНК-8063
Ток номинальный, А	830/5*	450/2	1000/2
Напряжение номинальное, В	900/75	20/110	900/110
Число контактов	1/3	6/4	24/4
Нажатие (конечное), Н	55 - 63/10- 25	120X2/1,1 — 1,3	300/1,1 1,3
Раствор, мм	14 - 19,5/	6/2,5	10/2,5
Провал, мм	13 - 15/	4/2	3/2
* В числителе для главных контактов, в знаменателе для вспомогательных контактов.
Форма главных копта кт-деталей такова, что при замыкании первоначально сходятся их передние концы, затем подвижная контакт-деталь перекатывается по неподвижной до прилегания задних частей. Таким образом, при замыкании происходит относительное скольжение контактных поверхностей под усилием, создаваемым притирающей пружиной 8. Во время размыкания происходит обратное перекатывание и последними размыкаются передние концы контакт-деталей.
Последовательность положения контакт-деталей при замыкании показана на рис. 7.5. При такой работе контакт-деталей уменьшается их изнашивание, предотвращается приваривание и сохраняется рабочая часть. Главные контакты изготовлены из твердо-тянутой меди, из меди с накладкой серебра или металлокерамического сплава и в случае износа могут быть легко заменены. Технические данные контактора ПК-753Б приведены в табл. 7.1.
Контактор ПК-754 отличается от контактора ПК-753Б меньшими габаритными размерами, которые достигнуты за счет уменьшения размеровлитого основания пневматического привода. У контакторов типа Г1К753-Б6 вместо кожаных манжет в пневматическом приводе используются резиновые, показавшие более надежную работу. Для смазывания резиновых манжет применяется смазка ЦИАТИМ-221. Для повышения срока службы дугогасительной камеры в асбоцементных стенках пометены ситалловые вставки. Кроме того, усилено крепление силовых контактов и дугогасительной катушки.
Групповой контактор типа ПКГ-565 (ВШ1, BI112) применяется для подключения резисторов ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. Контактор имеет диафрагменный привод 9, управляемый электропневматическим вентилем 1 (типа ВВ-3). Шток 8 привода (рис. 7.6) с контактодержателем 2, на которых укреплены подвижные контакты 6 мостикового типа с пружинами 7, перемещается и замыкает главные контакты под воздействием пневматического привода. Неподвижные контакты <5 укреплены на пластмассовых контактодержателях, прикрепленных к уголкам 3. Неподвижные и подвижные контакты имеют металлокерамические накладки.
5 3;,к .473	129
Размыкание контактов происходит под действием сиды тяжести подвижных частей и отключающей пружины 4 при снятии напряжения с катушки вентиля /. Вспомогательные контакты мостикового типа. Металлокерамические контакты допускают нагрев до 125 °C (медные - до 115 °C) и выполнены без дугогасительного устройства, так как падение напряжения на обмотках возбуждения тяговых двигателей небольшое (до 20 В). Технические данные контактора приведены в табл. 7.1.
Реверсор (ПР) предназначен для изменения направления движения тепловоза путем изменения направления тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей. На тепловозах применяется контактная система барабанного или кулачкового типа, а приводы поршневые и диафрагменные. Поршневой привод для тепловозных реверсоров уже не выпускается. На тепловозе ТЭЗ применен реверсор барабанного типа (ПР-1М) с диафрагменным пневматическим приводом. Реверсоры включают в цепь обмоток возбуждения, а не в цепь якорей электродвигателей, так как в этом случае напряжение между контактами реверсора меньше, а следовательно, и размеры аппарата получаются также меньшими.
На тепловозах ТЭМ2 устанавливают кулачковые реверсоры
Рис. 7.6. Электропневматический групповой контактор ИКР-565
типа ППК-8200. Н а тепловозах ТЭ10, 2ТЭ10Л и ТЭП60 применен пневматический кулачковый переключатель типа ПН К-8601, на 2ТЭ116—- ППК-8064, рассчитанный на ток 1000 А.
Групповой кулачковый переключатель (реверсор) типа П ПК-8063 (рис. 7.7) устанавливается на тепловозах 2ТЭ10В (М и С). Технические данные его приведены в табл. 7.1. Схема работы кулачкового реверсора показана на рис. 7.8.
Пневматический привод 3 реверсора (см. рис. 7.7) диафрагменного типа и кронштейн 9 связаны с шестью изолированными стойками 7. К четырем стойкам крепятся неподвижные контакты 5, а к двум — подвижные 2.
Фигурные пластмассовые кулачковые шайбы 8 посажены на вал /, который поворачивается приводом. Привод управляется
130
Б-Б
электропневматическими вентилями 4 типа ВВ-32. Переключатель имеет устройство для ручного поворота и фиксации контактов в нейтральном положении. По числу тяговых электродвигателей переключатель имеет шесть электрических групп, каждая из которых состоит из четырех неподвижных контактов, укрепленных на стойках, и подвижных, смонтированных на двух качающихся рычагах 6. Каждый рычаг управляется одной кулачковой шайбой 8.
Переключения в обмотках возбуждения двигателей могут осуществляться только в обесточенном состоянии, так как реверсор не имеет дугогасящих устройств. Управление реверсором производится реверсивной рукояткой контроллера машиниста.
Электромагнитные контакторы. Привод контакторов выполнен в виде электромагнита с подвижным якорем. При протекании тока по катушке электромагнита якорь под действием магнитного поля, создаваемого катушкой, притягивается к сердечнику, вследствие чего подвижный контакт прижимается к неподвижному.
Контакторы электромагнитные типа МК (КВ, ВВ, КМН, КТН) используются в цепях возбуждения тяговых генераторов и электро-
5*
131
fl)	(fl	Рис. 7.8. Схема работы кулачкового эле-
° 7 Р ° I, °Д	мента реверсора:
--/ U г   \ Ч	V—	а положение «Вперед»; б положение Д д f дУ	Узд f □ q «Назад» (стрелки показывают направле-
ние тока в обмотке возбуждения)
двигателей собственных нужд на тепловозах более позднего выпуска. Все элементы контактора (рис. 7.9) собраны на скобе 1. Якорь 12 вращается на призмах, поджимаемых пружинами 7. Главная контактная система 8 состоит из контактной колодки 11 с неподвижными контактными скобами и дугогасительными катушками, траверсы 9 с подвижными контактами мостикового типа и дугогасительной камерой 10.
Вспомогательная контактная система 4 состоит из контактных колодок 5 с неподвижными контактными скобами и траверсы 6 с подвижными контактами мостикового типа. Контактор включается катушкой 13, а выключается пружинами. Регулировка растворов и провалов производится пластинами 3 и перемещением колодки 2, ограничивающей ход якоря. Контакторы типа МК рассчитаны на токи включения 100—400 А.
Электромагнитный контактор КПВ-604 (Д1—ДЗ) применяется в цепи пуска дизеля и предназначен для коммутации больших кратковременных токов (до четырехкратного номинального). Контактор (рис. 7.10) собран на основной скобе 4 магнитопровода. На нижнем конце скобы закреплены втягивающая катушка 1 с сердечником 2 и якорь 12. Якорь вставлен в прорезь скобы и двумя пружинами прижимается к ее призме 5. На верхнем конце скобы
Рис. 7.9. Контактор электромагнитный тина МК
Рис. 7.10. Контактор электромагнитный
КПВ-604
132
закреплено пластмассовое основание 7 с дугогасительным устройством и неподвижным контактом 8.
При подаче напряжения на катушку к ее сердечнику притягивается якорь, на котором закреплена скоба 6, несущая подвижной контакт 9. Четыре блокировочных контакта 13 мостикового типа расположены справа и слева от катушки. Для переключения их к якорю контактора прикреплена нажимная пластина 3. Чтобы не повредить корпус блокировочных контактов необходимо следить, чтобы при включении нажимная пластина не ударяла по корпусу, а траверса с подвижными контактами имела свободный ход около 1 мм. Притирание главных контактов обеспечивается притирающей пружиной 10, а отключение — возвратной пружиной И. Контактор имеет номинальный ток включения 250 А.
Трехполюсный электромагнитный контактор переменного тока типа КМ-2334 (рис. 7.11) исполь-
Рис. 7.11. Трехполюсный электромагнитный контактор переменного тока
зуется для включения мотор-
вентиляторов холодильной камеры. Электромагнитная система контактора состоит из сердечника //, якоря 14 Т-образной формы и двухсекционной катушки 13 постоянного тока. С якорем шарнирно связана подвижная система, состоящая из скобы 15 и планки 10,
к которой крепятся подвижные главные контакты 7 и вспомогательные контакты 3. Подвижная система уравновешена рычагами 12 и грузом противовеса 2. Нажатие контактов 7 создается пружиной 8 и регулируется шайбами 9. Контактная система мостикового типа. Неподвижные главные контакты 4 расположены в камере дугогашения. Гашение электрической дуги происходит в замкнутом пространстве дугогасительной камеры 5, имеющей основание и крышку 6, изготовленные из дугостойких прессматериалов. Все части контактора смонтированы на основании 1.
Контроллер машиниста предназначен для управления передачей мощности тепловоза, частотой вращения вала дизеля и изменения направления движения тепловоза. Переключением реверсивной
133
Рис. 7.12. Контроллер машиниста КВ-1552: а общий вид; б фиксирующий механизм; в контактный элемент
рукоятки 1 (рис. 7.12) контроллера машиниста изменяют направление движения тепловоза. Изменением положения штурвала 2 или главной рукоятки контроллера меняют частоту вращения вала дизеля, а следовательно, и его мощность.
На тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭЗ, ТЭМ1, ТЭМ2, ТЭК), 2ТЭ10Л и 2ТЭ10В более раннего выпуска установлены контроллеры с ручным управлением типов КВ-16А-12, КВ-1501, КВ-0801, которые отличаются друг от друга различным числом позиций. На тепловозах 2ТЭ1 16, 2М62, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М и 2ТЭ10С установлены контроллеры КВ-1552, на которых применена контактная система мостикового типа, а управление главным барабаном осуществляется штурвалом взамен главной рукоятки. Тепловозы ТЭМ2 и ТЭМ7, предназначенные для работы «в одно лицо», оборудуются контроллерами с ручным и электропневматическим приводом типов КВП-0854М и КВП-0855МУЗ.
Контроллер (КМ) типа КВ-1552 состоит из корпуса ,3, крышки, главного 6 и реверсивного 4 барабанов, кулачковых элементов (шайб) 7, реверсивной рукоятки / и штурвала 2. На вал главного 134
барабана набираются кулачковые шайбы, при помощи которых замыкаются и размыкаются в определенной последовательности контактные элементы 5. Позиции главного и реверсивного барабанов фиксируются насаженными на их валы храповиками 12. Фиксация храповика происходит на каждой позиции штурвала или реверсивной рукоятки специальным рычагом 10, фиксатором 9 и пружинами 8 и //. Фиксатор является одновременно механической блокировкой реверсивной рукоятки и штурвала, которая исключает перемещение реверсивной рукоятки на ходовых позициях штурвала главного барабана и поворот штурвала на нейтральном (нулевом) положении реверсивной рукоятки.
Реверсивная рукоятка съемная, она имеет три положения: «Вперед», «Назад» и нейтральное. Снять рукоятку можно только при нулевом положении штурвала. Контактный элемент мостикового типа с двойным разрывом контактов, состоит из пластмассового изолятора 17 и рычага 13, контактных болтов 14, мостиковых контактов 16, держателя и пружин 15, обеспечивающих начальное и конечное контактное нажатие. В рычаге имеется ролик, который, перемещаясь по поверхности кулачковой шайбы, включает или выключает контактный элемент.
Контроллер КВ-1552 имеет следующую техническую характеристику.
Напряжение, В	110
Ток продолжительного режима, А	20
Раствор, мм	8 — 10
Провал, мм	2,0 — 3,0
Нажатие, Н	4 — 6
Угол поворота, град.:
главного барабана	300
реверсивного барабана в обе стороны	35
Число кулачковых элементов главного барабана	11
Число элементов реверсивного барабана	8
Число позиций	15
Контроллер машиниста КВП-0854М, кроме ручного привода, имеет электропневматический привод, обеспечивающий дистанционное управление контроллером. Этот привод состоит из трех цилиндров управления главным барабаном и цилиндра переключения реверсивного барабана.
Привод увеличения или уменьшения позиций (рис. 7.13 ’а) состоит из цилиндра 3, поршня //, штока 4, на котором укреплены серьга 12 и толкатель 7 с пружиной 6, возвратной пружины 5 и упора /. При подаче воздуха в цилиндр 3 поршень 11, перемещаясь, толкает шток 4. При этом толкатель 7 входит в зацепление с зубом храпового колеса главного вала и, перемещая его, переводит главный барабан контроллера на одну позицию. Шток доходит до упора; чтобы смягчить удар, он имеет амортизатор 2.
135
Рис. 7.13. Контроллер машиниста КПВ-0854:
а — привод увеличения или уменьшения позиций; б привод сброса позиций; в - привод переключения реверсивного вала
Когда воздух в цилиндр не поступает, пружина 5 возвращает поршень и шток в исходное положение. Толкатель 7, проходя под зубом храпового колеса, поворачивается вокруг оси 8 и пружина (> возвращает его в первоначальное положение.
Привод сброса с любого положения на нулевое (рис. 7.13. б) имеет два цилиндра 3 и 14, зубчатую рейку 15, шток 4, манжету 10 и крышки 9 и 13. Шток и зубчатая рейка выполнены раздельно, с тем чтобы усилие трения манжеты не передавалось на главный
136
вал и не влияло на усилие переключения. Рейка /5 постоянно находится в зацеплении с шестерней вала, связанного с главным барабаном контроллера. При нулевом положении штурвала контроллера зубчатая рейка находится в крайнем левом положении. При увеличении позиций шестерня перемешает ее к штоку. При быстром сбросе позиций сжатый воздух перемещает шток 4, а следовательно, и зубчатую рейку до упора, возвращая тем самым контроллер в нулевое положение.
Привод переключения реверсивного барабана (рис. 7.13, в) работает аналогично приводу быстрого сброса позиций, отличие заключается в том, что воздух в цилиндр подается то с одной, то с другой стороны, тем самым переключая реверсивный вал из положения «Вперед» или «Назад» в противоположное без фиксации в нулевом положении. Фиксация главного и реверсивного барабанов, а также контактная система контроллера КВП-0854М такие же, как у контроллера КВ-1552.
Электропневматические вентили ВВ1, ВВЗ, ВВ32 управляют впуском сжатого воздуха в пневматический цилиндр привода или другого устройства и выпуском этого воздуха в атмосферу. Все вентили включающего типа. При иодаче напряжения на катушку вентиль впускает воздух в цилиндр аппарата или другого устройства.
Электропневматический вентиль типа ВВ32 (рис. 7.14, а) имеет электромагнитный привод плунжерного типа. На корпусе 8 вентиля установлена катушка 4, внутри которой имеются направляющие втулки 2 и 6. Подвижная часть состоит из плунжера (якоря) ,3 и клапанов 5 и 7. При обесточенной катушке пружина 9 удерживает в верхнем положении подвижную часть. Клапан 7 закрыт, и сжатый воздух из резервуара не поступает в цилиндр привода, а клапан 5 сообщает цилиндр привода с каналом выпуска (атмосферой).
При подаче напряжения па катушку плунжер ,3 втягивается в катушку и перемещает подвижную часть вниз. При этом клапан 7 открывает нижнее отверстие, по которому в цилиндр поступает из воздушного резервуара сжатый воздух. Выпускной клапан 5 закрывает верхнее отверстие для выхода воздуха из цилиндра аппарата в атмосферу.
Вентиль снабжен кнопкой / для ручной проверки его работы. Катушка вентиля залита эпоксидным компаундом, который образует вокруг обмотки твердый слой, являющийся одновременно и изоляцией, и каркасом. Вентили типов ВВ1 и ВВЗ имеют электромагнитный привод клапанного типа; их катушки намотаны на каркасах. Техническая характеристика вентилей приведена в табл. 7.2.
Вентили типа ВВ-1000 (рис. 7.14. б) — это двухпозиционные пневмораспределители с электромагнитным приводом и пружинным возвратом. Они более надежны, а детали их унифицированы. Пнев-
137
Рис. 7.14. Электропневматические включающие вентили:
а - ВВ32; б - ВВ-1000
мораспределитель (клапанный механизм) и электромагнит представляют собой самостоятельные узлы. В корпусе пневмораспределителя 12 расположены верхний 13 и нижний 11 затворы и заглушка 10, установленные по подвижной посадке и уплотненные резиновыми кольцами; клапан удерживается в исходном положении пружиной 9. Использование автономных затворов позволяет легко их заменить.
Электромагнит вентиля состоит из ярма 14 с катушкой 4 и установленной в нем по неподвижной посадке втулки 2 с якорем 17 и сердечником 16 со штоком 15. Втулка фиксируется в ярме
Таблица 7.2
Параметр	Тип вентиля			
	ВВ1	ВВ32	ВВЗ	ВВ-1000
Номинальное давление, кПа	500	500	500	630
Ход клапана, мм Площадь воздушных отверстий, мм2:	0,9 ± 0,05	1 ± 0,05	0,9 ± 0,05	1,5 ±0,05
впускного	8	8	8	10
выпускного	9	14	19	10 (16)
138
Таблица 7.3
Основные данные	Тип аппаратов	
	ЭТ-52Б	ЭТ-54Б
Напряжение, В	75	75
Ход якоря (зазор), мм Тяговое усилие, кг:	2,5	5,0
при зазоре	0,45	0,6
» притянутом якоре	3	8
пружинным кольцом 19. Полость электромагнита от загрязнения защищена колпачком 20 и кольцами 18. При наладочных работах или аварийных ситуациях вентиль включают вручную, используя кнопку, выполненную заодно с якорем и закрытую колпачком. Включающий и выключающий вентили различаются конструкцией клапанного механизма.
Тяговые электромагниты типов ЭТ-45Б и ЭТ-52Б (МР1 — MP4)
используются в системе управления дизелем для изменения частоты вращения на тепловозах 2ТЭ10В (М, С), ТЭК), ТЭП60, 2ТЭ116 и др. Тяговый электромагнит ЭТ-52Б (рис. 7.15) закрытого типа.
При прохождении тока по катушке 2 якорь 3 притягивается к сердечнику / и перемещает шток 6. Регулировка хода осуществляется винтом 5. Ток срабатывания 0,12 А. Корпус 4 имеет резьбу для ввинчивания магнита в корпус регулятора частоты вращения вала дизеля.
Электромагнит ЭТ-54Б для включения в схему имеет штепсельный разъем. Технические данные электромагнитов приведены в табл. 7.3.
Кнопочные выключатели, тумблеры, разъединители. Включение и выключение цепей управления, освещения и цепей вспомогательных электрических машин выполняют кнопочными выключателями (ВК). На тепловозах более раннего выпуска применяются кнопочные выключатели, имеющие по 12 кнопок, из которых две имеют возвращающую пружину (с самовозвратом) для пуска дизеля.
У -
Рис. 7.15. Электромагнит ЭТ-52Б
139
Рис. 7.16. Кнопочный выключатель
Во всех этих выключателях применен один и тот же кнопочный элемент.
Каждая кнопка (рис. 7.16) имеет два неподвижных стальных пальца 5, привинченных к деревянной рейке 6, и подвижной фибровый ползун 4. на котором укреплена медная контактная планка 3. Ползун соединен стержнем 2 с пуговкой (головкой) 1 кнопки; он имеет канавку для фиксации кнопки в выключенном положении.
Рис. 7.18. Выключатель автоматический типа АЕ-25
140
Кнопочные выключатели снабжены механическим замком, рукоятка которого может быть вставлена и вынута только при включенных и запертых кнопках. На тепловозах 2ТЭ10В вместо кнопочных выключателей до 1984 г. устанавливались автоматы типа А-3161 на 15 и 20 Л. С 1984 г. на тепловозах устанавливают автоматические выключатели типа АЕ-25, специально разработанные для подвижного состава.
Выключатель кнопочный ножной (КН) используется на всех тепловозах как педаль песочницы или тифона. Это выключатель с двумя пальцами и скользящим контактом. Он рассчитан на ток 10 А при напряжении 75 В. Нажатие пальцев 10— 20 Н. На всех тепловозах установлен разъединитель батареи (ВБ), который представляет собой двухполюсный рубильник, установленный на изоляционной доске и имеющий дистанционный рычажный привод.
Выключатель реле заземления (ВРЗ) типа ГВ-27А установлен на тепловозе ТЭЗ. Это трехполюсный рубильник, рассчитанный на продолжительный ток 80 А и номинальное напряжение 250 В. На других тепловозах для реле заземления применены отключатели однополюсные типа ГВ-25Б с теми же характеристиками.
На тепловозах 2ТЭ10В (М, С) в качестве отключателей тяговых двигателей применены двухполюсные тумблеры типа ТВ 1-2. На тепловозах ТЭЗ, ТЭМ1 и ТЭМ2 используются стандартные универсальные переключатели типа УП-5312ТС8Б, которые имеют набор контактных элементов с обшей рукояткой. При повороте рукоятки переключателя шайбы поворачиваются и замыкают те или другие электрические цепи. Такого же типа переключатель на тепловозах 2ТЭ10В (М, С) использован для аварийного отключения дизеля (АР).
Тумблеры ПКР, УТ, УП и другие выключатели типов ТВ-2 и ТВ1-4 применяются в качестве переключателя режимов, управления тепловозом, для отключения управления переходом на ослабленное возбуждение, управление жалюзи холодильника, муфтой вентилятора, в цепях освещения, для включения цепи дополнительного регулирования и др. Выключатели (рис. 7.17) рассчитаны на 220 В и 5 А, неразборные. Так как расстояние от оси 3 до средней части скоса сектора 4 минимальное по отношению к остальным точкам скоса, то ручка 2 при повороте переходит в одной из крайних положений (прд действием пружины), поворачивая сектор 4 также в одной из крайних положений. Один из контактных мостиков 5 сходит с пары неподвижных серебряных контактов /, размыкая их, а второй замыкает другую пару контактов /.
Автоматические выключатели типа АЕ-25 применяются для зашиты электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий. Устройство выключателя АЕ-25 показано на рис. 7.18, а техническая характеристика приведена в табл. 7.4. Устройство выключателя А3700, используемого в цепи уравнительных соединений, аналогично выключателю АЕ-25, но он имеет трехполюсное исполнение.
141
Т а б л и ц a 7.4
Тип выключателя	Цепь защиты	Номинальный ток, /н, А	Ток отсечки, А
А-3700	Цепь уравнителей	160	630
АЕ-2531	Прожектор	12,5	1,3 /н
	Работа дизеля, жалюзи	16	1,3 /н
	Управление тепловозом	20	1,3 /н
	Пожарная сигнализация, АЛСН	5	1,3 /н
АЕ-2534	Вентилятор кузова, калорифер	8	5 /и
	Топливный насос, бытовые приборы	12,5	5 /н
АЕ-2535	Освещение	20	5 /н
Операция включения или отключения выключателя осуществляется переводом рукоятки соответственно в верхнее или нижнее положение. Автомат смонтирован на основании /, на котором размещены все его части, закрывающиеся крышкой 3. Коммутирующее устройство- состоит из подвижного 4 и неподвижного 10 контактов. Гашение дуги при разрыве контактов происходит в деионной решетке // дугогасительной камеры. Автоматическое отключение производится электромагнитным расцепителем максимального тока 9 при коротком замыкании и тепловым расцепителем тока 8 при возникновении перегрузки. При этом незакрепленный конец биметаллической пластинки теплового максимального расцепителя 8 нажимает на рейку 7 и освобождает' защелку механизма управления 5; под действием пружины подвижной контакт займет разомкнутое положение, а рукоятка 6 - нейтральное. Для включения выключателя после его автоматического выключения предварительно необхо-
Рис. 7.19. Реле управления типа Р-45М
Рис. 7.20. Реле управления типа
ТРПУ-1
142
димо движением рукоятки вниз до отказа ввести рычаг взвода в зацепление с рейкой 7, после чего рукоятку перевести вверх до отказа. При автоматическом срабатывании выключателя повторно его включают не ранее 1 мин после срабатывания. Выключатели снабжены пламегасительным устройством 2. Выключатели рассчитаны для работы до полного износа без зачистки контактов и смены частей, но содержать их следует чистыми.
Реле управления (РУ). Реле предназначены для коммутации цепей управления. Реле управления типа Р-45М имеют различные модификации в зависимости от числа и типа контактов. Реле исполняют с двумя видами контактов пальцевыми и мостиковыми.
Якорь 3 (рис. 7.19) реле свободно качается на кронштейне 4. Когда катушка / обесточена, пружина 6 отжимает якорь от сердечника 2, при этом контакты разомкнуты. Когда катушка обтекается током, якорь притягивается к сердечнику 2, преодолевая сопротивление пружины, при этом контакты 7 и 8 реле замыкаются. Контакты реле имеют следующую характеристику.
Пальцевого типа Мостикового типа
Ток продолжительного режима, А	10	2
Раствор, мм	7,5	3 — 6
Провал, мм	3	2 — 3
Нажатие, Н	27 - 33	И - 13
Реле регулируют на необходимое значение тока срабатывания изменением затяжки пружины винтом 5. Пружина 9 служит для притирания контактов.
На тепловозах последних выпусков устанавливают реле управления типа ТРПУ-1. Оно рассчитано на напряжение до 110 В, допустимый ток продолжительного режима контактов 5 А, имеет меныпие габаритные размеры и массу по сравнению с Р-45М. Реле связано с электрической схемой при помощи штепсельных разъемов.
Электромагнитное реле ТРПУ-1 (рис. 7.20) состоит из скобы (магнитопровода) 7, катушки 5 с сердечником 6, ягоря 9, замыкающих / и размыкающих 2 контактов. При прохождении тока по катушке якорь притягивается к сердечнику, и через траверсу 3 происходит замыкание или размыкание контактов. После снятия напряжения пружина 8 устанавливает якорь в исходное положение, при этом замыкающие контакты размыкаются, а размыкающие замыкаются. Ход -якоря ограничивается угольником 4. Контакты реле имеют серебряные наплавки.
7.3.	АППАРАТЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
Реле перехода (РП1, РП%). Реле перехода предназначено для автоматического включения и выключения контакторов ослабления возбуждения в зависимости от определенного соотношения тока и
143
Т а б л и ц а 7.5
Положение контактов	Ток катушки, А	
	токовой	напряжения
Замыкаются	0	0,075
Размыкаются	0	0,022
Замыкаются	1	0,155
Размыкаются	1,3	0,052
напряжения тягового генератора (скорости движения тепловоза), а также изменения схемы соединения тяговых электродвигателей.
На тепловозах более раннего выпуска используется реле перехода Р-42Б, а на современных тепловозах применяется дифференциальное реле РД-3010 (рис. 7.21, а). На магнитопроводе (ярме) / П-образной формы укреплены катушки с сердечниками 5 и 3, токовая 6 и напряжения 2. Сердечник 5 токовой катушки с помощью винта может перемешаться для изменения воздушного зазора между якорем и сердечником 3. Якорь 4 Г-образной формы поворачивается на оси 9. При обесточенных катушках якорь прижимается пружиной //к упорному винту 12. Неподвижные контакты 7 реле установлены на изоляционной колодке, а подвижные 8— па якоре. Реле имеет один замыкающий контакт с двойным разрывом. Раствор контактов регулируют перемещением неподвижных контактов, а совпадение центров замыкающих поверхностей - перемещением подвижных контактов на контактОдержателе. Раствор контактов не менее 2 мм, а нажатие 4 Н. Контактная система закрыта прозрачным кожухом 10. Техническая характеристика реле и данные его настройки приведены в табл. 7.5.
Катушка напряжения // (рис. 7.21, б) через добавочный резистор R2 включается на напряжение генератора Г, так что ток в ней пропорционален напряжению тягового генератора. Токовая катушка Т последовательно с добавочным резистором R1 подключается параллельно обмотке добавочных полюсов ДП генератора, т. е. ток в ней пропорционален току тягового генератора.
Реле срабатывает под воздействием электромагнитного усилия, создайаемого катушкой напряжения 2, которому противодействует усилие токовой катушки 6 и пружины // (см. рис. 7.21, а).
Катушка напряжения при возрастании тока в ней (напряжения генератора) вызывает срабатывание реле, а токовая катушка при возрастании тока в ней (тока тягового генератора) вызывает отпадание реле. Благодаря этому характеристики реле перехода имеют вид, показанный на рис. 7.22. Н-а этом рисунке характеристики реле нанесены на внешние характеристики тягового генератора, поскольку срабатывание и отпадание реле происходят в зависимости от определенного соотношения напряжения и тока генератора.
144
Рис. 7.21. Рейс перехода:
а конструкция; б - схема включения
[Верхняя часть характеристики (рис. 7.22, а) является характеристикой срабатывания, г. е. в любой ее точке реле срабатывает и остается включенным до тех пор, пока не будет достигнута нижняя часть характеристики отпадания. Таким образом, в зоне I реле всегда включено, в зоне fl реле всегда выключено, а в зоне /// реле может быть и включено, и выключено в зависимости от того, в какой зоне (/ или //) на внешней характеристике работала электропередача до этого. Как видно из рис. 7.22, б, срабатывание реле происходит тогда, когда напряжение генератора приближается к максимальному значению. В результате включения ослабления возбуждения (переключения двигателей) ток генератора скачком увеличивается вдоль гиперболической .характеристики.
Схема должна быть настроена так, чтобы при возрастании тока не была достигнута характеристика отпадания. В противном случае реле вновь отпадет, что приведет к уменьшению тока до исходного значения и вызовет повторное срабатывание реле и т. д. Возникает так называемый звонковый режим, когда реле перехода и управляемые им контакторы включаются и вы-
Рис. 7.22. Характеристики реле перехода:
а — зоны срабатывания и отпадания; б - переход на ступени ослабления возбуждения; U- — напряжение генератора; /г — ток генератора; /, 2 -- срабатывание и отпадание реле при 1-й и 2-й ступенях ослабления возбуждения
145
ключаются с большей частотой. Этот режим недопустим, поскольку нарушается нормальная работа электропередачи и обгорают контакты реле перехода и управляемых ими контакторов. Наклонные характеристики /, 2 реле перехода позволяют удобно управлять переходом не только при крайнем положении рукоятки контроллера машиниста, но и на целой группе низших позиций. Однако на низших позициях опасность возникновения звонковой работы возрастает, поскольку интервал между характеристиками срабатывания и отпадания реле уменьшается. Чтобы избежать звонковой работы, обычно применяют на низших позициях нк сдвиг характеристики отпадания реле в новое положение, показанное штриховой линией на рис. 7.22, а и б. Кроме того, встречаются случаи, когда звонковая работа возникает из-за того, что нри включении ослабления возбуждения или переключении электродвигателей ток в переходном процессе возрастает больше, чем это определяется по параметрам электрической цепи, т. е. происходит «заброс» гока. В процессе заброса реле может отпасть, что приведет к звонковой работе. Это явление наблюдается не только на низших позициях, но и при крайнем положении рукоятки контроллера машиниста. Регулирование реле перехода на тепловозе производится с помощью резисторов R1 и R2 (см. рис. 7.21, б).
На тепловозах ТЭЗ, типа 2ТЭ10Л, 2ТЭ116 и др. устанавливают два реле перехода, которые управляют включением и отключением 1-й и 2-й ступеней ослабления возбуждения (ОП1 и ОП2).
Характеристику первого и второго реле настраивают таким образом, чтобы они были несколько сдвинуты одна относительно другой (см. рис. 7.22, б). Благодаря этому вначале срабатывает реле первой ступени. Реле второй ступени включается после того, как напряжение генератора вновь поднимается по гиперболической характеристике при разгоне тепловоза с поездом. Реле второй ступени отпадает первым.
На стенде регулировку реле переходов проверяют двумя амперметрами, которыми фиксируют токи в катушках в момент включения и выключения реле. В небольших пределах токи включения и выключения могут регулироваться изменением затяжки пружины.
Реле времени электромагнитное. Реле пипа РЭВ-812 (РВЗ, РВ4, РВ5) с выдержкой времени при размыкании (рис. 7.23) установлено на тепловозах типов 2ТЭ10Л, 2ТЭ116 и др. Реле с выдержкой времени 1,5 с используется для задержки отключения поездных контакторов после снятия напряжения с тягового генератора (РВЗ), для ступенчатого восстановления нагрузки генератора после прекращения боксования (РВ5) и с выдержкой времени 3 с для исключения ложного включения контакторов ослабления возбуждения двигателей в момент боксования (РВ4).
146
При отключении катушки вследствие уменьшения магнитного поля появляются индукционные токи в медной гильзе 2 и алюминиевом короткозамкнутом витке 8 (съемный демпфер), которые задерживают уменьшение поля и тем самым увеличивают время отпадания якоря. Выдержка времени регулируется подбором толщины немагнитных прокладок 5 (грубая регулировка) и изменением натяжения пружины 9 (точная регулировка). Увеличение толщины прокладок и затяжки пружины уменьшает выдержку времени реле при размыкании. Пределы регулировки выдержки времени 0,8—2,5 с. Катушка реле имеет 6750 витков из провода марки ПЭВ-1.
Электромагнитное реле типа РЭ-813 имеет более массивный короткозамкнутый виток и увеличенную выдержку времени, до 3,5 с.
Рис. 7.23. Реле времени РЭВ-812:
/ алюминиевое основание; 2 медная гильза; 3— катушка: 4 сердечник; 5— немагнитные прокладки; 6— отжимная пружина; 7— якорь; 8— виток короткозамкнутый; 9- возвратная пружина; 10 подвижные Контакты; //- неподвижные контакты
Реле времени типов ВЛ31 и ВЛ50 (РВ1, РВ2). Реле используются для ограничения времени работы маслопрокачивающего насоса дизеля (90 с) и времени раскрутки вала дизеля при его пуске. Рассмотрим работу полупроводникового реле ВЛ31 (рис. 7.24, а). При подаче напряжения на вход реле срабатывает электромагнитное реле Р2 и создает размыкающими вспомогательными контактами цепь заряда конденсатора С через высокоомный резистор R. Вследствие этого потенциал точки а повышается, и когда он пре-
Рис. 7.24. Схемы полупроводниковых реле времени: а типа ВЛ31; б ВЛ50
147
высит потенциал точки б, то через диод Д потечет ток и начнется заряд конденсатора С1.
При определенном значении напряжения на конденсаторе, которое суммируется с импульсами, посылаемыми от генератора импульсов ГИ, произойдет срабатывание чувствительного триггера Т, и проходящий через него ток включит электромагнитное реле РЗ. Замыкающие контакты реле РЗ создадут цепь питания катушки электромагнитного реле Р1. Полупроводниковое реле имеет по одному замыкающему и одному размыкающему контакту мгновенного действия (2Р2 и ЗР2) и по одному размыкающему и по одному замыкающему контакту с выдержкой времени (1Р1 и 2Р1). Выдержка времени обеспечивается параметрами RC цепи и опорного диода Д. Регулируя сопротивление резистора R, можно изменять скорость заряда конденсатора С, а следовательно, и выдержку времени реле.
С 1983 г. вместо реле ВЛ31 на тепловозах устанавливается полупроводниковое реле времени ВЛ50, обеспечивающее большую выдержку времени, высокую надежность и малые габаритные размеры. Реле состоит (рис. 7.24, б) из блока питания БП RC-цепи, определяющей выдержку времени, порогового усилителя ПУ, открывающего выходное устройство ВУ, в результате чего срабатывает реле Р и переключает выходные контакты.
Амплистат возбуждения типа АВ-ЗА (АВ). Амплистат предназначен для регулирования тока возбуждения возбудителя В. Он представляет собой магнитный усилитель с внутренней обратной связью. Амплистат имеет следующую техническую характеристику.
Напряжение питания, В	60
Напряжение выхода, В	35
Ток продолжительного режима, А	8,5
Сопротивление нагрузки, Ом	6
Амплистат (рис. 7.25) состоит из двух магнитопроводов, на которых расположено по одной рабочей обмотке (обмотки переменного тока). Обмотки подмагничивания - управления, задающая, регулировочная, стабилизирующая — охватывают оба магнитопро-
Рис. 7.25. Амплистат АВ-ЗА:
а общий вид; б — схема; Н1—KI, Н2— К2— начало' и конец рабочих обмоток; НС—КС — стабилизирующая обмотка; НЗ—КЗ - задающая; HP—КР— регулировочная; НУ—КУ — управления
148
Таблица?.6
Основные данные	Обмотки				
	рабочая	управляющая	задающая	регулировочная	стабилизирующая
Марка провода	псд	ПЭВ-2	ПЭВ-2	ПЭВ-2	ПЭВ-2
Диаметр провода, мм	1,35	0,8	0,8	0,8	0,8
Число витков	236	500	500	200	1000
Сопротивление при 20°С, Ом	0,415	4	4	1,5	10,65
вода. КатуШки выполнены без каркаса и залиты эпоксидным компаундом^ Данные обмоток приведены в табл. 7 6.
Трансформаторы постоянного тока (ТПТ). Трансформаторы предназначены для формирования сигналов, пропорциональных току тяговых электродвигателей или току тягового генератора, использующихся в системе регулирования возбуждения генератора (в обмотке управления амплистата).
Трансформатор постоянного тока представляет собой два тороидальных сердечника, выполненных из пермаллоя. Рабочая обмотка состоит из двух частей, расположенных на каждом из сердечников и соединенных Между собой последовательно и встречно. Управляющей обмоткой являются один или два кабеля силовой цепи, проходящих через центральное отверстие трансформатора. Трансформаторы типов ТПТ-21, ТПТ-22, установленные на тепловозах типа ТЭ10, имеют рабочую обмотку, выполненную из четырех секций, соединенных между собой параллельно, что уменьшает влияние помех.
Основные данные трансформаторов приведены в табл. 7.7.
Трансформатор постоянного напряжения (ТПН) типа ТПН-ЗА служит для подачи сигнала, пропорционального напряжения тягового генератора. Сигнал от ТПН поступает в обмотку управления амплистата.
Намотка рабочих обмоток и конструкция сердечников (рис. 7.26) такие же, как у ТПТ. Управляющая обмотка охватывает оба сердечника. Сердечники ТПТ и ТПН с обмотками и шпильками зали-
та б л и ц а 7.7
Основные данные	Тип трансформатора		
	T1IT-21	ТПТ-22	ТПН-ЗА
Диапазон измерений тока или напряжения Напряжение питания (эффективное), В Номинальная частота, Гц Погрешность измерения. %	ЗОО-НООА 60 133 ± 2,5	200 -800 А 60 133 ± 2,5	25--750 В 30 133 3
149
Рис. 7.26. Общий вид трансформатора постоянного напряжения:
Н1—К1, Н2—К2 зажимы рабочей обмотки; НУ—КУ—зажимы управляющей обмотки
ты эпоксидным компаундом. С 1984 г. взамен трансформаторов ТПН-ЗА устанавливаются трансформаторы ТПН-61, имеющие те же самые электрические параметры.
Трансформатор ТПН-61 крепится через центральное отверстие с помощью болта на' металлической планке и фиксируется за счет паза на установочной поверхности в литой оболочке трансформатора. Основные параметры трансформатора приведены в табл. 7.7.
Трансформатор стабилизирующий (СТР). Трансформатор типа ТС-2 устраняет незатухающие колебания узла возбуждения при
резких изменениях нагрузки. Первичная обмотка, включенная на напряжение возбудителя, намотана из провода ПЭТВ-ТС диаметром 1 мм и имеет 1900 витков. Вторичная обмотка питает стабилизирующую обмотку амплистата; она выполнена из того же привода, но имеет 1000 витков.
Трансформатор СТР работает только во время переходных процессов в системе.
Трансформатор распределительный (ТР). Трансформатор типа ТР-23 служит для питания цепей переменного тока: трансформаторов постоянного тока, постоянного напряжения, амплистата возбуждения и индуктивного датчика.
Основные данные трансформатора при частоте 133 Гц приведены в табл. 7.8.
Трансформатор имеет тороидальный сердечник из холоднокатаной стали.
Сердечник, обмотки и плата (куда выведены концы обмоток) залиты эпоксидным компаундом. Допуск на значение вторичного напряжения ±2,5 %.
Т а б л и ц а 7.8
Основные данные	Маркировка зажимов						
	1 — 4	1 -3	5 6	7-8	9—10	11 — 12	2 — 3
Напряжение, В	100	60	31,5	60	60	60	10
Продолжительный ток, А	—	11	2,5	2,6	2,6	2,6	1,4
150
7.4.	АППАРАТЫ КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ
Реле заземления (РЗ) служит для снятия нагрузки с тягового генератора при пробое изоляции на корпус. На большинстве тепловозов установлены РЗ типа Р-45Г2-11 (сопротивление катушки
0,106 Ом, ток срабатывания 10 А).
По конструкции реле заземления (рис. 7.27, а) отличается от реле управления типа Р-45М наличием защелки, удерживающей якорь в притянутом положении после срабатывания, а также усиленной изоляцией катушки.
Катушка реле РЗ последовательно с разъединителем ВРЗ и резистором СРЗ включена между корпусом тепловоза и минусовым зажимом тягового генератора (рис. 7.27, б). При пробое изоляции на корпус часть тока проходит от плюса генератора Г, через корпус тепловоза, катушку РЗ, резистор СРЗ, выключатель ВРЗ, минус генератора Г. Реле срабатывает, и его контакты отключают контакторы возбуждения возбудителя и генератора, в результате чего снимается напряжение с генератора Г, а реле становится на защелку.
Реле заземления срабатывает при повреждении изоляции, когда оголившийся проводник в силовой цепи касается металлических частей тепловоза, а также при перебросах дуги на корпус в тяговых электродвигателях или тяговом генераторе. Следует заметить, что пробой изоляции в участках цепи, расположенных вблизи подключения реле заземления, не вызывает срабатывания реле из-за малого значения падения напряжения на этой части цепи. Реле может сработать, если потенциал в точке пробоя изоляции относительно
Рис. 7.27. Реле заземления:
а — конструкция; б — схема включения в цепь тепловоза ТЭЗ: /— панель; 2— упорная шпилька; 3— магнитопровод (скоба); 4— катушка; 5— сердечник; 6, 9, 11 — пружины; 7— рычаг защелки; 8— якорь; 10— винт; 12— подвижной контакт; 13— неподвижный контакт; U — падение напряжения при /г —2000 А и Ur = 620 В; стрелки — направление тока при заземлении в силовой цепи
151
корпуса не менее 80 -90 В. Часть элементов силовой цепи - обмотки возбуждения двигателей, контакторы и резисторы ослабления возбуждения, реверсор, шунт амперметра -- не защищена от заземления, поэтому эти цепи необходимо проверять особенно тщательно. Нельзя допускать,замыкания на корпус в минусовых цепях, так как при появлении «земли» даже в плюсовых цепях реле заземления не сработает, а это приведет к повреждениям электрического оборудования с возникновением очага пожара.
После срабатывания реле, прежде чем освободить защелку, необходимо определить причину включения аппарата. Если обнаружено постоянное заземление плюсовой стороны силовой цепи, причем электродвигатели и генератор не повреждены, то можно рубильник реле отключить и продолжать следование с поездом.
Однако такая мера допустима только как временная (аварийная): при первой возможности заземление силовой цепи должно быть устранено и рубильник реле снова включен.
Для повышения надежности тепловозов за счет своевременного обнаружения замыканий на корпус в любой точке силовой цепи в последнее время применяются реле заземления типа РМ-1110. Реле состоит из электромагнита / и блока контактов, установленных на панели 5 (рис. 7.28). Электромагнит включает в себя ярмо 12, якорь 9, сердечник 11, удерживающую РЗ (У) и рабочую РЗ (Р) катушки.
Якорь 9 прикреплен к противовесу 2, поворачивающемуся вокруг оси 4, размешенной в пазу ярма 12. Сердечник 11 электромагнита закреплен на ярме при помощи пружинного плоского кольца 14. Блок контактов состоит из колодки, на которой укреплены один замыкающий и один размыкающий контакты. Каждый контакт имеет две пары контактов, соединенных последовательно. При включении электромагнита траверза 6 перемещает подвижные контакты 7, вследствие чего замыкающий контакт замыкается с неподвижным 8, а размыкающий — размыкается. Контакты реле имеют серебряные наплавки. Реле закрыто кожухом. Для регулировки нажатия возвратной пружины 3 используется винт (упор) 13. Обмотки катушек размещены в пластмассовых обоймах и залиты эпоксидным компаундом. Ход якоря регулируется винтом (упором) 10.
Реле имеет следующую техническую характеристику.
Номинальное напряжение, В
Напряжение изоляции, В
Номинальный ток, А
Ток рабочей катушки (ток установки), Ток удерживающей катушки, А Раствор контактов, мм
Конечное нажатие контактов, Н
НО
900
1
А	0,04
0,16
1 - 1,5
0.25	1
Удерживающая катушка постоянно включена на напряжение цепи управления тепловоза 75 или НО В через соответствующий 152
Рис. 7.29. Схема включения реле за-(ем.ц'ния типа PM-II10 в цепи тепло-
воза
резистор (440 или 665 Ом), но ее м. д. с. недостаточна для включения реле. Если в силовой пени тепловоза произошло замыкание на корпус, то через рабочую катушку реле будет протекать ток. Так как м. д. с. обмоток РЗ (Р) и РЗ (У) направлены согласно, то в результате их совместного действия реле включится и якорь притянется к сердечнику. Траверса,.прикрепленная к якорю, произведет переключение контактов. При снятии напряжения с катушки РЗ (Р) реле останется под действием м. д. с. катушки РЗ (У) во включенном, состоянии. Для отключения его необходимо снять напряжение с удерживающей катушки при помощи кнопки КРЗ (рис. 7.29). Для повышения быстродействия реле не имеет защелки, а ее функции выполняет катушка РЗ (У).
Настройка реле производится следующим образом: устанавливается в удерживающей катушке ток 0,16 А, регулируя винтом 13 нажатие возвратной пружины 3 (см. рис. 7.28) добиваются, чтобы реле сработало при токе в рабочей катушке 0,04 А. Отключение реле должно произойти при токе катушки РЗ (У) в пределах 0,112 0,008 Л и выключенной катушке РЗ(Р).
Катушка РЗ(Р) подключена к выпрямительному мосту Г^ВЗ, кото рый соединен с корпусом тепловоза и через рубильник ВР32. с делителем напряжения СР32 - СР31. Резистор СР31 соединен с «минусом» тягового генератора а СРЗ'2 через рубильник ВР31 -с его «плюсом». Такое подключение катушки РЗ(Р) обеспечивает
153
Рис. 7.30. Реле боксования типа РК-221:
а — конструкция реле; б, в, г— схемы включения катушки реле при последовательном и параллельном соединении двигателей
срабатывание реле заземления при повреждении изоляции в любой точке силовой цепи. Например, при замыкании на корпус плюсового провода ток по рабочей катушке потечет по следующей цепи: плюс генератора Г, корпус тепловоза, диод Д2, резистор СРЗЗ, катушка РЗ(Р), диод ДЗ, рубильник ВР32, резистор СР31, шунт амперметра 104, обмотка добавочных полюсов, минус Г (на рис. 6.33 сплошные стрелки).
Если произошло замыкание минусового провода в точке А, то создается следующая цепь: плюс Г, рубильник ВР31, резистор СР32, рубильник ВР32, диод Д4, катушка РЗ(Р), диод Д1, корпус тепло-воза, место пробоя А, шунт амперметра 104 и далее на минус Г, (на рис. 7.29 показано штриховой линией стрелки). Ток независимо от места повреждения изоляции по рабочей обмотке РЗ(Р) протекает в одном направлении.
Следует отметить, что при отключении неисправного электродвигателя необходимо выключить и рубильник ВР31, так как при появлении нагрузки реле РЗ будет срабатывать.
При отключении рубильника ВР32 реле заземления отключается полностью.
154
Реле боксования (РБ1, РБ2, РБЗ) позволяет своевременно обнаружить боксование колесных пар, частично снять нагрузку с электродвигателей для прекращения боксования и подать сигнал машинисту о его возникновении. Три реле боксования (два типа РК-221 и одно РК-231), смонтированные па панели и закрытые кожухом, образуют блок ББ-320 А.
Реле (рис. 7.30, а) имеет незамкнутую магнитную систему. На кронштейне 3 смонтирована катушка 2 с коротким сердечником 12. Якорь 7 с вырезом в средней части качается на оси 8, проходящей через кронштейн. В нижней части к якорю винтом прикреплен плунжер 9, входящий внутрь катушки. Для предотвращения прилипания плунжера к сердечнику на торец плунжера припаивают латунный диск толщиной 0,33 мм. В верхней части к якорю на плоской пружине прикреплен двусторонний контакт 5 (перекидной).
При обесточенной катушке нижний коней якоря оттянут пружиной 11, а подвижной контакт 5 замкнут с задним неподвижным контактом 4. Когда ток проходит по катушке 2, создается поток, замыкающийся через сердечник 12, кронштейн 3, воздушный зазор между кронштейном и якорем, плунжер и воздушный зазор между плунжером и сердечником. Если поток достаточен для преодоления силы натяжения пружины, якорь притягивается к катушке. При этом подвижной контакт размыкается с неподвижным 4, питание катушки контактора возбуждения возбудителя прекращается, одновременно замыкается подвижной контакт с неподвижным контактом 6, обеспечивая питание зуммера. Машинисту подаются звуковой и световой сигналы о боксовании колес.
Принцип обнаружения боксования основан на сравнении напряжений (при последовательном соединении двигателей) или токов (при параллельном включении) тяговых двигателей боксу Гошей и небокеующей колесных пар. Снижение тока в катушке (вследствие уменьшения (7,) вызывает уменьшение силы ее притяжения, и пружина возвращает якорь в первоначальное положение. Ток, при котором якорь отойдет от катушки, определяется тем, насколько усилился магнитный ноток после срабатывания реле (поток увеличивается из-за уменьшения воздушного зазора между якорем и сердечником). Так как общий воздушный зазор но сравнению с зазором между якорем и сердечником достаточно велик, то уменьшение его мало сказывается на усилении магнитного потока. Следовательно, для отпадания якоря необходимо очень небольшое уменьшение тока, что весьма важно для правильной работы реле.
При последовательном соединении двух электродвигателей в схеме электропередачи (рис. 7.30, б) катушка реле РБ1 включается в диагональ моста, плечи которого образованы якорями электродвигателей 1 и 6 и двумя резисторами СРБ1, равными по значению. Когда боксование осей, привод которых осуществляется
155
электродвигателями 1 и 6, отсутствует, мост уравновешен и в катушке реле ток не протекает. При появлении боксования напряжение на зажимах электродвигателя боксуюшей оси увеличивается, а напряжение на зажимах другого электродвигателя уменьшается, равновесие моста вследствие этого нарушается, в катушке реле' появляется ток, который вызывает срабатывание реле. При параллельном соединении электродвигателей (рис. 7.30, в) и боксовании первой колесной пары э. д. с. ее электродвигателя возрастает, потенциал точки а уменьшится и ток потечет от точки б к точке а. Боксование второй колесной пары вызовет протекание тока в обратном направлении. Таким образом, ток любого направления вызовет срабатывание реле, если он достиг заданного значения.
Рассмотренные схемы при одновременном боксовании с примерно равными скоростями колесных пар боксования не обнаружат. Г1о-этому на современных тепловозах используется схема, показанная на рис. 7.30, г. Предположим, боксует колесная пара с тяговым электродвигателем /; потенциал точки а уменьшится, и через катушку реле РБ потечет ток от точки с большим потенциалом б или в через диод Д2 (ДЗ), катушку РБ, диод Д4 к точке а. Рассматриваемая схема обнаруживает боксование, если имеется хотя бы одна не-боксуюшая колесная пара.
Ток включения реле изменяется винтом 10 (см. рис. 7.30, а). регулирующим натяжение пружины; при вывертывании винта ток уменьшается. Можно также регулировать реле винтом плунжера 9. После регулировки необходимо снова проверить ток включения. Требуемый зазор между контактами устанавливают изменением положения неподвижных контактов. Катушки реле боксования Р-46Б1 и РК-221 имеют сопротивление 5,26 и 5,1 Ом.
Реле обрыва полюсов (РОП) типа Р-45Г5-1 1 предназначено для снятия нагрузки с тягового генератора при обрыве обмотки возбуждения тягового электродвигателя. Конструкция его аналогична реле заземления. Включение реле в схему тепловоза (см. на вкладке рис. 11.1).
Реле ограничения тока (РТ) служит для зашиты тягового генератора от перегрузки. На тепловозах ТЭМ2 устанавливают реле типа Р-27А, которое смонтировано на панели /, где также установлены резисторы с двумя независимыми регулируемыми секциями / и 11 (рис. 7-31, а, б). На тепловозах ТЭ1, ТЭ2 и ТЭМ1 используют реле типа Р-47А-0, которое отличается только некоторыми параметрами. Данные, относящиеся к этому реле, приведены в скобках. Реле ограничения тока имеет две катушки: токовую 2 и напряжения 5 с сердечником 4, смонтированные на кронштейне 6 Г-образной формы. Токовая катушка имеет 1 (1,25) виток, выполненный из шинной меди 12,5X20 (8X18) мм. Она рассчитана на ток 1100 (750) А.
156
Рис. 7.31. Реле ограничения тока: а -- устройство реле; б — схема включения в цепь тепловоза, реле показано но включенном положении; сплошными стрелками показано направление тока срабатывания, штриховыми - направление тока после срабатывания реле
Легкий якорь 11 с вырезом в средней части качается на оси 10, в нижней части к якорю винтом 12 кренится плунжер 3 с латунной наплавкой, входящий внутрь токовой катушки. Вверху к якорю прикреплен двусторонний серебряный контакт 8, расположенный между двумя неподвижными контактами 9 и 7. При обесточенных катушках нижний конец якоря оттягивается пружиной 13. вследствие чего подвижной контакт 8 замкнут с задним неподвижным контактом 7, к которому присоединен резистор 1.
Токовая катушка включена в цепь одной параллельной группы тяговых электродвигателей, а катушка напряжения (вибрационная) - виепьобмотки возбуждения возбудителя Ш1 — Ш2 последовательно с подвижным контактом 8. В зависимости от положения этого контакта ток в катушке напряжения меняет свое направление.
Если замкнуты контакты 8 и 7, то катушка напряжения включена параллельно резистору СВВН обмотки возбуждения возбудителя В, при этом направление тока таково, что ноток катушки напряжения действует согласно с потоком токовой катушки. Если замкнуты контакты 8 и 9, то катушка напряжения включается параллельно обмотке возбуждения возбудителя, направление тока меняется и поток катушки напряжения действует против потока токовой катушки.
При токе 860 (660) Л в токовой катушке якорь реле притягивается к сердечнику и размыкает контакты 8 и 7, при этом катушка напряжения выключается, усилие, действующее на якорь, умень-
157
шается и он пол действием пружины занимает первоначальное положение. Если нагрузка в силовой цепи не снижается, то процесс повторяется, что приводит к вибрации якоря у размыкающего контакта 7. При увеличении тока в силовой цепи вибрация происходит между двумя неподвижными контактами 9 и 7, а затем постепенно переходит на замыкающий контакт 9.
Когда контакт 8 замкнется с контактом 9, направление тока в катушке напряжения реле изменяется, т. е. магнитный ноток ее противодействует токовой катушке (на рис. 7.31, б направление тока показано штриховыми стрелками). Вследствие этого пружина оттянет контакт 8, цепь катушки напряжения разорвется и магнитный поток ее исчезнет. Следовательно, результирующий поток реле возрастет и якорь реле займет первоначальное положение (контакты 8 и 9 замкнутся). Это и приводит к вибрации якоря. Вибрация контакта 8 увеличивает сопротивление в цепи обмотки возбуждения возбудителя, а это снижает ток возбуждения и напряжение тягового генератора. Если ток в цепи электродвигателей продолжает расти, то контакт 8 притягивается к переднему контакту 9, который соединен с резистором //, включенным параллельно обмотке возбуждения возбудителя. Ток в обмотке становится еще .меньше, напряжение возбудителя резко падает, вызывая снижение мощности тягового генератора.
Если нагрузка генератора все же не уменьшается, то дальнейшее падение напряжения тягового генератора (а следовательно, и скорости движения) приведет к остановке тепловоза. Параллельно контактам 8 и 7 включен конденсатор с резистором, предназначенный для уменьшения подгорания контактов.
Ток в катушке напряжения регулируется изменением сопротивления секции /, а в токовой катушке — винтом 14 пружины 13. Зазор между контактами 1,2 1,6 мм. Чтобы обеспечить требуемое соотношение токов в катушке напряжения и токовой, одновременно регулируют сопротивления в секциях / и //. Регулировка реле изменением положения плунжера 3 производится на реле, снятом с тепловоза. Нельзя допускать заклинивания реле ограничения тока, так как это может вызвать перегрузку тягового генератора.
Реле давления масла (РДМ1, РДМ2) защищают детали дизеля от возможного задира трущихся поверхностей при понижении давления в масляной системе. На тепловозах ТЭМ1 и ТЭМ2 устанавливается по одному реле давления масла, которые предназначены для остановки дизеля при падении давления масла ниже 160 кПа. На тепловозах ТЭЗ типов 2ТЭ116 и др. применяется два реле давления масла: одно (РДМ1) контролирует давление масла на низших позициях контроллера, а другое РДМ2 на высших позициях. На тепловозах типа 2ТЭ10Л при падении давления ниже 50 кПа дизель останавливается, а при уменьшении давления масла на высших позициях до 90—100 кПа - с дизеля снимается на-158
4
Рис. 7.32. Реле давления масла типа РДК-3:
/- сильфон; 2 шток сильфона; 3 рычаг; 4- пружина; 5. 7— пробки; 6— винт ходовой; 8~- микропереключатель
грузка. Схема реле РДК-3 показана на рис. 7.32. При увеличении давления масла выше заданного значения рычаг 3 поворачивается против часовой стрелки (под действием давления Р), а его правый конец освобождает кнопку микропереключателя 8 и контакты замыкаются. Если давление уменьшилось, рычаг под действием пружины 4 начнет поворачиваться по часовой стрелке, и при достижении установленного давления правый конец рычага нажмет на кнопку микропереключателя и контакты разомкнутся. Настройка реле производится изменением
затяжки пружины. После настройки винт 6 стопорится пробкой 7. Настройка реле на срабатывание 0—250 кПа.
Реле комбинированное (КРМ) контролирует давление масла в масляной системе дизеля и температуру воды и масла в системах тепловоза. Контакты реле в электрйческой схеме предотвращают пуск дизеля и снимают нагрузку с дизеля, если давление масла ниже допустимого, также снимается нагрузка с дизеля, если температура воды и масла в системе тепловоза достигла предельных значений. Комбинированное реле изготавливают с датчиками давления или с датчиками температуры. Уставка срабатывания реле 0,01 —1 МПа и 0 — 125 °C. Принцип действия реле основан на уравновешивании силы, создаваемой давлением контролируемой среды на сильфон и пружину.
Реле, измеряющие температуру, имеют датчик, представляющий собой термобаллон, заряженный специальным наполнителем, который совместно с капиллярной трубкой и сильфоном образует герметичную термосистему. При изменении температуры контролируемой среды, окружающей термосистему, объем жидкости в ней изменяется и воздействует на сильфон. При повышении давления контролируемой среды сильфон 4 растягивается, преодолевая сопротивление1 пружины 6 (рис. 7.33), и вместе с толкателем 5 перемещается вверх, нажимает на рычаг переключателя 9, контакты 8 переключаются. При уменьшении давления пружина сжимает сильфон, что приводит к обратному переключению контактов. Для настройки прибора служит винт 7. С 1985 г. вместо температурных реле КРМ на тепловозах устанавливают датчики — реле температуры Т-35.
Реле давления воздуха (РДВ) типа АК-НБ контролирует давление воздуха в тормозной магистрали. При давлении менее 0,35 МПа реле сбрасывает нагрузку с дизеля, чем предотвращает трогание
159
Рис. 7.33. Реле комбинированное КРМ: / ниппель; 2 прокладка; 3 корпус; 4 сильфон; 5 толкатель; 6 пружина; 7— винт; 8 - контакты; 9— переключатель;
10— разъем штепсельный
Рис. 7.34. Реле давления воздуха
тепловоза при недостаточном давлении воздуха в тормозной магист-рали. Реле замыкает свои контакты при давлении воздуха свыше 0,5 МПа.
На рис. 7.34 реле показано в состоянии, когда давление воздуха.мало и контакты реле разомкнуты. При увеличении давления воздуха мембрана 3 вместе со штоком 3 перемешаются влево, преодолевая усилия пружины 2 и поворачивая рычаг 4 вокруг оси 7. Подвижной контакт 6 замыкается с неподвижным контактом 5, создавая цепь питания контакторов возбуждения генератора и возбудителя. Реле регулируется на замыкание контактов винтом /, а на размыкание винтом 5. Раствор контактов 6 12 мм.
Дифференциальный манометр (КДМ) предназначен для измерения разрежения в картере дизеля и остановки его в том случае, если в картере появится давление. Каналы манометра заполнены жидкостью (подсоленная вода с хромпиком). Левый канал соединен 160
трубкой с картером дизеля, а в правый вставлена колодка с контактами, которые включены в цепь катушки реле управления РУ7. В верхней части манометра расположено отверстие, соединенное с атмосферой; к передней части привернута шкала. При неработающем дизеле в обоих каналах жидкость должна устанавливаться на нулевом делении, а при работе в картере дизеля должно быть разрежение в пределах 0,1 0,6 кПа. Контакты не должны касаться друг друга; их устанавливают на 15 мм выше нулевого деления. При повышении давления до 0,3—0,35 кПа жидкость поднимается в правом канале настолько, что замыкает контакты, чем создается цепь питания катушки реле.
Трубчатые предохранители типа ПР на тепловозах защищают низковольтные цепи от перегрузок и коротких замыканий. На тепловозах применяются два вида предохранителей -- разборные и неразборные. Предохранители в цепях управления, освещения вспомогательных электродвигателей имеют плавкие вставки от 5 до 20 А (неразборные). Они представляют собой медную проволоку диаметром от 0,19 до 0,44 мм. В этих цепях устанавливают автоматы, обеспечивающие защиту при перегрузках.
В цепях аккумуляторных батарей предохранители имеют вставки на 160 и 100 А, в цепях вспомогательных генераторов — на 125 и 80 А, в цепи электродвигателя маслопрокачивающего насоса.
на 100 А (разборные). Разборный предохранитель (рис. 7.35, а)
6 Зак 373
161
состоит из фибровой трубки 2, в которую помешена плавкая вставка 3 из листового цинка толщиной 0,6 мм. Вставка болтами прикреплена к контактным ножам /, которые врубаются в пружинящие контактные стойки, соединенные с соответствующей цепью. Вставка перегорает, когда по ней проходит ток, превышающий номинальное значение для данного предохранителя. Трубку заполняют асбестовой бумагой, толченым мелом, кварцевым песком или мраморной крошкой, которые способствуют гашению дуги и защищают трубку от выгорания.
Извещатель (датчик) пожарный локомотивный типа ИПЛ (ДТ1 — ДТ21) предназначен для включения пожарной сигнализации при появлении очага пожара и повышении температуры в месте установки извещателя до 105 115 °C. Извещатель (рис. 7.35, б) состоит из основания 4 и крышки 5, в которой установлены пружинные контакты 6, соединенные между собой заклепкой 7. Если температура повысилась до указанного значения, заклепка расплавляется, контакты 6 расходятся на 6- 8 мм и прерывают электрическую цепь.
Конечные выключатели нажимные и рычажные ВПК-21 10, ВПК-2112 и ВК-220 (БД1 — БД4) служат для блокирования открытых дверей аппаратных камер, шкафов выпрямительной установки и валоповоротного механизма (105). Они переключают контакты при нажатии на их шток или рычаг. В исходное положение контакты возвращаются пружиной.
7.S.	ОСТАЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
Измерительные приборы. На тепловозах для контроля за работой агрегатов и электрических цепей устанавливают измерительные приборы. Амперметры марок М4200 и М358 и вольтметры М4200 размещены на пультах управления. Амперметры включены в силовую цепь для контроля за нагрузкой тягового генератора и в цепь аккумуляторных батарей для контроля зарядного и разрядного токов. Амперметры магнитоэлектрической системы имеют подвижные рамки, не рассчитанные на большие токи, поэтому для расширения пределов измерения они подключены к шунтам.
На тепловозах типа ТЭК) в силовую цепь включен амперметр со шкалой на 6000 А, а на ТЭМ2 -- на 2000 А. В цепи аккумуляторной батареи на тепловозах типа ТЭ10 амперметры имеют шкалу 150—0 -150 А, на ТЭМ2 100—0-100 А. Вольтметр, измеряющий напряжение тягового генератора, имеет шкалу на 1000 В и включается через добавочный резистор. Для измерения напряжения и сопротивления изоляции низковольтных цепей используется магнитоэлектрический вольтметр М 161 со шкалой на 120 В. Он имеет две кнопки и кнопочный переключатель с табличкой. Электрические
162
термометры и электрические манометры предназначены для дистанционного измерения температуры воды, охлаждающей дизель, и масла, а также давления в масляной системе дизеля. В комплект электроманометра и электротермометра входят указатель и датчик (приемник), связанные между собой проводниками. На тепловозах указатель располагается на пульте управления, а датчики -в соответствующих трубопроводах. Приборы питаются напряжением 27 В, получаемым от цепей управления через добавочные резисторы. В электротермометрах ТП-2 датчиком ПП-2 является полупроводниковый терморезистор. Рабочий диапазон температур от 0 до 120 °C.
Принцип работы электротермометра основан на том, что при изменении температуры измеряемой среды изменяется сопротивление датчика, включенного в одно из плеч моста логометра, являющегося указателем. Отношение токов в рамках логометра изменяется, и стрелка его занимает положение, соответствующее измеряемой температуре. Электроманометр работает на том же принципе, что и электротермометр. Сопротивление датчика изменяется под действием деформации мембраны, которая зависит от давления в масляной системе. На тепловозах используются электроманометры ЭДМУ-6 и ЭДМУ-15Ш, пределы измерения которых от 0 до 600 кПа и от 0 до 1500 кПа.
Индуктивный датчик (ИД). Датчик предназначен для поддержания равенства эффективной мощности дизеля и мощности нагрузки. Индуктивные датчики (рис. 7.36) типов ИД-10, ИД-31 устанавливают на тепловозах типа 2ТЭ10Л и ИД-20, ИД-32 — на тепловозах типа 2ТЭ116. Индуктивный датчик преобразует механическое перемещение якоря в электрический сигнал. В корпусе / размещена катушка 2, внутри которой может перемещаться якорь 5. Якорь соединен со штоком серводвигателя объединенного регулятора дизеля. Катушка питается переменным напряжением распределительного трансформатора. Наибольший ток будет при минимальной
Рис. 7.36. Индуктивные датчики:
а -- ИД-20; 6 — ИД-32; / корпус; 2- катушка; 3— изоляционный каркас; 4—фланец;
5— якорь; 6 - штепсельный разъем
6*
163
индуктивности катушки, т. е. выдвинутом якоре, а наименьший -при полностью вдвинутом якоре.
Индуктивное сопротивление катушки датчика намного больше активного, поэтому ток в регулировочной обмотке амплистата не зависит от позиции контроллера, а зависит только от положения якоря в катушке. Датчики ИД-31 и ИД-32 между собой отличаются только параметрами, а от датчиков ИД-10 и ИД-20 — конструкцией крепления к регулятору дизеля. Датчики имеют следующую характеристику.
	ИД-31	ИД-32
Напряжение, В	10	17
Ток продолжительный, А	1,5	0,26
Ход якоря, мм	65	65
Сопротивление катушки. Ом:		
полное минимальное не менее	5,5	65
» максимальное не более	70	550
Резисторы. В цепях регулирования	и управления	на тсплово-
зах применяются три типа резисторов: ленточные ЛС и КФ, проволочные СР и проволочные эмалированные ПЭ. Ленточные резисторы ЛС (рис. 7.37, а) выполнены из фехралевой ленты 3 зигзагообразного вида. В местах перегиба лента крепится держателями 4, обеспечивающими температурную компенсацию ленты (удлинение от нагрева) и технологические отклонения. Держатели 4 закреплены между изоляторами 2. Изоляторы стянуты шпильками /, образующими с боковыми стальными держателями каркас 5 резистора. Прямолинейные участки ленты для жесткости имеют гофры. Резисторы ЛС выполняются из элементов, рассчитанных на токи свыше 20 А и
а — ленточный ЛС; б
Рис. 7.37. Резисторы: унифицированная панель с элементом резистора СР
164
напряжение изоляции 1000 В. Резисторы типов ЛС-9110 и ЛС-9120 используются для ослабления возбуждения тяговых электродвигателей, они рассчитаны на ток 220 и 300 А, их мощность 1800 и 2100 Вт.
При токах менее 20 А и особенно в случаях, когда необходимо изменять сопротивление для настройки системы, например в цепях возбуждения возбудителя, вспомогательного генератора и др., используют резисторы типа СР. Они представляют собой нихромовую или фехралевую круглую проволоку (рис. 7.37, б), навитую на фарфоровый полый цилиндр 7. Резисторы выполняются регулируемыми с хомутами 8 и нерегулируемыми. Мощность элемента составляет 350 Вт. Продолжительный ток элементов (от СР-304 до СР-326) изменяется соответственно в пределах от 1,1 до 9.1 А, а сопротивление -от 299 до 3,75 Ом. Блоки резисторов собирают из унифицированных пластмассовых панелей 6.
При малых мощностях и токах, главным образом в цепи катушек аппаратов, находят применение трубчатые эмалированные резисторы типа ПЭ. Они состоят из полого керамического цилиндра, на который намотана проволока из нихрома или константана, покрытая слоем жаростойкой стекловидной эмали. Панели типа ПС-20 содержат резисторы типов ПЭВ и ПЭВР мощностью 50 Вт, а панели типа ПС-40 - мощностью 100 Вт. Резисторы типа ПЭВ нерегулируемые, а ПЭВР регулируемые, на поверхности которых имеется свободная от эмали дорожка.
Контактные соединения применяются на тепловозах в виде колодок с зажимами и штепсельных разъемов (ШР) различных типов. Соединительные колодки представляют собой набор изоляционных контактных зажимов, собранных на стяжной шпильке, с разборным болтовым контактом. Зажим рассчитан на 20 А. Колодки отличаются по числу контактов: СК2-Б имеет 20, СК2 16 и СК-2А 10. Все зажимы реек занумерованы, а провода (цепей управления и освещения), подходящие к ним, снабжены бирками с номерами, соответствующими обозначенным на схеме электрических соединений. Современные колодки СК-2В (имеют 10 зажимов) выполнены из нельнопрессованной панели из термореактивной пластмассы. Штепсельные розетки РЗ-8Б предназначены для включения двухполюсных штепселей переносных ламп и нагревательных приборов. Они рассчитаны на ток 6 А и напряжение 110 В.
Межтепловозные соединения (IT, 2Т, ЗТ) обеспечивают возможность управления несколькими секциями с одного поста по системе многих единиц. Межтепловозное соединение состоит из розеток и переносных штепселей, при помощи которых соединяются провода управления тепловозов (рис. 7.38). Розетка имеет контактные пальцы, а штепсель -- соответствующие им контактные гнезда. Контактные пальцы сделаны разрезными, чтобы обеспечи-
165
Рис. 7.38. Межтепловозное соединение:
/•• корпус розетки; 2— крышка с запирающим выступом; 3- ось; 4- пружина; 5-~ корпус штепселя; 6— уплотнение; 7— гайка; 8— винт; 9 — изоляционная шайба штепселя; 10— контактное гнездо; // — изоляционная шайба розетки; 12—контактный штырь; 13 резиновая прокладка
вался надежный контакт в соединениях. Для соединения розетки и штепселя предусмотрен винт 8, который входит в углубление розетки. Контакты рассчитаны на ток 25 А и напряжение 110 В.
Чтобы предохранить штепсель от попадания влаги, кабель имеет резиновое уплотнение 6, а полости Б и В залиты изоляционной компаундной массой. Запорное устройство межтепловозного соединения предохраняет штепсель и розетку от размыкания.
Сигнал боксования (зуммер СБ) устроен так же, как звонок постоянного тока с прерывателем, но у него вместо звонка имеется зуммер, создающий дребезжащий звук при работе. Зуммер рассчитан на напряжение 110 В, катушка имеет 4000 витков, сопротивление 240 Ом, потребляемая мощность 60 Вт.
Соединительные коробки применены для соединения цепей в местах, где установка их уменьшает длину проводов и позволяет ускорить поиск повреждений. На схеме соединительные коробки обозначены так же, как зажим аппаратной камеры.
Глава 8 БЕСКОНТАКТНЫЕ БЛОКИ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСТРОЙСТВА
8.1.	ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
В системе управления и регулирования тепловозов используются бесконтактные полупроводниковые элементы: диоды, стабилитроны, транзисторы (триоды), управляемые вентили (тиристоры).
Диод (вентиль) — это проводник для прямого направления тока, не пропускающий ток обратного направления.
В основе работы стабилитрона лежит пробой электроннодырочного перехода, происходящий под действием обратного напряжения (приложенного к переходу). Вольт-амперная характеристика стабилитрона (рис. 8.1) показывает, что он может проводить ток в обоих направлениях (прямом и обратном). Прямая ветвь характеристики стабилитрона обычно нерабочая, но в ряде случаев может быть использована (например, в цепях температурной компенсации). Участок обратной ветви вольт-амперной характеристики с высокой проводимостью -- основной рабочий участок стабилитрона. При обратном включении стабилитрона его сопротивление велико (несколько миллионов омов), но если в этом направлении приложить напряжение, равное напряжению пробоя данного стабилитрона Uc, то он переходит в состояние пробоя (проводимости), имея при этом малое сопротивление (несколько десятков омов).
Транзистор (триод) имеет три вывода - эмиттер Э, база б и коллектор К ("рис. 8.2)— и обладает таким свойством, что сопротивление между эмиттером и коллектором /?эк зависит от тока, протекающего между эмиттером и базой (типа р-п-р). Когда этот ток, называемый базовым, отрицателен («втекает» в базу) или равен нулю, запирается эмиттерный переход и управлять током коллекторной цепи невозможно. Такому режиму, называемому режимом отсечки, соответствует запертое состояние триода (точка В на рис. 8.2, а). Через переход коллектор—база протекает весьма небольшой неуправляемый ток, составляющий единицы или десятки микроампер.
Сопротивление запертого триода постоянному току очень велико — до нескольких мегаомов.
При увеличении положительного базового тока («вытекает» из базы) сопротивление между эмиттером и коллектором уменьшается, рабочая точка перемещается по линии нагрузки АД, при этом ток нагрузки коллектора увеличивается. Рост тока коллекто-
167
Рис. 8.1. Стабилитрон: а -- вольт-амперная характеристика; б условное обозначение: U-„р - прямая ветвь;
С„бР обратная ветвь
Рис. 8.2. Транзистор:
а - вольт-амперная характеристика; 6. в условные обозначения; /h, Uh -- ток и напряжение коллектора;
/, гок базы; /Ли. напряжение питания; /?н сопротивление нагрузки
ра ограничен сопротивлением нагрузки: /к < t/,,,,,//?„, поэтому при определенном токе базы наступает насыщение транзистора и дальнейшее увеличение тока базы не дает приращения тока нагрузки. Такому режиму, называемому режимом насыщения, соответствует открытое состояние транзистора (точка С). У открытого транзистора сопротивление постоянному току единицы и десятки омов.
Подавая на вход транзистора импульсы напряжения переменной полярности, переводящие транзистор последовательно из запертого состояния в открытое, потом опять в запертое и т. д., можно заставить транзистор работать в качестве реле. Такой быстрый переход из одного состояния в другое называется режимом «ключа» или переключения.
а — вольт-амперная характеристика: б условное обозначение; в — структура;
/отк напряжение и ток открывания тиристора при токе управления, равном нулю; C/'uik, f'oiK напряжение открывания прн токах управления /'\> /\;	ТОк спрямле-
ния; />а - ток удержания (выключения); Лг „р — прямой ток утечки; />т.обр обратный ток утечки;	-обратное напряжение пробоя
168
Оба состояния транзистора характеризуются малыми значениями рассеиваемой мощности. В режиме отсечки ток близок к нулю, в режиме насыщения падение напряжения на переходе эмиттер — коллектор составляет десятые доли вольта. Поэтому транзисторы при работе в режиме «ключа» могут управлять большими мощностями, сами при этом выделяя малую мощность. У транзисторов типа п-р-п основными носителями тока в цепи эмиттера и коллектора будут электроны, а неосновными носителями, обусловливающими ток базы,— дырки. Характеристики таких транзисторов будут несколько другими из-за большей подвижности электронов.
Полярность подключения источников питания будет противоположной по сравнению с транзисторами типа р-п-р, а на схемах стрелка направлена от базы (рис. 8.2, в).
Транзисторы кремниевые и германиевые допускают некоторую перегрузку по току, но не допускают даже кратковременного превышения напряжения между электродами.
Тиристор (управляемый вентиль или диод) тоже имеет три вывода: анод А. катод К (силовые электроды) и управляющий электрод У (электрод управления ЗУ) (рис. 8.3). Тиристор приводится в открытое (включенное) состояние при подаче напряжения положительной полярности на силовой электрод А, отрицательной на К и положительного потенциала на электрод управления У. В этом случае он работает как диод. В силовых приборах ток управления не превышает нескольких сотен миллиампер при напряжении примерно 5 В, т. е. мощность, расходуемая в цепи управления, составляет I --2 Вт. Мощность силовой цепи может быть сотни киловатт.
Тиристоры, работая в широком диапазоне токов и напряжений (до 600 А и 1500 В), обеспечивают высокую надежность, коэффициент усиления до 10'“ и работу при температурах от - 60 до 4- 120 °C. Тиристор выключается при разрыве цепи электрода управления и резком уменьшении тока нагрузки до некоторого минимального значения, называемого удерживающим Л „ или разрыве цепи силовых электродов, а также при изменении полярности силовых электродов обеспечивает большее быстродействие, чем уменьшение тока до I, поэтому он особенно распространен.
В тепловозных схемах с электрической передачей выключение тиристоров осуществляется изменением полярности напряжения. Тиристоры дают возможность не только выпрямлять ток, но и регулировать его значение при помощи специальных систем управления. Тиристоры .могут применяться в инверторах и преобразователях частоты переменного тока.
Они не выдерживают перегрузок по току, поэтому должны обеспечиваться быстродействующей зашитой.
169
8.2.	ПАНЕЛИ И БЛОКИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Бесконтактные аппараты используются в схеме электрической передачи как выпрямительные мосты, стабилизирующие цепи, сглаживающие фильтры и др. По конструкции аппараты аналогичны или похожи, поэтому ниже будут описаны панели ПВК-6040 и ПКВ-6011 и блок ББК-450. Условное обозначение панели ПВК-6040: П — панель, В — выпрямителей, К — кремниевых, 6040 — конструктивное исполнение. На панели смонтировано два выпрямительных моста, через которые осуществляется питание обмотки возбуждения возбудителя и регулировочной обмотки амплистата. Два моста (рис. 8.4) состоят из диодов 5, закрепленных на панели / при помощи контактных планок 4 и 3, к которым винтами присоединены выводы 2 проводов. Другие концы проводов припаяны к зажимам штепсельных колодок 6. В электрическую схему тепловоза мост подсоединяется при помощи вставки 7 штепсельного разъема.
Панель выпрямителей типа ПВК-6011 (ДЗБ). Блок обеспечивает заряд аккумуляторной батареи и предотвращает протекание тока от нее через якорь вспомогательного генератора (или стартер-генератора для 2ТЭ116). Кремниевый диод 2 типа В-200-9 включается между вспомогательным генератором ВГ и резистором заряда батареи СЗБ таким образом, чтобы ток мог проходить от генератора к батарее (рис. 8.5, а). Ток не будет проходить, если
Рис. 8.4. Панель выпрямителей типа ПВК-6040
Рис. 8.5. Узел заряда батареи на полупроводниковом диоде:
а — схема; б — панель ПВК-6011
170
напряжение вспомогательного генератора станет ниже напряжения аккумуляторной батареи. Диоды с воздушным охлаждением могут работать при температуре окружающей среды от - 50 до + 140°С значительной влажности и вибрации. Однако эти диоды обладают небольшой перегрузочной способностью; для защиты их от перегрузки используют предохранитель ПР-2. На пластмассовой панели (рис. 8.5, б) при помощи скобы 4 закреплен радиатор охлаждения 3 с установленным на нем диодом 2. Соединение вывода диода и зажима / изолировано трубкой. Диод закрыт кожухом 5. Панель соединена с воздуховодом так, что радиатор диода обдувается воздухом.
Блок выпрямителей БВК-450.
Блоки выпрямителей в большин-
Рис. 8.6. Блок кремниевых выпрямителей типа БВК-450
стве случаев выполнены на базе унифицированной конструкции и имеют обозначения: Б — блок, В — выпрямитель; К — кремниевый; 450- - конструктивное исполнение. Блок БВК-450 (рис. 8.6) включает
в себя выпрямительные мосты, используемые в следующих цепях: трансформаторов постоянного тока—В/, В2, ВЗ, В6; трансформатора постоянного напряжения В4\ как разделительные диоды - В5, В7. На изоляционной панели блока 1 установлены алюминиевые радиаторы 3, на которых закреплены полупроводниковые диоды 2 типа Д-231. Панель прикреплена к уголкам съемной кассеты 4, вставленной в корпус 5. Выводные провода припаяны к зажимам колодки штепсельного разъема 6.
Бесконтактные блоки. Блоки тахометрические БА-420 и БА-430
используются для получения электрического сигнала, изменяющегося пропорционально частоте вращения вала дизеля. На тепловозах первых выпусков типов ТЭ10 и ТЭП60 для этой цели устанавливались тахогенераторы (на тепловозах ТЭЗ они применяются до сих пор).
Тахогенераторы постоянного тока имеют ряд существенных недостатков. Они не обеспечивают точность регулирования, стабильность характеристики и надежность.
Поэтому в системах регулирования возбуждения тяговых генераторов взамен тахогенераторов используется бесконтактное тахометрическое устройство (ВТ).
171
Рис. 8.7. Схема бесконтактного тахометрического блока характеристика БТ (6)
б)
Яр 130 Гц ftp 120
Гр 110
ГрЮОГц
и,
БА-420 (и) и статическая
себя: насыщающийся
Тахометрическое устройство включает в трансформатор Тр1 (рис. 8.7, а), компенсирующий трансформатор Тр2, выпрямительный мост В, сглаживающий фильтр (состоящий из дросселя Др и конденсатора С) и резистор R. Тороидальный сердечник Тр1 выполнен из пермаллоя, а сердечник Тр2 — из альси-фера с малой магнитной проницаемостью. Обмотки трансформаторов залиты эпоксидным компаундом.
Напряжение от синхронного подвозбудителя СПВ подается на первичные обмотки трансформаторов Тр1 и Тр2, включенные последовательно и согласно. Среднее значение напряжения вторичной обмотки U2 трансформатора Тр1 зависит только от частоты питающего напряжения (рис. 8.7, б), так как сердечник этого трансформатора имеет прямоугольную петлю гистерезиса. Практически кривая намагничивания насыщающегося трансформатора из-за петли гистерезиса отклоняется от идеальной, вследствие чего образуются погрешности при изменении частоты. Для снижения погрешности применен трансформатор Тр2; вторичные обмотки Тр1 и Тр2 включены последовательно и встречно. Электродвижущая сила вторичной обмотки Тр2 компенсирует ту часть э. д. с. вторичной обмотки Тр1, которая вызывается изменением намагничивающего тока при насыщении сердечника.
Конденсатор С и мост В смонтированы на изоляционной панели. Трансформаторы установлены друг на друге и стянуты шпилькой. Дроссель Др имеет Ш-образный сердечник, дающий возможность регулировать воздушный зазор. Блок снабжен штепсельным разье-~	характеристику.
БА-430
мом. Тахометрические блоки имеют следующую
БА-420
110
50 - 150
1,7
250
55	220
0,75
блока БА-420
Напряжение питания, В
Частота, Гц
Номинальный ток нагрузки, А
Блок тахометрический тина БА-430 отличается от
параметрами и дополнительной вторичной обмоткой трансформатора Тр1 (на рис. 8.7, а она показана штриховой линией) для
172
питания индуктивного датчика ИД. Напряжение выходное подводится к обмотке задающей 03 магнитного усилителя на тепловозах типа 2ТЭ10Л, а на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока — к потенциометрам задания.
8.3.	ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Выпрямительная' установка (ВУ). На тепловозах с передачей переменно-постоянного тока для выпрямления переменного тока, вырабатываемого синхронным генератором, устанавливается выпрямительная установка (ВУ), выполненная на лавинных силовых кремниевых вентилях типа ВЛ-200-8 (восьмого класса, т. е. рассчитанных на напряжение 800 В, ток 200 А). Лавинные тиристоры не повреждаются при подаче на них больших напряжений и могут работать без дополнительных устройств зашиты и равномерного распределения напряжения между последовательно соединенными вентилями, которые необходимы для обычных тиристоров.
В преобразовательной технике стационарных установок и в тепловозостроении за рубежом наибольшее распространение получила трехфазная мостовая схема выпрямления, расчетная мощность которой только примерно на 5 % превышает активную и обеспечивает высокую частоту пульсации выпрямленного напряжения при малой их амплитуде.
Исследования показали, что пульсации выпрямленного тока тепловозных ВУ при трехфазной мостовой схеме выпрямления не превышают 4—5%, что практически не влияет на качество коммутации электродвигателей. Поэтому на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70 и др. применена схема глухого параллельного соединения выпрямительных мостов (без уравнительного реактора). Параллельное соединение выбрано потому, что требует в 2 раза меньшего числа вентилей, чем последовательное при одинаковом значении и частоте пульсаций выпрямленного напряжения.
Параметры выпрямительной установки типа УВК.Т-5 следующие.
Номинальное выпрямленное напряжение, В Кратковременное допустимое напряжение, В Номинальный выпрямленный ток, А
Ток нагрузки в течение 2 мин с ин-
тервалами между ними 30 мин, А
Частота питания, Гц
Расчетный к.п.д., %
Схема соединения
Тип вентилей Общее число Охлаждение Масса, кг
700
850
5700
8700
30 — 133
99,3
два параллельно соединенных трехфазных мос-
та
ВЛ-200-8
240
воздушное независимое
650
вентилей, шт.
173
-ы—м-и-м-
И—Й--и—ы--ы—и--ы—м-и—{* -и—ы-W—и--и—и-
-и—и-
-м—м-
-и—м-
-ы—ы-
-ы—н-
-м—м-
-и—м-
-м—м-
-м-м-
-М-М-
-W-H
-w-T-
ia
сг
*г
»]
— ! I
Рис. 8.8. Принципиальная схема выпрямительной установки:
СГ — синхронный тяговый генератор; /С/, 1С2, 1СЗ- зажимы первой звезды статорной обмотки; 2С1, 2С2, 2СЗ— зажимы второй звезды

й
о —

Плечо моста состоит из десяти параллельно соединенных ветвей, в каждой из которых включено по два вентиля последовательно: следовательно, фаза имеет 40 вентилей. На рис. 8.8 показана схема одной фазы, а остальные обозначены условно прямоугольниками.
В шкафу выпрямительной установки размером 1165X1250X Х700 мм размешены вентили. Конструкция шкафа обеспечивает доступ с двух сторон. На каждой стороне шкафа установлен один трехфазный мост. Вентили с охладителями-радиаторами собраны
в отдельные блоки по 8 шт. На каждой стороне шкафа расположены 15 блоков. Все блоки съемные, что обеспечивает доступ для очистки воздушного канала и смены охладителей.
Вентили охлаждаются вентилятором с электроприводом, расположенным на ВУ. Защита выпрямителей от внутренних коротких замыканий на этих тепловозах производится при помощи реле РМ2, подключаемого между нулевыми точками звезд генератора. Принцип действия защиты заключается в том, что при возникновении внутренних коротких замыканий появляется постоянная составляющая в напряжении, на которую и реагирует реле. Дверцы шкафа имеют конечные выключатели, которые снимают напряжение с ВУ при их открытии.
Регулятор напряжения типа БРН-ЗВ (PH). Регулятор поддерживает постоянным напряжение вспомогательного генератора, частота вращения якоря и нагрузка которого изменяются в широких пределах. Принцип работы тепловозных регуляторов напряжения основан на изменении тока возбуждения вспомогательных генераторов. Точность поддержания напряжения рассматриваемого регулятора 75± 1 В. Регулятор состоит из измерительного и регулирующего органов.
Измерительный орган (рис. 8.9, а) выполнен по мостовой схеме, в которой стабилизированное напряжение на стабилитроне СТЗ сравнивается с напряжением между выводом генератора Я2 и движком потенциометра R2, изменяющимся с изменением напряжения вспомогательного генератора ВГ. Измерительный орган включает транзисторы Т1 — ТЗ, стабилитроны СТЗ — СТЗ, потенциометр R2, резисторы Rl', R1 — R5, диоды Д1, Д7 и конденсатор С1. Стабилитрон СТЗ используется как чувствительный элемент, реа
174
гирующий на изменение напряжения ВТ. Стабилитроны СТ4 и СТ5 являются термокомпенсаторами.
Регулирующий орган включает два тиристора Т4 и Т5, диоды Д8 — Д13, Д16, стабилитроны СТ 14, СТ 15, СТ 17, конденсаторы С2— С4, резисторы R6— R9 и дроссели Др1 и Др2. Обмотка возбуждения Ш1--Ш2 (ОВ) служит нагрузкой для регулирующего органа. Регулирующий орган представляет собой мультивибратор (рис. 8.9, б), собранный на тиристорах Т4 и Т5. Элементом управления служит резистор R6 на 1200 Ом, обеспечивающий открытие тиристора Т4. Такие схемы позволяют изменять полярность напряжения на силовых электродах тиристора и используются в цепях постоянного тока для запирания тиристора.
После включения рубильника подается отпирающий (положительный) импульс на управляющий электрод тиристора Т4 через обмотку возбуждения ОВ и резистор R6, и тиристор открывается. Но обмотке возбуждения вспомогательного генератора потечет значительный ток (через анод - катод Т4Д одновременно конденсатор С2 заряжается через резистор R7. Для закрытия тиристора Т4 необходимо подать отпирающий импульс на управляющий электрод тиристора Т5. По мере накапливания заряда и увеличения напряжения на конденсаторе С2 пробивается стабилитрон Ст15, подается отпирающий импульс на управляющий электрод Т5, и он открывается.
Рис. 8.9. Бесконтактный регулятор напряжения БРН-ЗВ:
а — схема регулятора; б- схема мультивибратора; в- диаграмма напряжения; I время работы мультивибратора; h~ время работы и покоя мультивибратора; /з—время открытого состояния Т4
175
При отпирании тиристора Т5 конденсатор С2 разряжается через Т5 и еще открытый Т4. При этом на тиристор Т4 мгновенно подается напряжение обратной полярности, которое и закрывает его. После закрытия тиристора Т4 происходит перезаряд конденсатора С2 через обмотку возбуждения ОВ и открытый тиристор. Т5 (полярность указана в скобках). Тиристор Т4 открывается, а 7’5 закрывается разрядным током конденсатора, и процесс повторяется с частотой, достигающей примерно 600 Гц (определяется значением R7 и С2).
Схема настраивается движком потенциометра R2 таким образом, что при напряжении вспомогательного генератора UBI, равном 75 В, падение напряжения на участке а — в становится равным «напряжению пробоя» стабилитрона СтЗ, вследствие чего его сопротивление резко падает и транзисторы ТI — ТЗ открываются, шунтируя переход «управляющий электрод -- катод» тиристора Т4.
Ток управления падает до нуля, и Т4 закрывается, следовательно, ток возбуждения уменьшается. Напряжение UKV уменьшается до тех пор, пока падение напряжения на участке а — в не станет ниже напряжения пробоя стабилитрона СтЗ. Сопротивление СтЗ резко возрастает, и транзисторы Т1 --ТЗ закрываются. При этом схема переходит в режим наибольшей отдачи, т. е. тиристор Т4 откроется, и по обмотке возбуждения потечет большой ток. Напряжение Ц„, увеличится, и процесс повторится. В регуляторе возникает колебательный процесс, частота которого зависит от параметров цепи возбуждения вспомогательного генератора (около 60 Гц).
Напряжение генератора регулируется изменением среднего значения тока возбуждения, которое зависит от времени включенного состояния тиристора Т4 в течение периода колебательного процесса. Форма напряжения на обмотке ОВ показана на рис. 8.9, в. Диоды Д8, Д9, Д13, Д16 предназначены для защиты переходов управляющий электрод - катод тиристоров Т4 и Т5 от обратных напряжений, возникающих при перезаряде конденсатора С2. Диод Д8 также защищает эмиттер-коллекторный переход транзистора ТЗ и переход база - коллектор Т2. Диод Д7 уменьшает токи утечки Т2. Диоды Д11, Д12 (отсекающие) предотвращают самопроизвольные автоколебания. Дроссели Др1 и Др2 защищают тиристоры от коммутационных импульсов. Цепочки R9— С4 и R8— СЗ повышают помехоустойчивость регуляторов.
На двух панелях, установленных на основании, смонтированы силовые элементы (Т4, С2, С1, ДЮ—Д12, Д1 и Д2), а на печатной плате — элементы измерительного органа. Панели регулятора заключены в металлический кожух, имеющий отверстие для корректировки напряжения потенциометром R2.
Регулятор подключается в электрическую схему тепловоза через штепсельный разъем.
176
Рис. 8.10. Схема бесконтактного регулятора напряжения РНТ-6: СТГ стартер-генератор: ОВ обмотка возбуждения СТГ; КВН контактор регулятора напряжения; ДЗБ диод заряда батареи; С,ЗЬ резистор заряда батареи; ТI --14 тиристоры; БА — батарея аккумуляторная; Д/ /13 - диоды; С/--С2- конденсаторы; СТ/
СТЗ- стабилитроны; R/ R/0 - резисторы
Тиристорный регулятор напряжения РНТ-6. На тепловозах 2ТЭ1 16 устанавливают регуляторы РНТ-6 для поддержания постоянного напряжения стартер-генератора НОВ при работе его в генераторном режиме. Регулятор состоит из измерительного и регулирующего устройства (рис. 8.10).
Измерительное устройство включает в себя стабилитрон СТЗ, подключенный к делителю напряжения R9 и R10, питающемуся от стартер-генератора. В измерительном устройстве происходит сравнение регулируемого напряжения с эталонным стабилитроном СТЗ. Регулирующее устройство состоит из мультивибратора на тиристорах ТЗ и Т4 и тиристорного усилителя Т1 и Т2. Тиристор Т2 включен в цепь управляющего электрода силового тиристора Т1.
Регулятор работает следующим образом. После пуска дизеля и включения контактора регулятора напряжения КРИ обмотка возбуждения стартер-генератора ОВ включается в цепь тиристора Т1. Выходное напряжение делителя управляет работой мультивибратора, который имеет два режима: автоколебательный и заторможенный. Автоколебательный режим наступает при напряжении стартер-генератора, превышающем 110 В. При этом напряжение делителя, приложенное к диоду ДЗ, больше опорного напряжения стабилитрона СТЗ и он пробивается. Вследствие этого появляется ток в цепи электрода управления тиристора ТЗ и он отпирается. Через силовые электроды тиристора происходит заряд конденсатора С2. При увеличении напряжения на С2 до значения, вызывающего пробой стабилитрона СТ2, в цепи электрода управления
177
тиристора Т4 появится ток и Т4 откроется. Произойдет разряд конденсатора С2, напряжение обратной полярности прикладывается к ТЗ и закрывает его, т. е. мы имеет автоколебательный режим работы. Этому режиму соответствует закрытое состояние тиристоров Т1 и Т2.
Когда напряжение стартер-генератора станет меньше 110 В, напряжение на выходе делителя станет ниже опорного напряжения СТЗ, мультивибратор затормаживается в положении: тиристор Т4 открыт, а ТЗ закрыт. Срыв автоколебательного процесса мультивибратора приводит к появлению тока в цепи СТ1, а следовательно, к включению тиристора Т2. При включении Т2 ток поступает на электрод управления Т/ и он открывается. Ток в обмотке ОВ растет, и напряжение стартер-генератора повышается, а при повышении его 110 В тиристор Т1 закрывается. Частота включения Т1 определяется параметрами контура регулирования. Конденсатор С1 предназначен для закрытия тиристоров Т1 и Т2. Диод Д1 уменьшает пульсации тока в обмотке возбуждения ОВ, через него замыкается э. д. с. самоиндукции при закрытии тиристора Т1.
Комплексное противобоксовочное устройство. Для улучшения противобоксовочных свойств тепловозов научно-исследовательские институты транспорта и промышленности совместно с ПО «Ворошиловградтепловоз» разработали комплекс устройств, обеспечивающих повышение использования сцепного веса и эффективное обнаружение и прекращение боксования колесных пар. Исследования показали, что чем круче тяговая характеристика электродвигателя Fkt.JV'I, тем меньше вероятность развития боксования. Крутизна тяговой характеристики двигателя боксующей колесной пары зависит от схемы соединения тяговых электродвигателей и характера изменения подводимого к ним напряжения.
При параллельном соединении двигателей и прочих равных условиях крутизна тяговой характеристики будет больше, чем при последовагельно-параллельном. Но для условий тепловозной тяги, когда внешняя характеристика тягового генератора резко изменяется на двух ее участках (при ограничении пускового тока аб и обеспечении полной мощности бв, см. рис. 1.3), уменьшение тока генератора сопровождается увеличением его напряжения. Боксование колесных пар на этих участках характеристики генератора вызывает также увеличение напряжения генератора, так как ток боксующих электродвигателей, а следовательно, и генератора уменьшается. Увеличение напряжения генератора приводит к менее интенсивному уменьшению силы тяги электродвигателей боксующих колесных пар и к некоторому повышению ее у небоксующих, что способствует развитию боксования. С ростом числа боксующих колесных пар ток генератора уменьшается, а напряжение повышается, и если не принять мер, то боксование может лавинообразно распространиться на все колесные пары.
178
Влияние внешней характеристики генератора на развитие боксования колесных пар наиболее интенсивно сказывается на участке аб, т. е. при трогании и разгоне тепловоза, вследствие большого роста напряжения при незначительном уменьшении тока. После выхода на гиперболическую часть характеристики бв влияние ее на развитие боксования уменьшает-
ся, НО И на ЭТОМ участке Рис. 8.1 1. Динамические жесткие харак-характеристики при боксовании	теристики генератора
колес напряжение генератора так-
же может сильно возрасти. Если напряжение генератора при боксовании остается неизменным, то сила тяги электродвигателей боксуюших колесных пар в зависимости от скорости будет уменьшаться более интенсивно, чем при гиперболической характеристике, а сила тяги небоксующих двигателей будет оставаться постоянной. При такой характеристике боксование одной или группы колесных пар не будет вызывать боксование других. Следовательно, при отсутствии боксования (рис. 8.11) генератор должен работать по обычной внешней характеристике (гиперболической — штриховая линия), а при возникновении боксования — при постоянном напряжении. Такие характеристики назвали динамическими жестки
ми характеристиками генератора по напряжению.
Динамические жесткие характеристики на тепловозах типа 2ТЭ10Л получены регулированием возбуждения генератора с использованием сигнала, пропорционального току тяговых электродвигателей небоксующих колесных пар. Для измерения токов в цепи каждого электродвигателя включены трансформаторы постоянного тока ТПТ1-4 (см. рис. 1.8), сигналы от которых поступают к диодным мостам В1 — ВЗ, В6, включенным последовательно (узел выделения максимального тока УВМ), вследствие чего на выходе образуется сигнал, пропорциональный наибольшему из токов тяговых двигателей. Этот сигнал подается в селективный узел, в который поступает также сигнал от трансформатора постоянного напряжения ТПН. В селективном узле формируется ток г\, протекающий по обмотке управления ОУ амплистата возбуждения АВ.
Уменьшение сопротивления движению при отсутствии боксования вызывает одновременное уменьшение токов всех электродвигателей, и, следовательно, напряжение генератора увеличивается по обычной гиперболической характеристике. При боксовании колесной пары ток электродвигателя, связанного с ней, уменьшается, но так как ток электродвигателей небоксующих колесных пар
179
не снижается, то на выходе УВМ сигнал не уменьшается. Следовательно, напряжение генератора не увеличивается (см. рис. 8.11), т. е. генератор работает по жесткой характеристике. Эта характеристика сохраняется при одновременном боксовании до пяти колесных пар. Комплексное противобоксовочное устройство состоит из органов обнаружения и прекращения боксования колесных пар. Орган обнаружения боксования состоит из блока реле боксования РБ1-3, блока сравнения БДС, резисторов СРБ1-3 (см. рис. 1.8). Орган прекращения боксования включает в себя систему формирования жестких динамических характеристик, системы снижения мощности тягового генератора и уравнительных соединений, систему ограничения частоты вращения тяговых двигателей при боксовании всех (шести) колесных пар. Работа этих систем отражена при описании схемы электрических соединений тепловоза 4ТЭ10С.
8.4.	НЕИСПРАВНОСТИ И РЕМОНТ
Возможные неисправности аппаратов. Необходимое условие нормальной работы аппаратов - отсутствие пыли, влаги, масла и топлива на деталях, содержание рабочих контактов в чистоте и обеспечение надежных контактных соединений. Чаще всего у электрических аппаратов в эксплуатации можно обнаружить под-гар, оплавление контактов и медных шунтов, повреждение катушек, ослабление контактных соединений, утечку воздуха у электро-пневматических вентилей и пневматических цилиндров, ослабление крепления аппаратов.
К изнашивающимся частям контакторов следует отнести главные контакты, дугогасительные рога и катушки, пальцы и колодки вспомогательных контактов, гибкие шунты, поршни пневматического управления, электропневматические вентили, дугогасительные камеры. У электромагнитных контакторов и реле, кроме износа осей и втулок, изнашиваются опорные, поверхности якорей и других деталей. На призматических опорных кромках якорей и скобах контакторов не должно быть забоин и отколов.
Увеличенный подгар, а иногда приваривание контактов вызываются перекосом и недостаточным прилеганием контактов, неправильной формой контактов, недостаточным нажатием, износом осей и втулок приводных рычагов, утечкой воздуха, заеданием поршня, высыханием манжет электропневматических приводов контакторов, отсутствием провала.
У переключателя (реверсора) типа ПИК может быть: ослабление контактодержателей и перегрев главных пальцевых контактов. Перегрев контактов возникает из-за ослабления заклепок, соединяющих гибкий шунт с подвижным контактом, ослабления нажатия на контакты. Нажатие на контакты регулируют при помощи
180
гайки и пружины. Выкрашивание кулачковых шайб требует их замены.
У реверсоров типа ПР пальцевых главные контакты могут перегреваться из-за слабого нажатия, загрязнения контактного барабана, неправильного взаимного расположения вспомогательного и главного барабанов (главные контакты) должны замыкаться раньше, чем вспомогательные. Контактное нажатие главного пальцевого контакта регулируют пружинами со шпильками или болтами, а вспомогательного подгибкой контакта и его упора. Контролируется нажатие динамометром. Вспомогательные пальцевые контакты, потерявшие упругость, имеющие трещины или износ более половины их толщины, заменяют. Вялая работа электропневматического привода происходит в большинстве случаев из-за пропуска воздуха между крышками, фланцами цилиндров и через манжеты или диафрагмы. Для устранения утечек .меняют прокладки, подтягивают болты, добавляют незамерзающей смазки в цилиндр и производят многократное включение привода. У полупроводниковых элементов может возникнуть пробой запирающего слоя в результате перегрева из-за плохого охлаждения или неравномерного распределения тока в параллельных ветвях.
Неисправность конденсаторов выявляют измерением сопротивления омметром. Конденсатор разряжают замыканием зажимов и измеряют на них сопротивление. Если стрелка омметра покажет нуль - короткое замыкание, если максимальное сопротивление обрыв. В обоих случаях конденсатор заменяют. Если стрелка вначале идет к нулю, а затем перемещается в обратном направлении, конденсатор исправен.
У разборных предохранителей наиболее частой неисправностью является оплавление медных наконечников и выплавление корпуса трубки. Поврежденные детали заменяют. Плавкие вставки в случае сильного окисления, надломов, местного уменьшения площади сечения, следов чрезмерного нагрева также заменяют.
Техническое обслуживание и ремонт аппаратов. При техническом обслуживании ТО-1 проверяют состояние и надежность крепления аппаратов, проводов и кабелей. Ослабшие контактные соединения закрепляют, подгоревшие и оплавленные контакты зачищают, а неисправные детали заменяют. Проверяют надежность крепления штепсельных разъемов, их замков и межтепловозных соединений. С каждого поста управления проверяют четкость и последовательность срабатывания электрических аппаратов.
При техническом обслуживании ТО-2 дополнительно измеряют сопротивление изоляции электрических цепей мегаомметром на 500 В. При этом необходимо: реле РЗ отключить, переключатель вольтметра поставить в положение «Вольтметр», реверсор поставить в одно из рабочих положений. Во избежание пробоя блоки
181
и аппараты, содержащие полупроводниковые элементы, необходимо отключить или зашунтировать. Значение сопротивления изоляции между корпусом и силовой цепью должно быть не менее 0,5 МОм, корпусом и вспомогательной цепью —0,25 МОм, а между обеими цепями —0,5 МОм.
При техническом обслуживании ТО-3 электрические аппараты очищают от пыли, проверяют их исправность, состояние подвижных и неподвижных контактов. Измеряют и при необходимости приводят к норме нажатие, провал, прилегание и плотность крепления контактов. Неисправные аппараты заменяют. Проверяют состояние магнитных усилителей, трансформаторов, крепление подводящих проводов. Аппараты с признаками перегрева заменяют. Осматривают состояние дугогасительных камер, рубильников и переключателей, осветительной и сигнальной арматуры, отсутствие утечки воздуха электропневматических аппаратов и электро-пневматических вентилей, исправность подвижных частей и приводов аппаратов, а также их электрических цепей.
Проверяют настройку реле времени; надежность соединения колодок и вставок штепсельных разъемов и межтепловозных соединений, надежность крепления наконечников всех проводов, обратив особое внимание на крепление силовых проводов на реверсоре, поездных контакторах, резисторах и контакторах ослабления возбуждения тяговых двигателей. Надежность крепления проверяют ключом или легким покачиванием за наконечник. Ослабшие зажимы и болтовые контактные крепления перед закреплением осматривают со снятием гаек и болтов. Наконечники перепаивают или заменяют при наличии трещин, изломов, обрыва жил более 10 %, при уменьшении поверхности контакта более чем на 20%, следах пере
грева и отжига проводов.
Проверяют и при необходимости восстанавливают бандажировку проводов, вводы, крепление кондуитов, наличие дополнительной изоляции в районах повышенного нагрева, выброса дуги силовыми контакторами.
У полупроводниковых блоков и аппаратов управления проверяют прочность пайки и крепление деталей. Особое внимание уделяют плотности прилегания вентилей к радиаторам охлаждения. Измеряют сопротивление изоляции электрических цепей и проверяют последовательность и четкость срабатывания всех аппаратов. Как отмечалось выше, провал необходим для компенсации износа контактов. По мере увеличения износа контактов провал уменьшается, что может привести к снижению контактного нажатия и, следовательно, к их нагреву. Место измерения провала показано на рис. 7.5, в. Провал Б измеряют щупом или специальными шаблонами.
Раствор контактов в эксплуатации зависит от толщины контактов. При новых или восстановленных контактах раствор должен
182
соответствовать техническим требованиям, так как уменьшение раствора может привести к перекрытию контактов. Увеличенный раствор, образующийся при изнашивании контактов, может привести к их перегреву при замыкании. На рис. 7.5, а буквой А показан раствор контактов. Раствор измеряют шаблонами или обычным мерительным инструментом. Конечное и начальное нажатия контактов измеряют динамометром. Якорь заклинивают во включенном положении; вставляют между контактами полоску тонкой папиросной бумаги, на подвижной контакт надевают петлю и зацепляют ее динамометром. Затем плавно оттягивают динамометром подвижной контакт до размыкания контактов. Усилие, измеренное в момент сдвигания бумажной полоски, есть конечное нажатие контактов. Момент размыкания контактов при испытании на стенде определяется по загоранию сигнальной лампочки. Для измерения начального нажатия папиросную бумагу подкладывают между подвижным контактом и его упором. Конечное нажатие электропневматического контактора замеряется специальным приспособлением.
При подгаре медных контактов необходимо зачистить их личным напильником или надфилем, снимая в основном выступы и капли металла. Уход за металлокерамическими и серебряными контактами сводится к проверке их состояния и очистке в случае загрязнения замшевой или тканой салфеткой, слегка смоченной в бензине. Серебряные вспомогательные контакты, как правило, только периодически очищают от загрязнений замшевой салфеткой. Они служат безотказно до заводского ремонта, а в некоторых случаях и дольше.
Серебряные и металлокерамические контакты заменяют только после полного износа напаек.
При текущем ремонте ТР-1 дополнительно к работам, выполняемым при ТО-3, снимают с тепловоза и регулируют на стенде реле перехода, реле боксования, электропневматические и электронные реле времени, реле заземления и регуляторы напряжения ТРИ. Полупроводниковые блоки снимают при признаках неисправности, проверяют, ремонтируют или заменяют. Восстанавливают маркировку на аппаратах и проводах. У снятых межтепловозных соединений проверяют целостность кабеля; производят ревизию штепсельных разъемов с их разборкой. Осматривают изоляцию проводов в местах, наиболее часто повреждаемых, и при необходимости накладывают дополнительную изоляцию или заменяют провода.
Измеряют сопротивления резисторов ослабления возбуждения тяговых электродвигателей; при отклонении их значений выше установленной нормы резисторы заменяют. Контролируют значения сопротивления всех участков силовой цепи для определения скрытых нарушений контактных соединений.
183
При текущих ремонтах ТР-2 и ТР-3 снимают с тепловоза для ремонта, регулировки на стендах и испытаний электропневматические и электромагнитные контакторы, реле перехода, боксова-ния, времени, заземления, температурные, давления масла и воздуха, реверсор, контроллер машиниста, регулятор напряжения, полупроводниковые блоки и панели выпрямителей, электропневматические вентили, тяговые электромагниты, автоматические выключатели, предохранители, резисторы ЛС и СР, межтепловозные соединения, сигнал боксования (зуммер). При ТР-3 снимают также индуктивный датчик.
Остальные аппараты и электрическую проводку подвергают ревизии без снятия с тепловоза. Их очищают от загрязнения, проверяют надежность крепления аппаратов и их деталей. Мелкие оплавления контактов зачитают с последующей проверкой профиля контакта. Восстанавливают маркировку проводов и аппаратов, очишают желоба и обтирают провода от нефтепродуктов, обеспечивают уплотнение коробок, ввода проводов в них, уплотнение кондуитов. Восстанавливают наконечники, провода, изоляцию, кабели, а провода и кабели, имеющие значительные повреждения оболочки или изоляции, заменяют.
После сборки электрической схемы тепловоза измеряют сопротивление изоляции цепей тепловоза мегаомметром на 500 В, которое должно быть не менее: между силовой (высоковольтной) и вспомогательной (низковольтной) цепями 1.5 МОм. силовой и цепью возбуждения относительно корпуса 1,0 МОм, вспомогательной цепи и корпусом - 0,5 МОм. Трансформаторы и амплистат с поврежденной изоляцией обмоток снимают для восстановления изоляции и проверки характеристик, а имеющие признаки перегрева заменяют.
Аппараты, снимаемые с тепловоза, разбирают, очищают, изношенные детали восстанавливают или заменяют. Отремонтированные аппараты после сборки регулируют и испытывают на соответствующих стендах.
Глава 9 СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМИ МАШИНАМИ
9.1.	СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Регулирование напряжения тягового генератора при использовании возбудителя с продольно расщепленными полюсами. Как уже известно, для обеспечения полного использования свободной мощности дизеля тяговым генератором внешняя его характеристика (см. рис. 1.3) должна иметь вид равнобокой гиперболы. Такая характеристика может быть получена с помощью специальных комбинированных автоматических систем регулирования напряжения (возбуждения) тяговых генераторов. Эти системы широко используются на тепловозах и постоянно совершенствуются.
В автоматических системах регулирования напряжения генератора, построенных на основе принципа регулирования по току тягового генератора, независимая обмотка возбуждения тягового генератора питается от возбудителя с продольно расщепленными полюсами. Такие системы регулирования применяются на тепловозах ТЭМ2, ТЭМ1, ТЭ2 и ТЭ1. Каждый полюс возбудителя В разделен вдоль оси латунной проставкой 3 на две неравные части (рис. 9.1, а). На одной из них 2, имеющей меньшие размеры (насыщенной), расположены магнитные мостики в виде вырезов на сердечнике. На полюсе размещена независимая (параллельная) обмотка возбуждения НВ, охватывающая обе части полюса, и дифференциальная ДВ, охватывающая только вторую часть.
Результирующая э. д. с., индуктируемая в простой волновой обмотке якоря, равна алгебраической сумме э. д. с., индуктируемых потоками каждой части полюса:	= /У,	Е>. 116
дифференциальной обмотке протекает ток тягового генератора /,. Независимая обмотка возбуждения НВ имеет двойное питание: от вспомогательного генератора ВГ, напряжение которого поддерживается постоянным, и якоря возбудителя (рис. 9.1, б). Основным является питание от вспомогательного генератора, вследствие чего э. д. с. Е}, создаваемая в якоре потоком ненасыщенной части 1 полюса, почти не зависит от нагрузки (рис. 9.2). Электродвижущая сила Е> создается в якоре вследствие взаимодействия м. д. с. независимой и дифференциальной обмоток. При токе генератора, равном нулю (/,=0), поток в части 2 полюса создается только независимой обмоткой (см. рис. 9.1, а). С увеличением тока генератора поток уменьшается, так как
185
Рис. 9.1. Растепленный полюс возбудителя (а) и схема возбуждения тягового генератора (б)
м. д. с. дифференциальной обмотки противоположна м. д. с. независимой обмотки. При равенстве м. д. с. обеих обмоток поток равен нулю. Если ток генератора продолжает увеличиваться, то магнитный поток меняет свое направление, так как преобладает поток дифференциальной обмотки. Характер изменения электродвижущей силы Е2 показан на рис. 9.2. В результате суммирования Ei и £о получается требуемая характеристика возбудителя Е„(/г),
которая определяет внешнюю характеристику тягового генератора.
Регулирование напряжения тягового генератора при использовании возбудителя с поперечным расщеплением полюсов. Такое регулирование применено на тепловозах ТЭЗ и ТЭ7. Возбудитель В имеет шесть полюсов, четыре из которых являются ненасыщенными, а два с уменьшенной площадью сечения в верхней части сердечника (магнитные мостики) — насыщенными. На них расположены параллельная IIJB и дифференциальная ДВ обмотки, м. д. с. которых направлены встречно (рис. 9.3 и 4.4, б).
Обмотка ////? через резистор R2 подключена на напряжение возбудителя. Обмотка ДВ присоединена параллельно обмотке добавочных полюсов ДП тягового генератора, поэтому протекающий по ней ток пропорционален току генератора (равен 1/30 — 1/50 /,).
Рис. 9.2. Зависимость э. д. с. £в возбудителя от тока тягового генератора /,
На ненасыщенных полюсах В находится основная обмотка независимого возбуждения ИВ, питаемая током от вспомогательного генератора ВГ. Электродвижущая сила, создаваемая этой обмоткой, не зависит от нагрузки. Магнитодвижущая сила обмотки КВ действует согласно с м. д, с. независимой обмотки и служит для компенсации размагничивающего действия реакции якоря.
Практически можно считать, что магнитные системы ненасы-
186
Направление н-д.с.
Рис. 9.3. Схема возбуждения тягового генератора (возбудитель с поперечно расщепленными полюсами)
тонных и насыщенных полюсов В не зависят друг от друга. При малых токах генератора направление магнитного потока насыщенных полюсов определяется м. д. с. параллельной обмотки и возбудитель работает как шестиполюсный генератор (рис. 9.4, а). При увеличении тока тягового генератора м. д. с., создаваемая обмоткой ДВ, возрастает и в определенный момент становится больше м. д. с. обмотки IUB. При этом полярность насыщенных полюсов изменяется и возбудитель работает как двухполюсный генератор (рис. 9.4, б) с поперечным (радиальным) расщеплением каждого полюса на три части.
Якорь возбудителя имеет простую волновую обмотку, поэтому в первом случае э. д. с. обмотки якоря определяется суммой э. д. с. от потоков ненасыщенной и насыщенной систем, а во втором — их разностью. В результате возбудитель имеет такую же характеристику, как и возбудитель с продольным расщеплением полюсов (см. рис. 9.2).
Настройка систем возбуждения производится резисторами R1 и R2 (см. рис. 9.1, б и 9.3).
Рис. 9.4. Распределение магнитного потока возбудителя:
а— полярность при малых токах генератора; б полярность при больших токах
187
Таким образом, автоматическое регулирование возбуждения тягового генератора с использованием возбудителей с расщепленными полюсами создает его внешнюю характеристику необходимой формы (см. рис. 1.3) на участках ограничения мощности (бв) и ограничения напряжения (вг). Участок ограничения напряжения образуется, естественно, благодаря тому, что при высоких значениях напряжения магнитная система генератора насыщается и дальнейшее возрастание напряжения резко замедляется.
Для создания участка ограничения максимального тока (аб) в системе возбуждения с возбудителем В с поперечным расщеплением полюсов применена тахометрическая схема, включающая ограничительную обмотку ОВ, расположенную на ненасыщенных полюсах, тахогенератор Т2 и вентиль В2 (см. рис. 9.3). Тахометрическую схему в ряде книг называют узлом автоматического регулирования тока узел APT.
На каждой позиции контроллера Т2 имеет определенное напряжение ДТ2, так как приводится во вращение от вала дизеля, на 16-й позиции (7,2=12 В. Обмотка ОВ, тахогенератор Т2 и вентиль В2 подключены на падение напряжения обмотки добавочных полюсов дп тягового генератора Г (точки а и б). Пока ток тягового генератора /г невелик, £7ал меньше (7тг, ток по обмотке ОВ не проходит ввиду запирающего действия В2. Когда станет больше (7т2, в цепи ограничения появится ток, размагничивающий возбудитель, напряжение генератора уменьшится. Начало срабатывания узла ограничения тока определяется током генератора: /г = 3200- 3300 А. Так как сопротивление обмотки добавочных полюсов генератора R:i„ мало, то для получения требуемого падения напряжения цепи тахогенератор подключается в схеме тепловоза ТЭЗ к обмоткам возбуждения двух тяговых электродвигателей и добавочных полюсов генератора.
Чтобы уяснить работу узла ограничения тока, проведем расчет для /,=2400 А и /г = 3300 А. При /, = 2400 А ток в группе электродвигателей /лв будет составлять 800 А (силовая цепь ТЭЗ имеет три параллельные группы электродвигателей). Зная сопротивление обмотки возбуждения электродвигателя А?влв (оно равно 0,00482 Ом) и сопротивление добавочных полюсов генератора /?Л11 = 0,0013 Ом, подсчитаем падение напряжения цепи (7Вб, к которой подключен тахогенератор:
(7а6 = 2/лв/?влв + /,/?л„ = 2 • 800 • 0,00482 + 2400 • 0,0013 = 7,7 + 3,1 = = 10,8 В. Мы видим, что при /,=2400 A Ua6 меньше 12 В, т. е. меньше L+- Следовательно, по обмотке ОВ ток протекать не будет. При /,=3300 А ток /лв=1100 A, a (7afi составит 14,9 В, т. е. будет больше (7,2- В этом случае ток потечет по обмотке ОВ и размагнитит возбудитель.
Основным недостатком узла является то, что падение напряжения на обмотках добавочных полюсов генератора и возбуж-188
дсния тяговых электродвигателей зависит от их температуры. Если в эксплуатации температура обмоток возрастет, то ограничение наступит при меныпих значениях тока Г, и наоборот.
На участке внешней характеристики тягового генератора бв (см. рис. 1.3) мощность генератора может быть не равна свободной мощности дизеля. Это может произойти из-за влияния гистерезиса тягового генератора и возбудителя, влияния нагревания обмотки возбуждения генератора ИГ, из-за технологических отклонений характеристик возбудителя. Наконец, свободная мощность дизеля, которую он может отдавать в электропередачу при включении и выключении нагрузок собственных нужд (компрессора, вентилятора холодильника), все время изменяется; в то же время внешняя характеристика настраивается на одно заранее установленное значение мощности. Чтобы исключить этот недостаток, на ненасыщенных полюсах В (см. рис. 9.3) расположена регулировочная обмотка РВ, м. д. с. которой действует согласно с м. д. с. обмотки НВ, а в схему включен тахогенератор Т1 с независимым возбуждением от ВГ и вентиль В1 - так называемый узел автоматического регулирования мощности (АРМ).
Якорь тахогенератора Т1 последовательно включен с обмоткой РВ и вентилем В1 и подсоединен па зажимы вспомогательного генератора ВГ. Напряжение Т1 направлено противоположно напряжению ВГ и превышает его на несколько вольт. Под действием этой небольшой разности напряжений в цепи обмотки РВ протекает ток.
Этот ток образует составляющую напряжения возбудителя и тягового генератора, изменяющуюся от нуля до необходимого наибольшего значения при работе схемы АРМ.
Заметим, что тахометрическая схема АРМ принципиально не может работать совместно с центробежным регулятором частоты вращения дизеля, поэтому он должен быть выведен из работы. Это достигается тем, что, дополнительно подмагничивая возбудитель от регулировочной обмотки РВ, увеличивают мощность генератора, в результате чего он начинает перегружать дизель. Центробежный регулятор доводит рейки топливных насосов «до упора», после чего его влияние на работу дизеля прекращается. Дизель получает некоторую «просадку» частоты вращения (20 30 об/мин). Эта «просадка» изменяется в зависимости от степени перегрузки дизеля. При включении нагрузки собственных нужд или охлаждении обмотки возбуждения генератора перегрузка дизеля возрастает и «просадка» частоты вращения увеличивается. Это приводит к некоторому уменьшению напряжения Т1 и, следовательно, тока в обмотке РВ. Напряжение возбудителя (и тягового генератора) снизится, а вследствие этого будет устранена большая часть нагрузки дизеля, возникшая от любой из указанных выше причин, за счет уменьшения мощности электропередачи. Основной недостаток
189
схемы АРМ в том, что она работает только на крайней позиции рукоятки контроллера машиниста.
Регулирование напряжения тягового генератора при использовании магнитных усилителей. Прежде чем рассматривать систему регулирования напряжения генератора, напомним принцип действия магнитных усилителей (МУ). Магнитный усилитель это бесконтактный электромагнитный аппарат, имеющий ферромагнитный сердечник с обмотками и предназначенный для управления выходным сигналом большой мощности посредством одного или нескольких входных сигналов малой мощности.
Магнитные усилители подразделяются на простые, с обратной связью и релейные.
Простой МУ (без обратной связи) включает сердечник из ферромагнитных материалов (железокремниевых или никелевых сплавов) и обмотки переменного и постоянного тока (рис. 9.5, а, б). Обмотки переменного тока называют рабочими обмотками ОР, обмотки постоянного тока обмотками управления или подмагничивания ОУ. На обмотку ОУ подается входной сигнал в виде постоянного тока Л, на зажимы рабочей обмотки включается нагрузка, ток /р в которой именуется выходным сигналом. Рабочая цепь питается от источника переменного тока ~Др.
Принцип действия магнитного усилителя основан на использовании свойства ферромагнитного сердечника, насыщением которого можно управлять, изменяя подмагничивание его постоянным током Д. При этом будут изменяться выходные параметры: ток /р и напряжение	Это можно показать, рассмотрев
статическую характеристику простого МУ, - зависимость тока в
Рнс. 9.5. Простой магнитный усилитель:
а---схема расположения обмоток; б — соединение обмоток; в— выходная характеристика усилителя
190
рабочей обмотке /р от тока в обмотке управления Л (рис. 9.5, в). Известно, что ток в рабочей цени
/ = Л-
где R - активное сопротивление рабочей цепи, включая и нагрузку; Хр - индуктивное сопротивление рабочей обмотки.
Индуктивное сопротивление рабочей обмотки X,, = ы1.Р, где о> = = 2nj угловая частота питания рабочей цепи. Индуктивность рабочей обмотки



Для определенного тина МУ постоянными являются: число витков рабочей обмотки К7Р, площадь поперечного сечения сердечника S(. и длина пути магнитного потока в сердечнике Переменная
величина только магнитная проницаемость сердечника р . Таким образом, индуктивность и индуктивное сопротивление обмотки (при неизменной частоте /) являются функцией рю.
Увеличивая подмагничивание сердечника постоянным током /ч, можно довести его до состояния насыщения, при котором
магнитная проницаемость р , а следовательно, и индуктивное сопротивление рабочих обмоток ХР будут незначительными (см. рис. 9.5, в). Поэтому ток в рабочей цепи окажется наибольшим, определяемым только активным сопротивлением цепи R. Для простейшего МУ обе кривые |/р, ХР(Л)| будут симметричны относительно оси ординат, так как магнитное состояние сердечника не зависит от направления тока 1У.
Современные МУ выполняются на двух одинаковых сердечниках кольцевой, П- или Ш-образной формы, на каждом из которых размещены одинаковые рабочие обмотки. Для устранения наводки в обмотках управления переменной э. д. с. взаимоиндукции под действием переменного потока рабочей обмотки обе части ее соединяются последовательно и встречно. При этом магнитный поток и индуктируемая э. д. с. рабочих обмоток будут в противофазе. Это дает возможность применить общую обмотку управления, охваты-
вающую оба сердечника.
Наиболее распространенная схема простого МУ приведена на рис. 9.5, б. Нагрузка на усилитель может быть включена на переменном или постоянном токе, т. е. через выпрямитель. В тепло-
возных схемах такие МУ используются в качестве трансформато-
ров постоянного тока ТПТ пересечения статической осью ординат определяет лежащая непосредственно
и постоянного напряжения ТПП. Точка характеристики (см. рис. 9.5, в) е ток холостого хода /0, а точка К,
после перегиба, максимальный ток на-
191
Рис, 9.6. (Лема однофазного магнитного усилителя с внутренней обратной связью
грузки . Отношение /„ к /н называют коэффициентом кратности, или кратностью тока нагрузки.
В простых МУ мощность нагрузки во много раз больше мощности пени управления (подмагничивания). Отношение этих мощностей называется коэффициентом усиления по мощности. Этот коэффициент изменяется от нескольких десятков до сотен еди-
Рис. 9.7. Статическая характеристика магнитного усилителя:
/ зона разгона поезда (ограничение по гоку); // - работа с постоянной мощно стью; /// зона максимальных скоростей (ограничение по напряжению)
ниц.
Магнитный усилитель с обратной связью. Чтобы получить высокий коэффициент усиления, магнитный усилитель соединяют по схеме, показанной на рис. 9.6. В этой схеме рабочие обмотки усилителя включены последовательно с выпрямителями внутри моста. При этом ток в рабочих обмотках* пульсирующий, так как изменяется только по значению. Действительно, допустим, что в первый полу период точка а имеет положительный потенциал ио отношению к точке б. Тогда ток потечет по выпрямителю ДЗ, резистору нагрузки /?„, выпрямителю Д2, обмотке ОР1 к точке б. Во второй полупериод ток пройдет от точки б по обмотке 0122. выпрямителю ///, /?„, Д4 к точке а.
Этот ток можно рассматривать как результат сложения переменного тока с постоянным током определенного значения. Постоянная составляющая тока, протекая ио рабочим обмоткам, подмагничивает усилитель. Большая часть мощности для подмагничивания забирается из цепи переменного тока, что приводит к резкому увеличению коэффициента усиления. Такой магнитный усилитель называется усилителем с внутренней обратной связью, или амплистатом. Статическая характеристика амплистата показана на рис. 9.7. Из характеристики видно, что, когда нет тока в обмотке управления, ток нагрузки значителен (точка Д). Для усилителя без обратной связи ток нагрузки (ток выхода) в этом случае близок к нулю. При обратной связи этот малый ток создает некоторое подмагничивание, что приводит к возрастанию тока нагрузки,
192
В
Мд.с. уставки	J
‘М.д.с. ОУ 8начале ограничения тола
Шс. ОУ при максимальном | напряжении генератора.
\М.дс. ОУ при максимальном
| J таке генератора
\0 . максимальная * мГд.соРмоток
* [результирующая м.д.с. | подмагничивания
Ч'
I А
Рис. 9.8. Схема регулирования напряжения тягового генератора с магнитным усилителем
усиливающему подмагничивание, вследствие чего ток нагрузки вновь увеличивается. Происходит самоподмагничивание усилителя до наступления равновесия (точка Г). При протекании по обмотке подмагничивания тока положительного направления ток нагрузки возрастает до максимума (точка В). Если ток в обмотке подмагничивания имеет отрицательное направление, ток нагрузки снижается до малого значения (точка А).
На тепловозах амплистаты применяются для регулирования тока возбуждения тягового генератора (первые выпуски тепловозов ТЭ10) или возбуждения возбудителя (тепловоза типов 2ТЭ10Л, 2М62, ТЭП60 и др.). Системы регулирования напряжения тяговых генераторов с магнитным усилителем (рис. 9.8) обеспечивают питание обмотки возбуждения НГ от возбудителя В, имеющего, кроме основной независимой обмотки возбуждения НВ, также небольшую размагничивающую обмотку РВ, получающую питание от В Г.
Обмотка НВ получает питание от МУ, выполненного по схеме с внутренней обратной связью (амплистат возбуждения). Магнитный усилитель имеет рабочие обмотки ОР1 и ОР2, питающиеся от распределительного трансформатора ТР, и четыре обмотки управления: задающую 03, подключенную к бесконтактному тахометрическому устройству БТ; обмотку управления ОУ, подключенную к селективному узлу СУ; регулировочную ОР, включенную к выходу 7 Зак. .373	193
индуктивного датчика ИД; стабилизирующую ОС, подключенную к вторичной обмотке стабилизирующего трансформатора ТС.
При разгоне тепловоза ограничение пускового тока происхо-
Рис. 9.9. Схема селективного узла Дит по характеристике амплистата от точки А вверх до точки Б, а ограничение максимального напряжения — от точки В вниз до точки Г. В точках Б я В мощность генератора равна номинальной (см. рис. 9.7). Чтобы на участке от точки Б до В поддерживать постоянную мощность, необходимо получить гиперболическую внешнюю характеристику тягового генератора, при которой произведение тока на напряжение должно быть постоянным. В схеме с ампли-
статом проще поддерживать не произведение, а сумму тока и напряжения. При этом внешняя характеристика генератора получается не гиперболической, а прямолинейной — селективная характеристика.
Чтобы поддержать постоянное значение суммы тока и напряжения, необходимо обмотку управления ОУ подключить на выход обоих трансформаторов постоянного тока ТПТ и постоянного напряжения ТПН (см. рис. 9.8). Уставка мощности, так же как уставка тока и напряжения, может изменяться за счет изменения м. д. с. обмотки 03 или балластных резисторов СБТТ и СБТН. Поскольку задающая обмотка питается от устройства БТ, характеристика генератора при изменении частоты вращения вала дизеля (позиции рукоятки контроллера) смещается.
Селективный узел СУ состоит из двух измерительных трансформаторов ТПТ и ТПН, двух балластных резисторов СБТТ и СБТН и двух мостовых выпрямителей ВЗ и В2. Трансформаторы ТПТ и ТПН и датчик ИД питаются от синхронного подвозбудителя СПВ через трансформатор ТР. Селективный узел дает возможность автоматически пропускать в обмотку ОУ ток ТПТ при ограничении пускового тока и сумму токов ТПТ и ТПН при поддержании постоянной мощности, а также ток ТПН при ограничении максимального напряжения.
При регулировании тока, мощности и напряжения рабочая точка перемещается вдоль характеристики амплистата от А до В (см. рис. 9.7). При этом м. д. с. управляющей обмотки ОУ уменьшается незначительно обычно на 8—12 %, а при более крутой характеристике это изменение еще меньше. Рассматривая работу селективной схемы, допустим, что амплистат имеет крутую характеристику и что м. д. с. и ток управляющей обмотки ОУ в процессе разгона вовсе не изменяются. Схема узла СУ в упрощенном виде представлена на рис. 9.9. В момент трогания (точка А на рис. 9.7) ток генератора больше, чем /,	, т. е. выходной ток ТПТ имеет
194
наибольшее значение, а ток на выходе ТПН близок к нулю. Ток ТПТ разветвляется. Примерно половина его течет в резистор СБТТ (см. рис. 9.9), остальная часть — в управляющую обмотку ОУ; проходящий ток создает на обмотке ОУ падение напряжения. В свою очередь ток ТПН (малый по значению), протекая по резистору СБТН, также создает на нем падение напряжения. Это падение напряжения во много раз меныпе того, которое создано на обмотке током от ТПТ. Поэтому потенциал в точке б значительно выше, чем в точке в, и ток стремится протекать от б к в, но в этом направлении его не пропускает выпрямитель В1. Ток ТПН не проходит в обмотку ОУ, а ток ТПТ—в СБТН. Получается так, будто трансформатор ТПН с резистором СБТН «отключен» от управляющей обмотки ОУ.
Во время разгона тепловоза ТПТ вместе с амплистатом поддерживает постоянный пусковой ток, а токи на выходе ТПТ, а также в резисторе СБТТ и в управляющей обмотке остаются практически неизменными. Не изменится и напряжение на этой обмотке. Напряжение генератора по характеристике ограничения тока при незначительном уменьшении тока резко возрастает, поэтому увеличиваются токи ца выходе ТПН и в резисторе СБТН, а следовательно, возрастает падение напряжения на нем и потенциал точки в. Сопротивление СБТН выбирается таким образом, чтобы в точке Б внешней характеристики генератора падение напряжения на СБТН от тока ТПН было равно падению напряжения на управляющей обмотке от тока ТПТ, а следовательно, потенциалы точек а и б были бы также равны.
Если напряжение генератора увеличивается, то ток начинает протекать от в к б, т. е. выход ТПН «подключается» к управляющей обмотке. Падение напряжения на СБТН и потенциал точки в растут с увеличением тока выхода ТПН только до момента «под-ключения»-?'ПН к обмотке, т. е. в дальнейшем падение напряжения на СБТН остается неизменным и равным падению напряжения на управляющей обмотке ОУ, а также на СБТТ. Чтобы поддержать такое равенство, необходимо уменьшить ток, поступающий в обмотку ОУ от ТПТ, что может произойти только при уменьшении тока генератора. Следовательно, ограничение в точке Б заканчивается. С ростом напряжения генератора ток его уменьшается в той мере, в какой увеличивается напряжение. За счет этого на участке БВ получается прямолинейная наклонная внешняя характеристика генератора и его мощность в диапазоне токов от Б до В поддерживается примерно постоянной.
С ростом скорости (при работе по характеристике ограничения мощности) доля тока от ТПН в управляющей обмотке ОУ возрастает, а доля тока от ТПТ снижается. Наконец, в точке Г доля тока от ТПТ (см. рис. 9.9) становится равной нулю. В управляющей обмотке ОУ с этого момента протекает только ток
7*
195
от ТПН, а так как м. д. с. и ток управляющей обмотки ОУ по-прежнему не могут заметно измениться, то при дальнейшем разгоне остается постоянным ток на выходе ТПН и, следовательно, напряжение генератора от точки В до точки Г. В точке В весь ток ТПТ проходит по резистору СБТТ. С ростом скорости при работе по характеристике ограничения напряжения ток генератора быстро снижается; соответственно уменьшается ток на выходе ТПТ и падение напряжения на СБТТ, которое становится меньше падения напряжения на управляющей обмотке. Тогда потенциал точки б превысит потенциал точки а. Ток от ТПН не потечет в СБТТ ввиду запирающего действия выпрямителя В2.
Таким образом, селективная схема при совместной работе с амплистатом, имеющим крутую характеристику, и трансформаторами ТПТ и ТПН обеспечивает плавный переход (без каких-либо переключений) от ограничения пускового тока к ограничению мощности и далее к ограничению максимального напряжения.
Из рассмотрения работы системы регулирования напряжения тягового генератора видно, что на участке БГ внешней характеристики (см. рис. 3.8, а) не выполняется одно из Основных требований — полное использование генератором свободной мощности дизеля, так как на указанном участке характеристика прямолинейна, а не гиперболична. Для того чтобы не было перегрузки дизеля на амплистате, предусмотрена регулировочная обмотка ОР (см. рис. 9.8), включенная последовательно с датчиком ИД объединенного регулятора дизеля. Если мощность дизеля больше заданной, при данной частоте вращения, ток в обмотке ОР уменьшается. Если мощность дизеля меньше заданной, то ток ОР увеличивается. Следовательно, возрастает напряжение на выходе МУ, а значит, и напряжение и мощность тягового генератора. На частичных нагрузках регулирование происходит аналогично.
Чтобы не возникали незатухающие колебания, в системе предусмотрен стабилизирующий трансформатор ТС, а на МУ — стабилизирующая обмотка ОС, по которой проходит ток только во время переходного процесса, например при резком изменении нагрузки, изменении напряжения при переводе контроллера на другую позицию. При этом результирующая м. д. с. МУ изменяется так, чтобы замедлить скорость изменения тока на выходе МУ. Рассмотренная система регулирования напряжения генератора имеет недостатки: сложность и использование машин постоянного тока.
9.2.	СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
На тепловозах с электрической передачей мощности переменнопостоянного тока (ТЭ109, 2ТЭ116, 2ТЭ121, ТЭП70 и ТЭМ7) применены более совершенные системы регулирования напряжения тяго-
196
Связь по частоте f
Рис. 9.10. Структурная схема системы регулирования возбуждения тягового синхронного генератора:
/’/ — преобразователь напряжения; МУ -- магнитный усилитель (ФУ — фазосдвигающее устройство); БГ1. БГ2 блокинг-генераторы; УВВ — управляемый выпрямитель; ОВГ -обмотка возбуждения генератора; СВ — синхронный возбудитель; С Г—синхронный генератор; ВУ — выпрямительная установка; СУ - селективный узел; ТПТ — трансформатор постоянного тока; ТПН — трансформатор постоянного напряжения; БТ  блок тахометрический; ИД — индуктивный датчик; ОРД — объединенный регулятор дизеля; БУВ - блок управления возбуждением; ГОС - гибкая обратная связь
вого синхронного генератора. Взамен магнитного усилителя и возбудителя постоянного тока используется возбудитель переменного тока СВ и тиристорный управляемый выпрямитель УВВ, что дало возможность увеличить точность и устойчивость регулирования, упростить компоновку электрических машин на тепловозе, повысить надежность и удешевить систему возбуждения. Чтобы лучше понять систему возбуждения тягового синхронного генератора СГ, начнем с изучения ее схемы (рис. 9.10).
Система возбуждения СГ включает в себя: БУВ — блок управления возбуждения (тиристорами); УВВ — управляемый выпрямитель возбуждения (тиристорный мост), нагрузкой которого является обмотка возбуждения тягового синхронного генератора ОВГ; СВ — синхронный возбудитель и СУ — селективный узел, в котором формируется управляющий импульс z\ в зависимости от тока и напряжения генератора СГ, частоты вращения вала дизеля п и сигнала от индуктивного датчика ИД. Блок управления в свою очередь состоит из /7 — статического преобразователя; МУ — магнитного усилителя с внутренней обратной связью, выполняющего роль- фазосдвигающего устройства; БГ1, БГ2—двух блокинг-генераторов, вырабатывающих управляющие импульсы для тиристоров. Чтобы синхронный генератор имел требуемую внешнюю характеристику, должно автоматически изменяться по определенному закону его возбуждение.
197
UcB
и„
t
User
am
her
t
В рассматриваемой системе для регулирования тока возбуждения генератора /овг используются кремниевые тиристоры типа ТК-150-6 и кремниевые силовые вентили ВК-200-6. Все вентили 6-го класса, т. е. рассчитаны на напряжение 600 В. Работа управляемого тиристорного выпрямителя УВВ определяется надежностью силовой цепи тиристоров и цепи управления.
Работа силовой цепи тиристора будет надежна при правильном выборе типа и класса самого тиристора с необходимыми запасами по току и напряжению, а надежность по цепи управления обеспечивается подачей на управляющий электрод тиристора импульса определенной формы, длительности и амплитуды. Для получения импульса с такими параметрами применяют специальные схемы управления тиристорами. В схеме возбуждения выбран импульсно-фазовый способ управления тиристорами, который надежно обеспечивает управление ими, широкий
---------------диапазон регулирования, четкость момента открытия тиристора.
Рис. 9.11. Диаграммы на- Основные элементы схемы управления пряжений и токов возбуждением (тиристорами) БУ В для тепловозов с передачей перемеино/пос-тоянного тока: П, МУ и два блокинг-гене-ратора БГ1 и БГ2. Преобразователь П преобразует напряжение возбудителя UCB с искаженной синусоидальной формой в напряжение прямоугольной формы U„ (рис. 9.11).
Магнитный усилитель предназначен для изменения момента подачи управляющего сигнала на тиристор. Необходимый диапазон изменения фазы (сдвига во времени) управляющих импульсов определяется конкретной системой регулирования. При питании МУ синусоидальным напряжением максимальный диапазон регулирования составляет примерно 120° эл., а напряжением прямоугольной формы (от П) — 175° эл.
Передний фронт напряжения (Ду, определяющий момент подачи управляющего импульса (угол регулирования а)*, может
изменяться в зависимости от управляющего сигнала — тока zy
* Промежуток времени от момента подачи положительного напряжения (U„) на анод тиристора до момента подачи (отпирающего) управляющего импульса на его электрод управления (ЭУ) называют углом регулирования.
198
Рис. 9.12. Принципиальные схемы:
а блока управления возбуждением БУВ; б — управляемого выпрямителя УВВ: БГ1, БГ2 блокинг-генераторы; МУ - магнитный усилитель (ФУ фазосдвигающее устройство);
Т1, Т2- тиристоры; Ст1, Ст2-~ стабилитроны; С — коиденсатор; Tpl, Тр2— трансформаторы;
ОВГ обмотка возбуждения генератора; ТЧ, Т'2  транзисторы; ДЗ. Д4-- диоды
в обмотке управления ОУ магнитного усилителя, который вырабатывается в СУ. Угол регулирования а изменяется пропорционально току /у, т. е. можно написать, что a = z\. Таким образом, изменением тока в обмотке управления можно регулировать подачу управляющих импульсов, т. е. управлять открытием тиристора.
Управляющие импульсы определенной формы, длительности и амплитуды вырабатываются блокинг-генераторами БГ1 и БГ2. Каждый блокинг-генератор формирует импульс в один из полупериодов питающего напряжения. Можно предположить, что в положительный полупериод БГ1 посылает импульс в электрод управления ЗУ тиристора Т1, а в отрицательный БГ2 — импульс в ЗУ тиристора Т2.
Каждый БГ состоит из транзистора, трансформатора и диодов (рис. 9.12). Сигналом для пуска БГ служит импульс тока, протекающий через конденсатор С в момент скачка напряжения на выходе МУ. Стабилитроны Ст/ и Ст2 служат для предотвращения ложного пуска БГ от напряжения холостого хода МУ и напряжения заряженного конденсатора.
Управляющие импульсы U,у, формируемые БГ, имеют прямоугольную форму (см. рис. 9.11). Длительность импульса определяется временем насыщения трансформатора. Ток /овг в обмотке возбуждения синхронного генератора регулируется управляемым выпрямителем возбуждения УВВ (тиристорным усилителем). В два плеча моста включены тиристоры Т1 и Т2. а в другие два плеча-диоды (рис. 9.12, б и 9.13). Выпрямитель питается от синхронного возбудителя СВ. Пока на тиристор TI не будет подан импульс от БГ1, тиристор Т/ закрыт и напряжение на выходе выпрями-
199
теля Umi (на обмотке ОВГ) будет равно нулю (см. рис. 9.11). В момент времени, определяемый углом а, на тиристор Т1 подается управляющий импульс и он открывается. На обмотке ОВГ появляется напряжение и, следовательно, по ней потечет ток /„„г. Таким образом, на обмотку возбуждения синхронного генератора подается пульсирующее напряжение Uuul-. Среднее его значение, а следовательно, и средний ток зависят от момента подачи управляющих импульсов, т. е. от угла а. Изменяя этот угол при помощи БУВ от минимального значения до 180 °, будем регулировать ток возбуждения генератора от наибольшего значения до нуля. Чем больше а, тем меньше среднее напряжение на выходе УВВ, и ток, протекающий по обмотке возбуждения генератора. Так как обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, то ток, проходящий но ней, сглаживается.
Для зашиты тиристоров и диодов от коммутационных перенапряжений, возникающих при переключении тиристоров, параллельно им включены цепочки RI — CI— R4=C4 (см. рис. 9.13).
Для стабилизации напряжения возбудителя СВ используется узел коррекции, содержащий трансформатор ТК и выпрямитель ВК. Ток вторичной обмотки ТК пропорционален току СВ, после выпрямления он подпитывает обмотку возбуждения возбудителя, обеспечивая постоянство напряжения СВ независимо от его нагрузки.
Селективный узел СУ в системе регулирования напряжения тягового генератора переменного тока, разработанный для тепловозов с передачей переменно-постоянного тока (рис. 9.14), по сравнению с СУ, рассмотренным ранее для тепловозов с передачей постоянного тока, имеет преимущества: наличие отдельных каналов управления но току, напряжению и мощности. Селективная внешняя характеристика U, (/>•) приближается в большей
Рис. 9.13. Схема системы возбуждения тягового синхронного генератора 200
степени к гиперболе, что уменьшает диапазон изменения выходного сигнала.
В СУ поступают сигналы обратной связи по току и напряжению генератора от трансформаторов постоянного тока ТПТ 1 и ТПТ2 и трансформатора напряжения ТПН. Эти сигналы сравниваются с сигналами уставки, вырабатываемыми блоком задания БЗВ и индуктивным датчиком ИД.
Разность сигналов в виде управляющего сигнала /у поступает в обмотку управления МУ блока возбуждения БУВ, в котором формируются импульсы, отпирающие тиристоры и регулирующие момент их подачи, в результате чего устанавливается требуемый ток в обмотке возбуждения С Г. Принцип действия и устройство трансформаторов ТПТ и ТПН а тепловозах типа ТЭК), так как на выходе выпрямительной уст;
Рис. 9.14. Схема селективного потенциометрического узла СУ:
ПОС. - панель обратной связи; ПЗ панель задания; БЗВ  - блок задания возбуждения (остальные обозначения см. на рис. 9.10)
налогичны устанавливаемым на напряжение и ток измеряются товки ВУ, а не на зажимах
генератора СГ. В качестве блока задания БЗВ используется тахометрическое устройство. Напряжение на выходе блока про-
порционально частоте возбудителя и, следовательно, частоте вращения вала дизеля. Катушка ИД получает питание от БЗВ, так
как напряжение возбудителя имеет значительные колебания, а
напряжение БЗВ стабилизировано дечника ИД, связанного с сервоприводом объединенного регулятора дизеля, ток датчика изменяется. Собственно селективный узел состоит из потенциометров обратной связи ПОС, потенциометров задания ПЗ и потенциометра индуктивного датчика /?,1Л. На ПОС подаются токи от 7'777' и ТПН, вследствие чего на потенциометрах образуются падения напряжения. Сигналы по току генератора — илп, по напряжению — С'в<>, по сумме тока и напряжения
При изменении положения сер-
Рис. 9.15. Внешняя характеристика тягового синхронного генератора
201
U(m. На потенциометры задания ПЗ токи поступают от БЗВ. в результате чего образуются падения напряжения Ur0', UM и Uvn — сигналы задания (уставки).
Точки отрицательных потенциалов потенциометров соединены через обмотку управления МУ блока БУВ. Токи положительной полярности соединены так, что сигналы обратной связи и задания канала регулирования действуют встречно. Канал регулирования -это пара сигналов (обратной связи и задания), в цепь которых включены обмотка управления МУ и разделительные диоды (Д1, Д2 или ДЗ), обеспечивающий требуемую очередность работы каналов.
Под действием разности сигналов ПОС и ПЗ по каналу течет ток, который через блок БА В изменяет возбуждение генератора так, что регулируется один из участков внешней характеристики генератора (рис. 9.15). В области больших токов диоды Д2 и ДЗ (см. рис. 9.14) будут заперты, так как сигналы обратной связи меньше, чем задания, работает только канал / — поддерживается ток по прямой АВ. В точке В происходит открытие канала // и закрытие канала /, при этом мощность изменяется по ломаной линии ВМ\ММ2С, а не по прямой БГ (см. рис. 3.8, а). В точке С открывается канал ///, а канал // закрывается, напряжение регулируется по прямой СД. Потенциометр /?„д включен в канал //; напряжение на /?„, суммируется с Urm, следовательно, сигнал задания по мощности может меняться. При работе датчика ИД характеристика располагается выше селективной, а на участке В'С' близка к гиперболе, так как мощность генератора равна мощности дизеля. На позициях контроллера с 1-й по 4-ю датчик ИД не работает.
Изменение характеристики по позициям контроллера машиниста происходит вследствие изменения напряжения БЗВ (изменяется частота вращения вала дизеля) и задания по мощности объединенного регулятора дизеля. При срабатывании защиты от боксования, пробое одного из вентилей силовой выпрямительной установки и др. изменяются значения сопротивления резисторов ПЗ. Это приводит к снижению мощности тягового генератора. Стибилитрон в цепи задания канала // предназначен для уменьшения мощности генератора на низших позициях контроллера машиниста. При повреждении одного из тяговых электродвигателей мощность генератора снижается примерно на 17 % за счет закорачивания потенциометра /?ид контактом отключателя электродвигателя ОМ.
Для обеспечения устойчивой работы системы регулирования напряжения СГ применена гибкая обратная отрицательная связь выхода УВВ с входом БУВ. Она состоит из потенциометра /?„, резистора R„, конденсаторов С$ и Сст и обмотки управления МУ блока БУВ (см. рис. 9.13).
Выходное напряжение управляемого выпрямителя возбуждения, на которое подключен R„, является пульсирующим (напряжение
202
U„Br на рис. 9.11). Помимо постоянной составляющей, оно содержит переменную высокочастотную составляющую, которая сглаживается конденсатором фильтра Сф (см. рис. 9.13). Колебания, возникающие при неустойчивой работе системы, создают низкочастотную составляющую, которая передается через конденсатор Сст и R„ в стабилизирующую обмотку управления МУ. Демпфирующее ее действие устраняет колебания на выходе УВВ.
Аварийное возбуждение. Если произошло повреждение тиристоров Tl, Т2 или БУВ в основной схеме возбуждения, то переключатель АП переводят в аварийный режим. Этим закорачивают тиристоры Т1 и Т2 и вводят в цепь возбуждения возбудителя резистор /?ав
При аварийном режиме выпрямитель становится неуправляемым; во все плечи моста включены диоды Д1 —Д4, т. е. ток возбуждения генератора остается постоянным. Возбуждение тягового генератора машинист регулирует вручную. Внешняя характеристика для аварийного режима (штриховая линия) приведена на рис. 9.15.
9.3.	УПРАВЛЕНИЕ ТЯГОВЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
Диапазон изменения тока и напряжения тягового генератора ограничен габаритными размерами, насыщением его магнитной системы, условиями коммутации, поэтому использование постоянной мощности генератора обеспечивается только в определенном интервале изменения тока генератора и, следовательно, скорости тепловоза. Для уменьшения диапазона регулирования напряжения тягового генератора применяется автоматическое управление тяговыми электродвигателями путем изменения схемы соединения двигателей и ослабления их возбуждения.
Рассмотрим процессы, возникающие при работе электрической передачи мощности. На всех режимах работы электрической передачи соблюдается примерное равенство электродвижущих сил электродвигателей (противо-э. д. с.) и напряжения тягового генератора [см., формулу (2.7)].
В точке а, соответствующей моменту трогания тепловоза с места, напряжение (см. рис. 1.3) генератора будет минимальным, но так как якоря тяговых электродвигателей неподвижны, то на их зажимах э. д. с. двигателей отсутствует, поэтому из-за малых сопротивлений обмоток якоря, главных и добавочных полюсов электродвигателя падение напряжения в цепи каждого двигателя незначительно. После того как тепловоз тронется с места и якоря электродвигателей начнут вращаться, на их зажимах появляются э. д. с. Их значения пропорциональны частоте вращения якорей и токам возбуждения (потокам), протекающим по обмоткам главных полюсов электродвигателей [см. формулу (2.3)].
203
В момент приведения тепловоза в движение желательно поддерживать ток примерно постоянным (участок аб на рис. 1.3). При неизменном токе э. д. с. двигателей с последовательным возбуждением будет по мере разгона возрастать в той же степени, что и скорость движения. В такой же степени должно увеличиваться и напряжение тягового генератора. В точке б характеристики мощность дизель-генератора возрастает до номинального значения. Дальнейший подъем напряжения при постоянном токе невозможен, так как это вызовет перегрузку дизеля.
При работе по гиперболической части характеристики ток возбуждения двигателей убывает при росте напряжения. Убывание тока замедляет рост э. д. с. двигателей при разгоне. Поэтому на этом участке характеристики при увеличении скорости движения напряжение генератора должно возрастать в меньшей степени, чем скорость.
От скорости движения продолжительного режима до конструкционной частота вращения электродвигателей для грузовых тепловозов изменяется в 3,5 -5 раз, при этом напряжение генератора, если не принять специальных мер, увеличивается в среднем в 2,2 раза. Уменьшить размеры генератора можно за счет уменьшения диапазона изменения его напряжения до 1,5 и меньше. Для этого применяют автоматическое управление электродвигателями путем изменения схемы соединения двигателей и ослабления возбуждения.
На участке вг внешней характеристики мощность дизеля уже не будет номинальной (полной) и ее значение быстро снижается из-за уменьшения тока. Чтобы не допустить работы на участке вг и потери мощности, применяют ослабление возбуждения (магнитного потока) электродвигателей. Обмотки шунтируются в тот момент, когда напряжение генератора приближается к максимальному значению. Включение шунтирующего резистора приводит к значительному уменьшению тока возбуждения, что вызывает уменьшение' э. д. с. электродвигателя. Напряжение генератора вследствие этого в первый момент начинает значительно превосходить э. д. с. электродвигателей, что приводит к резкому возрастанию тока.
При гиперболической внешней характеристике генератора увеличение тока приводит к соответствующему снижению напряжения генератора. При каком-то значении тока (большем, чем исходное значение, при котором включались резисторы) напряжение генератора вновь приблизится к э. д. с. электродвигателей и уменьшится настолько, что увеличение силы тока прекратится.
Таким образом, при ослаблении возбуждения ток генератора возрастает, а напряжение убывает вдоль гиперболической характеристики, но частота вращения электродвигателей за это время не успевает практически измениться, т. е. режим движения тепловоза не меняется. Режим генератора (и электродвигателей)
204
Рис. 9.16. Графики, иллюстрирующие переходы с полного возбуждения П тяговых электродвигателей на ослабленное 0/7 7 и 0П2:
а -с П на 0П1; б -с 0П1 на 0П2
изменяется так, что появляется возможность повышения напряжения генератора при дальнейшем разгоне. Другими словами, при подключении шунтирующих резисторов гиперболический участок внешней характеристики генератора при разгоне может использоваться дважды.
Обычно применяют две ступени ослабления возбуждения, что позволяет трижды использовать во время разгона тепловоза один и тот же гиперболический участок внешней характеристики генератора и при широком диапазоне изменения скорости движения тепловоза добиться сравнительно узкого диапазона изменения напряжения генератора.
В качестве примера рассмотрим работу электрической передачи тепловоза 2ТЭ10Л в процессе разгона поезда. В начале разгона поезда ток генератора поддерживается почти постоянным —-равным примерно 6200 А. Мощность дизеля в этой зоне используется не полностью, так как напряжение незначительно (участок аб, рис. 9.16). С увеличением скорости движения нагрузка падает, и при токе генератора /г, равном 5900 А, и скорости v, равной 12 км/ч, начинается работа по гиперболической части характеристики. С этого момента генератор снимает с дизеля полную мощность, и, как только скорость тепловоза будет равна 38 км/ч, что соответствует току Л = 3100 А, совершится переход на ослабленное возбуждение первой ступени (ОП1). Вследствие этого перехода ток генератора возрастет до 3800 А, скорость тепловоза будет увеличиваться, а нагрузка — уменьшаться.
Когда скорость тепловоза достигнет 62 км/ч, что соответствует току 2900 А, совершится переход на вторую ступень ослабления возбуждения (ОП2). Во время этого перехода ток возрастет до 3500 А. После перехода скорость тепловоза будет продолжать
205
увеличиваться, а нагрузка — уменьшаться. Когда нагрузка станет меньше 2500 А, мощность дизеля уже не будет использоваться полностью, наступит ограничение по возбуждению.
При вступлении поезда на подъем скорость тепловоза будет падать, а ток генератора — возрастать. Когда скорость снизится до 43 км/ч, произойдет обратный переход со второй ступени ослабления возбуждения на первую.
При переключении электродвигателей, с одной схемы соединения на другую напряжение генератора убывает, а ток возрастает во столько раз, во сколько увеличивается число параллельных цепей электродвигателей. Следовательно, в результате переключения электродвигателей без изменения режима движения тепловоза с поездом режим работы тягового генератора изменяется таким образом, что появляется возможность вновь увеличивать его напряжение при дальнейшем разгоне, т. е. гиперболический участок внешней характеристики генератора используется дважды.
Переключение электродвигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение, а также шунтирование обмоток возбуждения применяют на тепловозах ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1. На остальных тепловозах переключение электродвигателей не применяют, так как оно усложняет электрическую схему и снижает надежность работы электропередачи, а используют постоянное соединение электродвигателей и две ступени ослабления возбуждения электродвигателей. Включение и отключение ослабления возбуждения электродвигателей, а также изменение схемы соединения производятся автоматически при помощи реле перехода.
Глава 10 СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ МАНЕВРОВЫХ ТЕПЛОВОЗОВ
10.1.	ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
По условиям эксплуатации локомотив работает в широком диапазоне изменений мощности и скорости движения. Управляют тепловозом дистанционно с одного пульта контроллером, кнопками и выключателями. Наряду с низковольтными эти аппараты включены в электрическую схему системы управления, назначение которой — на тепловозах с электропередачей — управление дизелем, тяговым и вспомогательным электрическим оборудованием тепловоза.
Силовая электрическая схема включает в себя тяговое электрическое оборудование, предназначенное для непосредственной передачи вращающего момента от вала дизеля к осям колесных пар, а также элементы высоковольтной коммутационной аппаратуры, обеспечивающей последовательность включения тяговых электрических машин. Для полного использования мощности дизеля тяговый генератор оборудован автоматической системой регулирования напряжения, которая наряду с электрическими машинами и контактной аппаратурой может содержать различные блоки автоматики.
Силовая схема, схема системы управления, схема автоматической системы регулирования напряжения тягового генератора и схема привода вспомогательного оборудования тепловоза в совокупности составляют электрическую схему тепловоза с электропередачей.
Электрооборудование тепловозов и дизель-поездов с гидропередачей предназначено для пуска и управления дизелем, передачей и вспомогательным оборудованием, а также сигнализации и защиты при аварийных режимах работы. Основная часть электрических машин и аппаратов тепловозов с гидропередачей и электропередачей идентичны. Исключение составляют электростартер, предназначенный для пуска дизеля на тепловозах с гидропередачей, датчики частоты вращения, в качестве которых используются тахогенераторы переменного тока с ротором --постоянным магнитом и отдельные аппараты.
Ниже приведены принципиальные электрические схемы распространенных маневровых тепловозов ТЭМ2 и ТГМ4, а также магистрального тепловоза 4ТЭ10С, созданного на базе тепловоза
207
серии ТЭ10 и предназначенного для работы в северных условиях, и тепловоза 2ТЭ116. Наряду с тепловозами ТЭМ2 и ТГМ4 на дорогах эксплуатируется перспективный восьмиосный маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ7, разработанный ПО «Людиновский завод». Все оси этого тепловоза моторные. Для улучшения тяговых свойств он оборудован догружателем. Автоматическая система регулирования напряжения генератора аналогична примененной на тепловозе 2ТЭ116. В качестве источников информации для описания электрических схем этих тепловозов использовались руководства по эксплуатации и обслуживанию, разработанные ПО «Брянский машиностроительный завод», «Людиновский завод» и «Ворошилов-градтепловоз».
На принципиальных электрических схемах тепловозов изображают все электрические машины, аппараты, приборы, зажимы, провода электрических соединений и др. в соответствии с общепринятыми по ЕСКД (ГОСТ 2.702 — 75). При этом полагают, что дизель не работает. Положения контактов реле и контакторов показаны в обесточенном состоянии. Выключатели изображают в выключенном положении, за исключением тех, для которых нормальным является включенное положение (выключатели реле заземления и управления переходами, замыкающие контакты конечных выключателей блокировок дверей аппаратных камер, валоповоротного устройства и др.). Переключатели электродвигателей показаны в таком положении, когда все двигатели работают. Все переключатели автоматического и ручного управления системами тепловоза изображены в положении автоматического управления.
При работе тепловозов по системе многих единиц их цепи управления соединяют между собой при помощи розеток межтепловозных соединений и многожильных кабелей. Это дает возможность управления двумя и более секциями тепловоза с одного пульта управления. На принципиальной электрической схеме при работе тепловоза по системе многих единиц силовые и блокировочные контакты реверсора изображают на ведущей секции в положении «Вперед», на ведомой — в положении «Назад».
10.2.	ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ТЕПЛОВОЗА ТЭМ2
Тяговые электродвигатели 1—6 тепловоза ТЭМ2 (рис. 10.1 см. вкладку), соединенные в две параллельные группы, получают питание от тягового генератора постоянного тока Г через главные контакты поездных контакторов П1 и П2. Схема тепловоза предусматривает две ступени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. Обеспечивается это подключением параллельно их обмоткам возбуждения С1 — С2 через контакты контакторов ослабления возбуждения ZZ//— Ш4 резисторов СШ1 и СШ4. Коэффициент
208
ослабления возбуждения электродвигателей 1- и 2-й ступеней равен соответственно 48 и 25 %.
Тяговый генератор получает возбуждение от возбудителя В, имеющего смешанное возбуждение: независимое от вспомогательного генератора ВГ и параллельное от якоря В. Дифференциальная обмотка возбуждения 01—02 включена последовательно в цепь обмотки якоря генератора Г. При пуске дизеля Г работает в режиме электродвигателя с последовательным возбуждением; при этом пусковая обмотка ПГ1 — ПГ2 получает питание от аккумуляторной батареи БА. Подключение генератора Г к батарее осуществляется контактами пусковых контакторов Д/ и Д2.
На тепловозе ТЭМ2 применен диодный блок заряда батареи ДЗБ, который позволяет подзаряжать БА от генератора ВГ во время работы дизеля и предотвращает ее разряд через ВГ. На тепловозах ТЭМ2 более раннего выпуска эту функцию выполняет реле обратного тока и контактор заряда батареи.
Основные электрические аппараты тепловоза (реверсор, контакторы, реле и т. д) установлены в аппаратной камере. Все автоматические выключатели - предохранители, тумблеры, кнопки, контрольно-измерительные приборы и сигнальные лампы размещены на пультах управления. На тепловозе ТЭМ2 на пульте управления установлена и панель плавких предохранителей Пр! и Пр5. Некоторые электрические аппараты (электропневматические вентили, термореле, реле давления масла и др.) установлены в машинном отделении, шахте охлаждающего устройства, непосредственно на дизеле.
Провода цепей управления и освещения собраны на рейках в аппаратной камере и на пультах управления. В камере установлены сборные рейки /—3 и 7—8, зажимы которых на схемах изображены кружками черными, а в пультах зажимы реек 4 -6 показаны светлыми. Зажимы реек в виде наполовину зачерненного кружка расположены в коробках, установленных в кабине машиниста или машинном отделении тепловоза. Зажимы всех реек обозначены дробью, числитель которой указывает номер рейки, а знаменатель - номер зажима.
Пуск дизеля. Перед пуском дизеля штурвал контроллера КМ устанавливают на нулевую позицию, а реверсивную рукоятку (реверсор) — в положение «Вперед» или «Назад». Затем необходимо включить рубильник аккумуляторной батареи РБ, автоматические выключатели АВ1 «Топливный насос», АВ2 «Масляный насос», АВЗ «Управление общее» на пульте управления. При включении РБ напряжение от плюса БА по кабелю 71, через РБ, по проводу 72, предохранителю, проводу 73, шунту амперметра ША1, проводу 74, резистору заряда батареи СЗБ, проводам 3X119 подается на общие плюсовые зажимы 5/1, 5/2 и 5/3 и далее по проводам 121, 159, 518 к контактам автоматов АВ1, АВ2 и АВЗ.
209
От выключателя АВЗ получает питание катушка реле РУ 12, которое подготавливает цепь пуска дизеля: зажим 5/3, АВЗ, провод 642, зажим 4/6, провод 139, контакт контроллера КМ, замкнутый на нулевой позиции, провод 1021, контакт реверсора, замкнутый в положении «Вперед» илн «Назад», провод 804, зажим 6/5, провода 246, 244, замкнутые контакты выключателя В27 «Пуск — остановка дизеля», провод 705, зажим 6/2, провод 894, замкнутый контакт кнопки 2КО «Стоп дизеля» на переносном пульте управления со стороны помощника машиниста, провод 895, замкнутый контакт кнопки 1КО «Стоп дизеля» на переносном пульте со стороны машиниста, провод 897, зажим 8/9, замкнутый контакт переключателя числа тепловозов ПЧТ, провод 692, катушка РУ 12, минусовый зажим 3/15. Общие минусовые зажимы 3/12—3/16 соединены с « — » БА проводом 462.
После включения реле РУ 12 оно становится на самопитание по цепи: зажим 6/5. провода 805, 734, замыкающий контакт РУ12, провод 733, зажим 6/2, провод 894 и далее по цепи питания катушки РУ12.
Следовательно, первоначальное питание катушка РУ12 может получить только при выключенном тумблере В27.
Дизель пускают включением тумблера В27, в результате чего собирается цепь питания катушки контактора электродвигателя привода топливного насоса КТН: зажим 6/5, провода 246, 244, В27, провод 561, замыкающий контакт РУ12, провода 575 , 577, 583, катушка КТН, зажим 3/15. Контактор КТН включается и своими главными контактами собирает цепь питания электродвигателя топливоподкачивающего насоса TH: зажим 5/3, АВ1, провод 135, замыкающий контакт КТН, провод 154, обмотка возбуждения и якоря TH, провод 562, зажим 3/14.
Одновременно с этим получает питание катушка реле времени РВ2: зажим 6/5, провода 246, 244, 630, 84, контакты тумблера В28 «Топливный насос», провод 287, вспомогательный замыкающий контакт КТН, провода 150, 885, 453, размыкающий контакт реле РУ4, провода 417, 248, размыкающий контакт 1114, провода 242, 214, катушка РВ2, провод 217, минусовый зажим 3/14.
Своим замыкающим контактом РВ2 без выдержки времени собирает цепь питания катушки реле времени РВЗ: зажим 6/5, по цепи РВ2 до провода 150, размыкающий контакт РУ17, провод 883, замыкающий контакт без выдержки времени РВ2, провод 884, размыкающий контакт контактора маслопрокачивающего насоса КМН, провод 451, размыкающий контакт РУ4, провод 882, часть резистора реле времени СРВЗ, провод 449, катушка РВЗ, зажим 3/15. Включившись, реле РВЗ без выдержки времени подает напряжение на катушку КМН от зажима 6/5, по цепи РВ2 до провода 417, через замыкающий контакт без выдержки времени РВЗ и проводу 296.
210
При включении контактора КМН замыкается его главный контакт, собирая пень питания электродвигателя маслопрокачиваю-шего насоса МН: зажим 5/3, провода 121, 159, автомат АВ2, провод 456, главный замыкающий контакт КМН, провод 458, обмотки возбуждения и якоря МН, провод 516, зажим 3/14. Одновременно с этим контактор КМН своим вспомогательным размыкающим контактом (884, 451) вводит дополнительно часть резистора СРВЗ в цепь питания катушки РВЗ, во избежание ее перегрева.
Насос МН в течение 30 с производит предварительную прокачку масла дизеля. По истечении этого времени замыкается контакт РВЗ, настроенный на выдержку времени 30 с, и собирает цепь питания РУ5-. зажим 6/5, провода 246, 244, 630, 84, В28, далее до провода 884 по цепи РВЗ, провод 443, замыкающий контакт РВЗ с выдержкой времени 30 с, провод 603, катушка РУ5, минусовый провод 407 катушки РУ18 системы вентиляции кабины машиниста.
Через замыкающий контакт РУ5 собирается цепь питания катушки реле времени РВ5; зажим 6/5, по рассмотренной цепи до провода 150, провод 885, замыкающий контакт РУ5, провод 155, размыкающий контакт контактора Д2, провод 700, резистор реле времени СРВ5, провод 165, катушка РВ5, провод 465, зажим 3/15. Другой замыкающий контакт РУ5 подает напряжение на катушки контакторов Д1 и Д2: зажим 5/3, провода 121, 159, АВ2, провода 456, 454, замыкающий контакт РУ5, провод 425, размыкающий контакт контактора возбуждения генератора КВ, провода 251, 253, катушки Д1 и Д2 и далее к проводу 467 на зажим 3/14.
После включения контакторов Д1 и Д2 собирается силовая цепь пуска дизеля: плюс БА. кабель 71, РБ, кабель 101, главные контакты Д1, кабели 102, 13, обмотки якоря Я1 —Я2, добавочных полюсов D1—D2 и пусковая обмотка ПГ1 — ПГ2 генератора Г, кабель 103, контакты Д2, кабель 138, РБ, кабель 105, минус БА. Генератор, работая в режиме электродвигателя с последовательным возбуждением, раскручивает вал дизеля.
Своим вспомогательным контактом контактор Д1 создает цепь питания катушки электромагнита БМ регулятора частоты вращения вала дизеля: зажим 6/5, провода 246, 244, В27, провод 561, замыкающий контакт РУ 12, провод 575, замыкающий контакт Д1, провод 133, зажим 7/6, провод 145, зажим коробки № 9, провод 128, катушка БМ, провод 272, зажим коробки № 9. Включившись, электромагнит обеспечивает вывод реек топливных насосов для подачи топлива в цилиндры дизеля. Одновременно с этим размыкается контакт контактора Д2 в цепи питания катушки РВ5 (155 и 700) и вводит в цепь ее питания дополнительно часть резистора СРВ5, не допуская перегрева катушки.
В процессе пуска при достижении давления масла в системе дизеля 0,16—0,17 МПа замыкается контакт реле давления масла
211
РДМ и обеспечивает питание катушки РУ4 по цепи: зажим 6/5, по цепи БМ до зажима 7/6, провода 145, 126, замыкающий контакт РДМ, провода 560, 580, катушка РУ.4, провода 249, 407. После включения реле РУ4 оно становится на самопитание: зажим 6/5, провода 246, 244, В27, провод 561, замыкающий контакт РУ12, провода 575, 577, замыкающий контакт РУ4, провод 580. Одновременно с этим размыкающий контакт РУ4 (453, 417) разрывает цепь питания катушек РВ2 и КМН. Электродвигатель МН прекращает работать. Через 5 с после выключения РВ2 его замыкающий контакт (883, 884) размыкается, обесточивая катушки РВЗ и РУ5, что приводит к отключению Д1 и Д2.
Таким образом, через 5 с, после того как завершится пуск дизеля и давление в масляной системе достигнет 0,16—0,17 МПа, размыкаются главные контакты контакторов Д1 и Д2 и отключают генератор от батареи. Задержка отключения Д1 и Д2 на 5 с после замыкания РДМ предусмотрена для повышения устойчивости пуска дизеля.
После отключения Д1 и Д2 вспомогательный замыкающий контакт Д1 размыкается, а электромагнит БМ получает питание по цепи: зажим 6/5, по цепи РУ4 до провода 575, провод 577, замыкающий контакт РУ4, провод 560, замыкающий контакт РДМ, провод 126, зажим № 9, провод 128. В том случае, если в процессе пуска дизеля по какой-либо причине РДМ не включится, то через 10 с после включения Д1 и Д2 замыкающий контакт РВ5 (582, 469) подаст питание на катушку РУ4. Включившись, РУ4 разомкнет свой размыкающий контакт (453 и 417) и обесточит катушку РВ2. В свою очередь, замыкающий контакт РВ2 (883, 884) с выдержкой времени 5 с разомкнется и обесточит РВЗ, замыкающий контакт которого без выдержки времени разорвет цепь питания РУ5. Замыкающий контакт РУ5 разомкнется и отключит Д1 и Д2. Следовательно, время подключения генератора Г к батарее при несостояв-шемся пуске дизеля ограничено 15 с.
Для поворота коленчатого вала дизеля без его пуска предусмотрена кнопка КП «Поворот вала дизеля». В том случае, если реверсор установлен в одно из рабочих положений, а контроллер —• на нулевую позицию, при нажатии КП собирается цепь питания катушек Д1 и Д2: зажим 6/5, провод 246, КП, провод 247, размыкающий контакт, КТН, провод 252, размыкающий контакт КВ, провода 251, 253, катушки Д1 и Д2. Кроме того, в схеме предусмотрена возможность включения TH без пуска дизеля. Для этого необходимо включить тумблер В28, и напряжение от зажима 6/5 по проводам 246, 244, 630, 84 через контакты В28, провод 581 поступает на катушку КТН. Аналогично при включении тумблера В4 «Масляный насос» напряжение от зажима 6/5, по проводам 246, 244, 630 подводится к контактам В4 и далее по проводу 403 — к катушке КМН; происходит прокачка дизеля маслом без его пуска.
212
Таблица 10.1
Дизель останавливают отключением тумблера В27. При этом разрывается цепь питания катушек КТН, РУ4, РУ 17 и БМ. В этом случае, если остановка дизеля была произведена кнопками 2КО (1КО) «Стоп дизеля», обесточивается катушка РУ 12, замыкающий контакт которого (561 и 575) размыкается, что предотвращает самопроизвольный пуск дизеля при включенном В27. Замыкающий контакт РУ12 (734 и 733) исключает возможность включения КТН. а соответственно и пуск дизеля на позиции контроллера выше нулевой.
Для облегчения работы с электрической схемой тепловоза ТЭМ2 в табл. 10.1 приведено включение аппаратов при пуске дизеля и в режиме тяги.
Приведение тепловоза в движение. Для приведения тепловоза в движение необходимо включить тумблер В2 «Управление машинами» на пульте управления, реверсор установить в положение «Вперед» или «Назад», контроллер перевести на 1-ю позицию, а отключатель моторов ОМ переключить в положение I—II, при котором включены все тяговые двигатели (в положение 1 отключаются электродвигатели 4, 5, 6, а в положении II — электродвигатели 1, 2, 3).
При этом один из вентилей Р управления реверсором,например «Вперед», получает питание: зажим 5/3, провод 121, автомат АВЗ, провод 642, зажим 4/6, провод 139, контакт реверсора, замкнутый в положение «Вперед» (положение контактов реверсора на схемах показано при движении тепловоза «Вперед»), провод 171, катушка Р «Вперед», пговода 226, 263, размыкающий контакт
213
поездного контактора 112, провод 723, размыкающий контакт /7/, провод 722, зажим 3/13. После разворота вала реверсора его главные контакты Р в цепях якорей тяговых двигателей замыкаются и подготавливают цепь для движения тепловоза «Вперед».
Одновременно замыкается вспомогательный контакт Р и напряжение от зажима 5/3 по проводу 121 через контакты АВЗ, по проводам 642, 139 через контакт реверсора, замкнутый в положении «Вперед», провод 171, контакты Р, провод 141, зажим 6/14, проводам 899, 997, 162, контакты В2, провод 160 подводится к контактам контроллера, замкнутым на всех позициях, кроме нулевой.
После перевода контроллера на 1-ю позицию собирается цепь катушки контактора ВВ: зажим 5/3, по цепи катушки Р до провода 139, контакт КМ, провода 177, 601, замыкающий контакт блокировки дверей аппаратной камеры БК, провода 176, 181, размыкающий контакт РУ2, провода 172, 178, размыкающий контакт реле боксования РБ1, провод 146, размыкающий контакт РБ2, провод 179, катушка ВВ, провод 185, размыкающий контакт реле заземления РЗ, провод 180, зажим 3/12. При включении ВВ возбудитель получает сначала независимое возбуждение от генератора ВГ: зажим Я1 генератора ВГ, провод 114, предохранител1> на 80 А, провод 109, блок ДЗБ, провода 107, 75, контакты ВВ, часть резистора цепи возбуждения возбудителя СВВ, провода 86, 90, обмотка возбуждения возбудителя ШВ1 — ШВ2, зажим Я2, генератора Г. После возникновения э. д. с. возбудитель В переходит на самовозбуждение: напряжение от плюсового зажима Я1 возбудителя В по проводу 91, части резистора СВВ, проводам 86, 90 поступает на обмотку возбуждения ШВ1 — ШВ2. Одновременно с контактором ВВ получает питание катушка реле времени РВ4: зажим 5/3, по цепи ВВ до размыкающего контакта РУ2, провод 168. Реле РВ4 срабатывает и собирает цепи питания катушек контакторов П1 и 112: зажим 5/3, провод 121, автомат АВЗ, провода 642, 139, контакт реверсора, провод 171. контакт Р, провод 197, замыкающий контакт РВ4 без выдержки времени, провод 193, ОМ, провода 194, 195, 196, катушки П1 и /72, провод 257, зажим 3/13.
После включения контакторов П1 и 112 собирается цепь катушки контактора КВ: зажим 5/3, по цепи ВВ до размыкающего контакта РУ2, провода 189, 563, замыкающий контакт П1, провод 182, замыкающий контакт /72, провод 183, размыкающий контакт Д1, провод 184, размыкающий контакт Д2, провод 186, размыкающий контакт РУ 14, провод 687, предохранитель Пр5, провод 685, размыкающий контакт температурного реле РТЗ, провод 612, катушка КВ, провод 185, размыкающий контакт РЗ, провод 180, зажим 3/12.
При включении контактора КВ его замыкающий контакт 181, 189) шунтирует размыкающий контакт РУ2 и контактор встает на самопитание, так как, начиная со 2-й позиции контроллера, катушка реле РУ2 получает питание и его контакты (181 и 189) размыкаются. 214
Одновременно с этим замыкаются главные контакты КВ в цепи обмотки независимого возбуждения Н1—Н2 генератора Г. Напряжение питания на обмотку Н1—Н2 поступает от зажима Я1 возбудителя по проводу 91, через контакты КВ, проводу 95. Параллельно контактам КВ подключен разрядный резистор СВГ, служащий для гашения э. д. с. самоиндукции, возникающей при размыкании контактов КВ.
Получив возбуждение, генератор Г создает напряжение питания в цепях тяговых электродвигателей.
Следовательно, тяговый генератор получает возбуждение только при собранной силовой цепи. При переходе на нулевую позицию первоначально теряют питание катушки контактора ВВ, КВ и реле РВ4. Затем с выдержкой времени 1,5 2 с размыкается замыкающий контакт РВ4 (197, 193) и разрывает цепь контакторов П1 и /72. Таким образом, разборка силовой схемы происходит после снятия возбуждения с генератора Г, что уменьшает подгар главных контактов П1 и 112.
От зажима Я1 генератора Г напряжение подается к двум параллельным группам тяговых электродвигателей. К первой группе двигателей напряжение подается по кабелю 14, через главные контакты П1, кабелю 15 к обмоткам якоря Я1 — Я2 и добавочных полюсов электродвигателя 1, кабелю 16 к обмоткам двигателя 2, кабелю 17 к обмоткам двигателя 3, кабелю 18, через контакты реверсора Р, кабелю 19 к обмотке возбуждения главных полюсов С1 — С2 электродвигателя /, по кабелям 20, 21 к обмоткам возбуждения электродвигателей 2 и 3. Обмотка возбуждения двигателя 3 через кабель 22, контакты Р, токовую катушку реле перегрузки РТ, кабель 10, шунт амперметра LLIA2, кабель 2X11, дифференциальную обмотку 01—02 возбудителя В, кабелю 2\12, обмотку добавочных полюсов D1 — D2 соединяется с зажимом Я2 генератора Г. Ко второй параллельной ветви тяговых электродвигателей напряжение питания подается от зажима Я1 генератора Г по аналогичной цепи.
Если реверсор установлен в положение «Назад», напряжение от зажима 5/3 по проводу 121, через контакты АВЗ, по проводам 642, 139, контакту реверсора, замкнутому в положение «Назад», проводу 164 поступает на катушку РУ 10. После включения РУ 10 замыкается его контакт (164, 610) и собирается цепь питания электропневматического вентиля «Назад» привода реверсора: зажим 3/5, по рассматриваемой цепи до провода 164, замыкающий контакт РУ10, провод 610, катушка вентиля реверсора «Назад», провод 263, размыкающий контакт /72, провод 723, размыкающий контакт П1, провод 722, зажим 3/13. Контакты реверсора переключаются, подготавливая цепь для движения тепловоза назад. Вспомогательный контакт реверсора соединяет провод 610 с проводом 141, от которого, как и в случае движения тепловоза вперед, на
215
пряжение подводится к контактам контроллера, замкнутым с 1-й по 8-ю позицию.
При развороте вала реверсора в положение «Назад» его главные контакты переключаются и соединяют кабель 18 с кабелем 22, а кабель 19 с кабелем 23. В результате этого изменяется направление вращения якорей тяговых электродвигателей.
Для того чтобы трогание тепловоза осуществлялось только на 1-й позиции контроллера, в схему цепей управления включено реле РУ2. Начиная со 2-й позиции, его катушка получает питание: зажим 5/3, провод 121, АВЗ, провод 642, зажим 4/6, провод 139, контакт КМ, замкнутый со 2-й по 8-ю позицию, провод 225, катушка РУ2, зажим 3/14. При включении РУ2 его размыкающий контакт (181, 172) разрывает цепь питания катушек контакторов КВ, ВВ, П1 и /72. Таким образом, если при работе дизеля на позиции контроллера выше 1-й включить тумблер В2 «Управление машинами», силовая схема не соберется, а тяговый генератор не получит возбуждения. В том случае, если включение контакторов ВВ, КВ, 111 и П2 происходит на 1-й позиции, то на всех последующих позициях размыкающий контакт РУ2 шунтируется замыкающим контактом КВ.
При неисправности одного из двигателей задней тележки переключатель ОМ необходимо установить в положение «/». При этом катушка П2 обесточивается, так как контактом переключателя ОМ размыкаются провода 193 и 195, а катушка 111 получает питание по проводу 193, через контакты ОМ, по проводу 514 и далее по рассмотренной цепи. Одновременно с этим второй контакт ОМ, замкнутый в положении «/», соединяет провод 182 с проводом 192, т. е. шунтирует замыкающий контакт 112, обеспечивая питание катушки КВ. Соответственно при установке переключателя ОМ в положение // размыкается цепь питания катушки П1. Замыкающий контакт 111 в цепи катушки КВ шунтируется одним замкнутым в этом положении контактом ОМ, а вторым его контактом собирается цепь питания катушки /72. Кроме того, в положениях «/» и «И» переключателем ОМ в цепь питания обмотки параллельного возбуждения В вводится дополнительно часть резистора СВВ для уменьшения возбуждения В и Г. Это исключает перегрузку тяговых электродвигателей, если одна из параллельных групп двигателей отключена.
В положении «О» обе параллельные группы тяговых электродвигателей отключены. При проведении реостатных испытаний тепловоза необходимо отключить электродвигатели от генератора, который нагружается на водяной реостат. Для этого переключатель ОМ устанавливают в положение «Реостат». Тогда разбираются цепи катушек П1 и /72 (провод 193 отсоединяется от проводов 514 и 195), а замыкающие контакты этих контакторов в цепи катушки КВ шунтируются замкнутым в этом положении контактом
216
ОМ. Второй контакт ОМ, замкнутый в положении «Реостат», шунтирует часть резистора СВВ, создавая возможность нагружения генератора на полную мощность дизеля тепловоза.
Управление частотой вращения коленчатого вала дизеля. Машинист, переводя рукоятку (или штурвал) контроллера с одной позиции на другую, замыкает его соответствующие контакты, подавая напряжение на катушки вентилей ВТ 1 - ВТ4 регулятора дизеля. Включение вентилей ВТ 1—ВТ4 в определенных комбинациях приводит к изменению затяжки всережимной пружины регулятора, т. е. к изменению частоты вращения коленчатого вала дизеля.
На 1-й и 2-й позициях контроллера частота вращения вала остается такой же, как и на нулевой. При переводе КМ на 3-ю позицию собирается цепь катушки вентиля ВТ1: зажим 5/3, провод 121, АВЗ. провода 642. 139, контакт КМ, замкнутый на 3, 4, 6, 8-й позициях, провод 229, катушка ВТ 1, провод 269. зажим № 9. Вентиль ВТ1 включается, и частота вращения вала достигает 330 об/мин. На 4-й позиции дополнительно включается вентиль ВТ2 и частота вращения вала дизеля возрастает до 440 об/мин.
На 5-й позиции КМ отключается вентиль ВТ 1, а дополнительно к ВТ2 подключается вентиль ВТЗ. Частота вращения вала дизеля достигает 480 об/мин. На 6-й позиции выключаются вентили ВТ2 и ВТЗ, а включаются ВТI и ВТ4. Частота вращения вала увеличивается до 570 об/мин.
На 7-й позиции вентиль ВТ1 выключается, а ВТЗ включается. При этом частота вращения вала составляет 650 об/мин. При переводе штурвала КМ иа 8-ю позицию включаются вентили ВТ 1, ВТ2, ВТЗ и ВТ4. Частота вращения вала дизеля достигает номинального значения 750 об/мин.
Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей. Переход на 1-ю и 2-ю ступени ослабления возбуждения и обратно происходит при помощи реле переходов РП1 и РП2 (рис. 10.2). Токовые катушки реле включены параллельно обмотке добавочных полюсов ДП генератора Г и дифференциальной обмотке (01 — 02) В. Катушки напряжения включены на напряжение /’. Токовая катушка РП1 получает питание: шунт IU2, провод 39, катушка РП1, провод 42, размыкающий контакт РВ2, провод 41, шунт 1ПА5, провод 672, резистор СРПТ, провод 40, зажим Я2 генератора /'. Токовая катушка РП2 соединена с Я2 проводом 677 через 1ПА6, провод 45 и часть резистора СРПТ.
От зажима Я1 генератора получают питание катушки напряжения РП1 и РП2. На катушку напряжения РП1 питание поступает по кабелю 14, проводу 24 через размыкающий контакт контактора-ослабления возбуждения первой группы электродвигателей Ш1, проводу 36, резистору цепи катушек напряжения реле СРПШ, проводу 37
217
шг
Рис. 10.2. Схема включения реле переходов
и далее по проводам 43, 39, кабелю 2XJ1 через обмотку 01—02, кабелю 2~К12 через обмотку ДП на зажим Я2. На катушку напряжения РП2 питание поступает от Я1, по кабелю 14, проводу 25 через размыкающий контакт РВ1, по проводу 27, размыкающий контакт контактора ослабления возбуждения Ш2, проводу 29, резистору СРПШ, проводу 32 и далее по цепи Pill. Для работы системы ослабления возбуждения электродвигателей необходимо включить тумблер ВЗ «Управление переходами» (см. рис. 10.1). При этом с 1-й позиции КМ получает питание катушка РВ1 по цепи: контакт КМ, провода 177, 204, выключатель ВЗ, провод 205, размыкающий контакт контактора ослабления возбуждения ШЗ, провод 216. В результате размыкающий контакт РВ1 отключает катушку напряжения РП2 (см. рис. 10.2), исключая возможность его срабатывания.
Когда скорость движения тепловоза достигнет определенного значения (на 8-й позиции - 20 км/ч), РП1 сработает и замкнет контакты в цепи катушек контакторов 1-й ступени ослабления юлучат питание (см. рис. 10.1)
по цепи: контакт КМ, провода 177, 204, ВЗ, провода 205, 215, 213, замыкающий контакт РП1, провода 211, 212, катушки ПИ и ШЗ и по проводам 256, 255, 254, 467 на зажим 3/14.
Контакты Ш1 и ШЗ параллельно обмоткам возбуждения С1 — С2 электродвигателей включают резисторы СПИ и СП13. По обмоткам возбуждения двигателей теперь протекает только 48 % тока якорей. Напряжение на зажимах генератора понизится таким образом, что мощность, передаваемая им на тягу, останется примерно постоянной.
Кроме того, на 6- 8-й позициях КМ вместе с ВТ4 по проводу 241 получает питание РУ1, размыкающие контакты которого шунтируют часть резистора СРП1П (см. рис. 10.2) цепи катушки
ия ПИ и ШЗ. Они
218
напряжения РП1. Поэтому на 6—8-й позициях, при включении контактора ПН его размыкающий контакт вводит дополнительную часть резистора СРПШ в цепь катушки напряжения РП1. Протекающий по катушке РП1 ток уменьшается, и реле подготавливается к отключению лучае увеличения тока генератора, т. е. снижения скорости движе, я тепловоза.
Размыкающий контакт ШЗ разрывает цепь питания РВ1 (см. рис. 10.1), в результате чего с выдержкой времени 5 с замкнется его размыкающий контакт РВ1 в цепи катушки напряжения РП2 (см. рис. 10.2), подготавливая включение РП2. При движении тепловоза на 1—5-й позициях (когда РУ1 отключено) питание РП2 осуществляется через размыкающий контакт РВ1 и полное сопротивление резистора СРПШ.
При скорости 32 км/ч срабатывает РП2, а его замыкающий контакт собирает цепь катушек контакторов 2-й ступени ослабления возбуждения Ш2 и 1114 (см. рис. 10.1): контакт КМ, провод 177, по цепи 1111, ШЗ до провода 213, провод 210, замыкающий контакт РП2, провода 206, 209. Главные контакты Ш2 и Ш4, замыкаясь, подключают к обмоткам возбуждения шунтирующие резисторы СШ2 и СШ4. Вследствие этого по обмоткам возбуждения будет протекать только 25 % тока якорей двигателей.
После включения Ш2 его размыкающий контакт вводит дополнительную часть резистора СРПШ в цепь РП2 (см. рис. 10.2), подготавливая его к отключению. Одновременно с этим замыкающий контакт Ш4 соберет цепь питания РВ2 (см. рис. 10.1). Размыкающий контакт Р2 разорвет цепь токовой катушки РП1 (см. рис. 10.2). Таким образом РП1 не сможет отключиться, пока не отключится РП2 и разорвет цепь катушки контактора Ш4.
При снижении скорости тепловоза до 23 км/ч произойдет обратный переход со 2-й ступени ослабления возбуждения на 1-ю. Контакторы 1112 и Ш4 отключатся. Размыкающий контакт Ш2 вновь зашунтирует часть резистора СРПШ, подготавливая РП2 к включению, а замыкающий контакт Ш4 разорвет цепь катушки РВ2. Через 5 с после этого замкнется размыкающий контакт РВ2 в цепи токовой катушки реле РП1, подготавливая его отключение, которое происходит при снижении скорости до 14 км/ч. Отключившись, РП1 обесточит катушки контакторов Ш1 и ШЗ, в результате чего тяговые электродвигатели переходят на работу при полном возбуждении.
Заряд аккумуляторной батареи. После пуска дизеля и отключения пусковых контакторов размыкающий контакт Д2 собирает цепь катушки РКП (см. рис. 10.1): зажим 6/5, провода 246, 244, выключатель В27, провод 561, замыкающий контакт РК12, провода 575, 577, замыкающий контакт РУ 4, провод 560, замыкающий контакт РДМ, провод 126, зажим 9, провода 145, 133, 111, размыкающий контакт Д2, провод 112, катушка РУ17,
219
зажим 3/15. При включении РУ17 напряжение от плюса батареи по кабелю 72, через предохранитель на 80А, кабелю 73, шунту ША1, кабелю 74, резистору заряда батареи СЗБ, проводам 119, 122, автомат АВЗ, проводу 854, замыкающему контактору РУ17, проводу 104 поступает в бесконтактный регулятор напряжения БРН, по проводу 116 на обмотку ШГ1 — ШГ2 генератора ВГ и далее по проводам 118, 462 и кабелю 138 на минус батареи.
Напряжение на зажимах ВГ практически мгновенно достигает 75В±3 % и в дальнейшем поддерживается на таком уровне регулятором БРН. Когда напряжение генератора ВГ превысит напряжение БА, она начинает заряжаться: зажим Я1 генератора ВГ, кабель 114, предохранитель, провода 109, 108, блок Д.ЗБ, провода 110, 107, резистор СЗБ, кабель 74, шунт ША1, кабель 73, предохранитель на 80А, кабель 72, РБ, кабель 71 «4-» БА, далее «—» БА, кабель 105, РБ, кабель 115, зажим Я2 генератора ВГ; ток заряда БА контролируется амперметром А1, установленным на пульте управления.
Общие плюсовые провода цепей управления постоянно соединены с проводом 107, т. е. с зажимом Я1 генератора ВГ. Поэтому по окончании пуска все цепи управления и освещения питаются от генератора ВГ, который в дальнейшем питает и собственную обмотку возбуждения, т. е. переходит на самовозбуждение. В случае когда напряжение генератора ВГ становится меньше напряжения БА, диоды ДЗБ закрываются и предотвращают разряд батареи через обмотку якоря ВГ.
Возбуждение генератора ВГ предусмотрено только после окончания пуска дизеля, для чего в цепь питания РУ 17 введен размыкающий контакт контактора Д2.
Это исключает при пуске дизеля питание генератора Г от вспомогательного ВГ, что приводило бы к перегрузке ВГ и перегоранию предохранителя на 80 А.
Замыкающий контакт РУ 17 (136, 805) шунтирует контакты КМ, замкнутые только на нулевой позиции. Этим обеспечивается питание электромагнита БМ на всех рабочих позициях КМ. Размыкающий контакт РУ 17 (150, 883) позволяет производить пуск дизеля только при выключенном РУ17.
Система защиты от боксования. Система защиты от боксования основана на сравнении падений напряжений на обмотках якорей боксующего и небоксующего тяговых двигателей. Для этого катушки реле боксования РБ1 и РБ2 (см. рис. 10.1) включены в диагонали электрических мостов, образованных, с одной стороны, якорными обмотками тяговых электродвигателей, а с другой — резисторами СРБ1 и СРБ2.
При боксовании одной из колесных пар через катушку РБ1 или РБ2 начнет протекать ток. Включившись, реле РБ1 своим размыкающим контактом (178, 146) разорвет цепь контактора ВВ, 220
а замыкающим контактом (178, 147) соберет цепь включения звукового сигнала СБ, оповещающего машиниста о боксовании.
При выключении ВВ цепь возбуждения возбудителя, а соответственно и генератора обесточивается. Сила тяги локомотива уменьшается. Когда она понизится до величины, при которой восстанавливается сцепление колеса с рельсом, боксование прекращается, РБ1 отключается, его размыкающий контакт собирает цепь катушки ВВ, а замыкающий контакт разрывает цепь звукового сигнала.
Система защиты электрооборудования при пробое на корпус. Для защиты электрооборудования при пробое изоляции на корпус служит реле заземления РЗ (см. рис. 10.1), катушка которого проводом 70 соединена с корпусом тепловоза. Другой вывод катушки реле проводом 69 через резистор реле заземления СРЗ, провод 68, контакты выключателя реле заземления ВРЗ подключен к шунту амперметра LUA, т. о. соединен с минусовым зажимом тягового генератора.
При пробое на корпус в «плюсе» силовой цепи со стороны «земли» катушки реле РЗ появляется плюсовый потенциал и через катушку начинает протекать ток. Реле РЗ срабатывает, и его размыкающий контакт (185, 180) разорвет цепь питания катушек контакторов ВВ и КВ. Выключившись, эти контакторы снимают возбуждение с генератора и силовые цепи обесточиваются, а якорь реле РЗ удерживается защелкой во включенном положении. Отключается реле вручную.
Защита дизеля от снижения давления масла. После пуска дизеля катушка электромагнита БМ питается через контакт реле давления масла РИМ (560, 126) (см. рис. 10.1). Если давление масла в системе станет ниже 0,15 МПа, контакт РДМ разомкнется и обесточит цепь катушки БМ. Дизель остановится.
Система защиты от перегрузок. Для защиты тягового генератора от чрезмерно больших токов предназначено реле перегрузки РТ (см. рис. 10.1). Токовая катушка реле РТ (23, 10) включена в якорную цепь группы тяговых двигателей (см. с. 156). Вибрационная катушка РТ включена в цепь параллельной обмотки возбуждения И1В1 — ШВ2 возбудителя: замыкающий контакт ВВ, провода 76, 79, 134, резистор РТ, замыкающий контакт РТ, катушка РТ, провод 424, замыкающий контакт П2, провод 85, замыкающий контакт П1, провод 90, обмотка ШВ1 — ШВ2, зажим Я2 возбудителя. Если ток генератора Г превышает допустимые значения, то реле РТ уменьшает возбуждение возбудителя.
Автоматические выключатели и плавкие предохранители в электрических цепях защищают их от перегрузок и режимов короткого замыкания.
Система управления охлаждающим устройством тепловоза. Дизель оборудован релейной системой регулирования температур теп-
221
S/1
521
Автоматик. упраВл Холодильником
Жалюзи воды £ возду хоох лада теля
Жалюзи
верхние
Жалюзи
масла
РУ1Я
ев
Жалюзи
воды
Муфта вентиля тори
313
Давление топлива
Давление воздуха контакторов
Давление масла
Температура воды после дизеля
ВТ, ¥7г вв 4 7/ ев по
ВЮ
его
0----------------
Через Лвв к к л 5/1
Температура воды воздухоохла ди те л я
Температура масла до холодильника
РТ-6 , вО°С	Перегрев масла
™	<> М_________
~503	ВП5
566 [____
]7/г .мгДЕ. ---г? £1 юо ье- по
—0
5/12
-fella
N7
N7
-	713
173 дг
ш ----1 561
^.eni 5 _______ns
PT-1 , 67°с РУП .702 s’ 6П Г k PT-l . 7B°C L \w Jz-___________500
635 PT~8 js55°C on InsPT-Z yew „tP-\nopr-5 >7^ 5,e

ВП2
/Г/
7/5
РУ 19	R,
616	™
Nil
—0
ггг п г/Ги
01 RV ^0.MS ДЕ.
впя
юг —0
3/15
Вентилятор холодильника
МЛ
Указатели х-х 5>1 ^55//(^=Ч^ -г |	\^ОЗД552	.	_
сипе
>510 "	79б\ф^)..2.^-4-1_
506 С 797
X.U?	„и СИП9
_	“с /fffg __
Cm ,	СИП 10
-Г^П	oz/ч^/ ।	.
СИП6 3
760 Датчики сит
}1/6
Рис. 10.3. Схема управления охлаждающим устройством
ягч -------0
К РУ1Ч
ЛЛСН
доносителей. Ее измерительно-преобразуютими устройствами являются термореле PT 1 — РТ8, установленные в соответствующие трубопроводы системы охлаждения дизеля.
Для включения системы регулирования необходимо включить тумблер В5 «Автоматическое управление холодильником». При работающем дизеле напряжение ВГ подводится (рис. 10.3) по проводу 521, через предохранитель Пр4, проводу 206 к контактам В5 и далее по проводам 522, 573, 572, 460 и 450 к контактам тумблеров В6 — ВЮ. После включения В5 подготавливается цепь питания кату-
222
шек вентилей ВП1 —ВП5 привода жалюзи, вентилятора охлаждающего устройства тепловоза и реле РУП и РУ 19.
Когда температура воды дизеля достигает 76 °C, срабатывает реле РТ-1 и через его замыкающий контакт получает питание катушка РУ19: В5, провода 837, 1003, 836, замыкающий контакт РТ-1, провод 509. Замыкающие контакты РУ19 собирают цепь катушек ВП1 и ВПЗ: В5, провод 837, замыкающий контакт РУ 19, провода 410, 479, катушка ВПЗ и провод 837, замыкающий контакт РУ 19, провода 270, 475, катушка ВП1.
Вентили ВПЗ и ВП1 управляют верхними жалюзи охлаждающего устройства и жалюзи контура воды дизеля. При срабатывании вентилей жалюзи открываются. Если температура воды достигнет 84 °C, включается РТ-2 и получает питание ВП4: провод 445, замыкающий контакт РТ-2, провода 498, 713, контакты В5, провод 473, размыкающий контакт Д2, провод 221, замыкающий контакт РУ4, провод 222, катушка ВП4, а по проводу 477 напряжение поступает на сигнальную лампу Л1 «Вентилятор холодильника». При включении ВП4 вентилятор начинает набирать обороты.
При снижении температуры воды сначала размыкаются контакты РТ-2, выключая вентилятор, а затем — контакторы РТ-1, что приводит к закрытию жалюзи. Контакт реле РТЗ включен в цепь питания катушки контактора КВ (см. рис. 10.1). При достижении водой дизеля температуры 88 °C реле ТРЗ срабатывает и отключает возбуждение генератора.
Температура масла регулируется термореле РТ-4 — РТ-6 (см. рис. 10.3). Увеличение температуры масла до 67 °C вызывает замыкание контакта реле РТ-4, который собирает цепь питания катушки реле РУП: В5, провода 837, 1003, зажим коробки № 7, провод 702, замыкающий контакт РТ-4, провод 647. Через замыкающие контакты РУП подается питание на вентили ВПЗ и ВП2. При включении ВП2 и ВПЗ открываются верхние и боковые жалюзи масляного контура системы охлаждения дизеля. Увеличение температуры масла до 76 °C приводит к срабатыванию РТ-5 и обеспечению питания ВП4 и лампы Л1. При снижении температуры масла сначала выключается термореле РТ-5, т. е. прекращает работать вентилятор, а затем — термореле РТ-4, при этом закрываются жалюзи контура охлаждения масла. Если температура масла повысится до 80 °C, сработает термореле РТ-6 и создаст цепь питания сигнальной лампы Л2 «Перегрев масла».
Регулирование температуры воды контура охлаждения наддувочного воздуха осуществляется посредством РТ-7 — РТ-8. При достижении температурой воды контура охлаждения наддувочного воздуха 25 °C срабатывает реле РТ-7, замыкающий контакт которого собирает цепь катушки вентиля ВП5. Включение ВП5 вызывает открытие жалюзи контура охлаждения наддувочного воздуха. Если температура воды этого контура достигнет 55 °C, замыкается
223
контакт РТ-8, включается вентиль ВП4 и загорается сигнальная лампа ЛГ
В случае неисправности термореле управлять элементами охлаждающего устройства можно вручную. Для этого в контуры охлаждения теплоносителей дизеля устанавливают датчики температуры, выходные сигналы которых по соответствующим проводам через контакты разъема Р2 поступают на указатели температуры, которые монтируются на пульте машиниста. Питание цепей датчиков и указателей осуществляется от ВГ через резисторы СИП! — СИП12 и тумблер В20 «Питание приборов». Для перехода на ручное управление элементами охлаждающего устройства тумблер В5 необходимо отключить. Замыканием каждого из тумблеров В6 —  В10 напряжение подается непосредственно на катушки вентилей, управляющих работой жалюзи и вентилятора.
Параллельно датчикам температуры и указателям температуры на то же напряжение питания включены датчики давления и соответствующие указатели, установленные на пульте машиниста. По показаниям этих приборов машинист контролирует работу силовой установки тепловоза и давление воздуха в системах питания контакторов.
Управление тепловозом со вспомогательного пульта. Для управления тепловозом ТЭМ2 «в одно лицо» он оборудован контроллером типа KBI1-0854 и специальными дистанционными вспомогательными пультами, расположенными в правой и левой стороне кабины. Включением соответствующих тумблеров и кнопок, установленных на пультах, можно производить изменение мощности дизеля, реверсирование тепловоза, его торможение вспомогательным тормозом, подачу песка под колесные пары, подачу звукового сигнала малой громкости и остановку дизеля.
Перевод реверсивного барабана контроллера осуществляется переключением тумблеров HIP (211Р) в положение «Вперед» (рис. 10.4). При этом получает питание катушка электропневматического вентиля управления реверсором ВДВ, управляющего переключением реверсора в положение «Вперед»: зажим 5/3, провод 121, автомат АВЗ, провода 642, 139, контакт КМ, провод 1021, контакт реверсора, провода 804, 652 (653), 111Р (21IP), провода 625 (628), 757, катушка ВДВ, провода 759, 631, зажим 3/12. При установке ///р (2Пр) в положение «Назад» собирается цепь питания катушки вентиля ВДН: зажим 5/3 по цепи ВДВ до провода 652 (653), 1I1P (2ПР), провода 627 (629), 758, катушка ВДН.
Для набора позиций на вспомогательных пультах установлены тумблеры 11111 и 211Н. При переключении тумблера 1ПП (211П) из нейтрального положения «0» в положение «Б» (больше) собирается цепь катушки вентиля ВБ управления приводом барабана контроллера: по цепи ВДВ до провода 139, контакт КМ, провод 160, В2, провода 162. 997, 899, 709 (710), 111П (211П), провода 866
224
5/3 0 +
12 fl
АВЗ tjf
692
ч!5
^858 кпГ^
859 Xх 86\ •0	-----
HIT
кн
W______> 152 6!t5
О*
860t
Сигнал 8/10	ВС
650
; 156
Задняя ваз
B3Z 361 г~|
ВАП
7/7
859 PW/ ___________ _______
218 НАП 3/1 Передняя
J/7	3/12
—"	..0
Вперед нлп П г-5° j Наза3 "nU* I 3!’5
319
J. 315
1ПТ Т 0 От 6/12 „ Вт
1111	602 '	765
пи, 3/15
279
/Т/7
7 15 43
г
о
f.	. UUL
111 К? w
I I I -к—--0—.
н
О
В
Рис.
вг
ЭОН , 899
'^'1
гптт о от gf5
юп б о м
гоп 6
sis
ед
во
-0
6/3
866 '
"" ф
857
ВБ
°	868
718 ед
вм
869
гкс 1 'т
tnBlS 79 2 J*	793
т ГКС
790	][*	791
6/7
б/б ’ПР В 0 Н 1
739
вен
691
кНп ВЛВ
625 Б'2° 757 П 521
2ПР
‘ взн 653 I 1 . beg
629
ВДВ
10.4. Схема управления тепловозом со вспомогательного пульта
631
-0 зцг
(868), 718, катушка ВБ, провода 633, 621, 759, 631. Контроллер переводится на одну позицию в сторону увеличения. Для дальнейшего набора позиций необходимо установить тумблер
8 Зак. 373
225
1ПП (2ПП) в положение «О», а затем снова переключить его в положение «Б».
Переключением тумблера 1ПП (2ПП) в положение «М» (меньше) обеспечивается питание вентиля ВМ, и КМ переводится на одну позицию в сторону уменьшения.
Для быстрого перевода КМ на нулевую позицию необходимо нажать кнопку 1КС (2КС) «Сброс нагрузки». При этом собирается цепь питания катушки вентиля ВСН управления приводом контроллера: зажим 5/3 по цепи ВДВ до провода 139, замкнутые на всех позициях, кроме нулевой, контакт контроллера, провод 177, зажим 6/6, провод 740 (742), 1КС (2КС), провод 741 (743), зажим 6/7, провод 739, катушка ВСН, провода 641, 633, 621, 759, 631, зажим 3/12.
Тумблеры HIT (2ПТ) управляют тормозом. При установке тумблера 1 ПТ (2ПТ) в положение «Г» (торможение) включается вентиль ВТ и осуществляется торможение. Для отпуска тормоза тумблер 1ПТ (2ПТ) устанавливают в положение «От» (отпуск), в нулевом положении перекрыта. Для подачи звукового сигнала необходимо нажать кнопку 1КТ (2КТ) «Сигнал».
При включении кнопки 1 КО (2КО) «Стоп дизеля? (см. рис. 10.1) разрывается цепь РУ 12, а его замыкающий контакт (561, 575) обесточит катушку электромагнита БМ, дизель остановится. Другой замыкающий контакт РУ12 (734, 733), обеспечивающий подпитку собственной катушки, также разомкнется. Поэтому при отпуске 1КО (2КО) повторного включения РУ 12 не произойдет. Для последующего пуска дизеля необходимо предварительно включить тумблер В27 «Пуск — остановка дизеля».
Для подачи песка используют тумблеры 1КП и 2КП, включенные параллельно контактам ножной педали КН, и вентили КЛП.
При помощи кнопок КАП и КАЗ и вентилей ВАН и ВАЗ управляют передней или задней автосцепкой. Параллельно кнопкам КАП и КАЗ установлены кнопки КАП1 и КА31, расположенные на вспомогательном пульте со стороны помощника машиниста.
Система автоматической локомотивной сигнализации. Тепловоз ТЭМ2 оборудован системой автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН), которая предназначена для повышения безопасности движения поездов на участках с автоблокировкой. Система АЛСН с некоторыми отличиями дублирует на локомотивном светофоре, установленном в кабине машиниста, показания путевых сигналов автоблокировки, а также предотвращает проезд закрытых путевых светофоров при потере машинистом бдительности.
Система состоит из приемных катушек ПК — ПК4 (рис. 10.5), обеспечивающих прием посылаемых по рельсам электрических импульсов, частота и периодичность которых зависят от показаний ближайшего путевого сигнала; общего ящика ОЯ, где расположены 226
выключатель АЛСН 0,4
в ?я |-Т^77-----Л ПР>
\оя
91В \+50
Передние
Пв1 1>Г^953 —^ggt TZZ;
5 I Левый (	л//7 I
„ тельности рбс-1 рЕС-г
"I 893
ПК'----
• ЧГ> ВНЛ
5/1^6ел0
931
згз
згч
989
ЭПК ]
Переключ. частоты
СО
Пр2
-50
-0
1
Откл. ~РУ1Ч LT
____В 31______993
909 ПРв
911	307
зге
зоо
КПС
951
0 5/И i
включ. бдительн. без ЛЛСН
5/3 г0-
935 го огня
ЭЖ
-J экж
ЭК
О-ГО ;
о-го !
938
933 l^"17 —-—1—0
936 У/lK-l
1 вк!
-0
991 : Н
--—I—0
833
997
952
0 i В
953 \P6~Zl
990 С
воз ! & ;
977	,-~~У	930
।	. . (0 0}
I Левый \йЛ Правый
Задние
ПКЧ
1м/	• 983
8*9 /Кф
I SID
§p*r—
РБ
I БД
943
850
833
КЖ
0-
985 81Z
----X 989
937 81П
----X
~~^8ЙЙ
|	933
i Зеленый
Желтый.
\Красно-* '.желтый
Красный

Рис. 10.5. Схема системы АЛСН
усилитель и дешифратор, локомотивного светофора ЛС; электропневматического клапана ЭПК, осуществляющего связь между электрической схемой АЛСН и тормозом. В систему АЛСН входят также устройства скоростемера CJ1 и кнопка рукоятки бдительности РБС-1 (РБС-2). Питание АЛСН осуществляется напряжением 50 В от части аккумуляторов БА через тумблер В29 «Выключатель
8*
227
АЛСН». Для более равномерного нагружения батареи параллельно второй ее части подключен уравнительный резистор СУ.
Рельсовые цепи участков пути, предназначенные для эксплуатации электрического подвижного состава переменного тока, питаются кодовым напряжением частотой 25 и 75 Гц, а для постоянного тока — 50 Гц. Для возможности работы тепловоза на различных участках в схеме АЛСН предусмотрен двухполосовой фильтр ФЛ, который включается тумблером В30 «Переключатель частоты».
Ток рельсовой цепи создает магнитное поле, которое наводит в приемных катушках АЛСН импульсы электродвижущей силы. В зависимости от направления движения тепловоза реверсором Р осуществляется переключение работы передних ПК1 и ПК2 и задних катушек ПКЗ и ПК4. Сигналы, принимаемые катушками, поступают на зажимы ящика ОЯ, связанные с усилителем. С выхода усилителя они передаются в дешифратор. Дешифратор расшифровывает сигналы, включает соответствующий огонь на ЛС и управляет работой электропневматического клапана ЭПК автостопа. При зеленом огне путевого светофора ток рельсовой цепи кодируется кодом зеленого огня; при желтом -- кодом желтого огня; при красном — кодом желтого огня с красным. В случае следования тепловоза по участкам без локомотивной сигнализации на ЛС должен загораться белый огонь.
Для включения ЭПК машинист вставляет в корпус клапана ключ и затем поворачивает его по часовой стрелке. При этом замыкаются все три пары контактов внутри клапана автостопа, из которых один включен в цепь управления троганием тепловоза (см. рис. 10.1) (162, 899), а два других (989—833 и 833—901) связаны с СЛ и ЛС. При заряженном ЭПК контакты его блокировки замыкают цепь питания катушки электропневматического клапана автостопа, которая при нормальном движении тепловоза постоянно находится под током.
Электропневматический клапан вступает в работу в зависимости от показаний локомотивного светофора. При этом предварительно клапаном подается свисток; если в течение 7—8 с после этого машинист не нажмет кнопку РБС-1 (РБС-2), то ЭПК сработает и включит экстренное торможение. Свисток ЭПК срабатывает через 15—20 с при движении локомотива — на красный огонь со скоростью не более 20 км/ч, на одновременно горящие красный и желтый огни со скоростью не более 50 км/ч, на желтый огонь со скоростью более 80 км/ч, на белый огонь после желтого или зеленого со скоростью больше 10 км/ч. Для предотвращения срабатывания клапана автостопа машинист периодически через 15—20 с должен нажимать кнопку РБС-1 (РБС-2), подтверждая этим способность управлять поездом.
Если поезд проследовал со скоростью более 20 км/ч путевой светофор с красным огнем, а также превышена допустимая скорость 228
движения при желтом огне с красным на локомотивном светофоре, срабатывает клапан автостопа ЭПК и наступает торможение поезда, которое нельзя остановить нажатием кнопки РБС-1 (РБС-2). Срабатывая, клапан ЭПК контактами своего концевого переключателя (см. рис. 10.5) (993, 489) подает питание от контактов выключателя В29 по проводу 909, предохранителю ПрЗ, проводу 925, через размыкающий контакт В31 «Отключатель РУ 14», проводам 993, 489 на катушку реле РУ 14. Включившись, РУ 14 своим размыкающим контактом (186, 687) (см. рис. 10.1) разрывает цепь питания катушки КВ, в результате чего снимается возбуждение тягового генератора, а соответственно и его нагрузка; тяговые электродвигатели обесточиваются. Своим замыкающим контактом (854, 902) (см. рис. 10.4) РУ14 обесточивает питание вентилей песочниц, т. е. осуществляет подачу песка под колесные пары для предотвращения юза при экстренном торможении тепловоза.
В случае движения по участкам без устройств локомотивной сигнализации необходимо включить тумблер ДЗ «Включение бдительности без АЛСН» (см. рис. 10.5). При этом проверка бдительности осуществляется нажатием кнопки РБС-1 (РБС-2) через 60—90 с. Кнопку РБС-1 (РБС-2) нажимают также при любой смене огней светофора, кроме смены на зеленый.
Работа системы АЛСН сопровождается регистрацией на ленте ЛС включенного положения автостопа, моменты нажатия кнопки РБС-1 (РБС-2) и скорость следования по участкам с желтым, желтым с красным и красным огнями на локомотивном светофоре.
Управление тепловозом по системе двух единиц. Для работы по системе двух единиц на заднем буферном брусе укреплена розетка межтепловозного соединения РМС, а на тепловозе имеется кабель межтепловозного соединения с двумя штепселями по концам. После сцепления тепловозов и соединения рукавов тормозных магистралей штепсели межтепловозного соединения вставляют в розетки, обеспечивая соединения основных электрических цепей на обоих локомотивах. Пуск дизеля производят раздельно на каждом тепловозе. После пуска штурвал контроллера на ведомом тепловозе устанавливают на нулевую позицию, а реверсивную рукоятку снимают. На обеих тепловозах переключатель числа тепловозов ПЧТ, расположенный на пульте, ставят в положение «Работа двумя тепловозами». При работе по системе двух единиц большинство потребителей на каждом тепловозе питается от своего ВГ. Кроме того, ряд потребителей на втором тепловозе питается через межтепловозное соединение от ВГ первого тепловоза. Общие минусовые зажимы тепловозов связаны между собой через межтепловозное соединение.
На тепловозе ТЭМ1 применена электрическая передача постоянного тока, аналогичная передаче тепловоза ТЭМ2, с той лишь разницей, что на нем предусмотрено переключение схемы соеди-
229
нения тяговых электродвигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение. В момент трогания тепловоза с места все его шесть тяговых электродвигателей соединены последовательно. С увеличением скорости до 11 км/ч методом короткого замыкания автоматически переключается схема включения электродвигателей на последовательно-параллельное соединение. При дальнейшем увеличении скорости и достижении 27 км/ч происходит переход на ослабленное возбуждение — параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей включаются шунтирующие резисторы. Коэффициент ослабления возбуждения составляет 42,5 %. Кроме того, на тепловозе ТЭМ1 отсутствует диодный блок заряда батареи. Его функцию выполняют реле обратного тока и контактор заряда батареи.
10.3.	ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ТЕПЛОВОЗА ТГМ4
На тепловозе ТГМ4 применена двухкоординатная система управления гидропередачей; она обеспечивает переключение ступеней скорости гидропередачи в фиксированных точках тяговой характеристики, определяемых частотой вращения турбинного колеса гидротрансформатора, пропорциональной скорости движения тепловоза, и частотой вращения насосного колеса гидротрансформатора, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала дизеля. Схемы управления передачей тепловозов ТГМЗ и ТГМ4 отличаются незначительно, поэтому ниже рассматриваются основные цепи тепловоза ТГМ4.
Для питания электрических цепей на нем установлены двухмашинный агрегат типа А-706Б и аккумуляторная батарея БА типа 6СТЭН-140М (рис. 10.6 см. вкладку). При неработающем дизеле и при его пуске все потребители получают питание от БА (60 В): плюс БА, рубильник батареи РБ, предохранитель на 60А, шунт амперметра Ш, резистор R2, общий плюсовый зажим цепей управления Ш.5. При работающем дизеле все потребители получают питание от вспомогательного генератора ГВ (75 В): плюс ГВ, предохранитель, диоды ДС1, ДС2, зажим Ш.5. Общий минусовый зажим цепей управления Ш.2 соединен кабелем 2.2. с минусовыми зажимами генератора ГВ и батареи БА.
Пуск дизеля. Перед пуском дизеля необходимо установить рукоятку контроллера КМ на нулевую позицию, включип> РБ, выключатели ВкА4 «Управление общее», ВкА2 «Дизель» и ВкА1 «Топливный насос»; в результате подготавливается цепь питания электромагнита дизеля БМ и включается электродвигатель привода топливоподкачивающего насоса ЭНТ: зажим Ш.5, ВкА1, ЭНТ, зажим Ш.2. Запускается дизель переключением тумблера пуска -прокачки ТМН в положение «Пуск». При этом получают питание 230
контактор КМН, реле РУ2 и времени РВГ. зажим Ш.5, ВкАЗ, КМ, ТМН, размыкающий контакт реле сигнализации РСГ, РУ2 и РВ1; и размыкающий контакт промежуточного реле Рпр2, диод ДЗ, размыкающий контакт РВ2, катушка КМН, провод 2.12, зажим Ш.2. Контактор КМН замыкает свои главные контакты в цепи электродвигателя привода маслопрокачивающего насоса ЭМН. Начинается прокачка масла дизеля.
Включившись, контактор КМН через свой вспомогательный замыкающий контакт (33.5, 67.1) становится на самопитание. Так как ТМН оборудован устройством самовозврата, то на 1—2 с, пока контактор КМН не встанет на самопитание, его необходимо зафиксировать в положении «Пуск». Тогда после его отключения цепь питания электродвигателя масляного насоса ЭНМ не разбирается и прокачка масла продолжается. После того как давление масла в главной магистрали дизеля достигнет 0,04 МПа, замкнется контакт датчика давления масла ДДМ2 (69.2, 59.1), подготавливая цепи включения контактора дизеля КД и РВ2.
Через 60 с с начала прокачки масла замыкающий контакт РВ1 (59.2, 73.1) подаст напряжение на катушки контактора КД и РВ2, контролирующее длительность пуска дизеля. Главный контакт КД собирает цепь пускового контактора КП1, а замыкающий контакт КД (59.4, 73.1) шунтирует замыкающий контакт РВ1 и размыкающий контакт КП2, обеспечивая питание собственной катушки. Главный замыкающий контакт КН 1 (провод 2.12) собирает цепь катушки электромагнита стартера БМ1: плюс БА, РБ, замыкающий контакт КД, катушка БМ1, обмотки стартера ЭС, замыкающий контакт КП1, РБ, минус БА. Зубчатое колесо стартера под действием БМ/ входит в зацепление с венцом маховика дизеля, включается замыкающий контакт БМ1 и от зажима Ш.47 получает питание пусковой контактор КН2. Главный замыкающий контакт КП2 подает напряжение на стартер ЭС, который принимает полную нагрузку и раскручивает коленчатый вал дизеля. Когда дизель запустится, стартер разгружается и выходит из зацепления. Замыкающий контакт КП2 (237.2) шунтирует замыкающий контакт БМ1 и КП$ становится на самопитание, исключая возможность повторного ввода в зацепление стартера с дизелем.
К окончанию пуска дизеля давление в его масляной системе достигает 0,1 МПа; контакт датчика давления масла ДДМ1 замыкается и собирает цепь электромагнита дизеля БМ: зажим Ш.5, ВкА2, замыкающий контакт ДДМ1, катушка БМ, зажим 111.2. Электромагнит БМ включает сервомотор регулятора дизеля, который обеспечивает подачу топлива в цилиндры.
С увеличением частоты вращения вала дизеля увеличивается напряжение на ГВ, и когда оно достигает значения 70±2 В, срабатывает реле РСГ. Размыкающий контакт РСГ (55.3, 71.3) обесточивает катушку КМН, и схема пуска дизеля разбирается.
231
После окончания пуска выключатель ВкА1 необходимо отключить.
Дизель останавливают переводом КМ на нулевую позицию и отключением выключателя ВкА2. При аварийных режимах дизель останавливается включением кнопки остановки дизеля КОД, в результате чего получает питание катушка стоп-устройства АСУ. Подача топлива прекращается, и дизель останавливается.
В случае понижения давления масла ниже 0,1 МПа размыкается контакт ДДМ1, катушка БМ обесточивается и дизель останавливается. При частоте вращения вала больше 1700 об/мин дизель останавливается устройством АСУ.
После остановки дизеля схемой предусмотрена автоматическая прокачка масла. Когда по окончании пуска срабатывает реле РСГ, его замыкающий контакт собирает цепь реле Рпр2. Включившись, одним замыкающим контактом Рпр2 (47.4, 35.4) становится на самопитание, а другим замыкающим контактом Рпр2 (47.4, 71.3) подготавливает цепь катушки РВ1. При остановке дизеля РСГ отключается и его размыкающий контакт подает питание на РУ2, а замыкающий контакт РУ2 включает контактор КМН; начинается прокачка масла. Одновременно с РУ2 получает питание реле РВ1, контролирующее продолжительность прокачки масла. Через 60 с с момента начала прокачки масла размыкающий контакт РВ1 отключается и обесточивает КМН; ЭНМ останавливается, замыкающий контакт КМН обесточивает Рпр2, а замыкающий контакт Рпр2 отключает РВ1. Схема возвращается к исходному состоянию.
При работающем дизеле БА постоянно подзаряжается от ГВ через резистор R2 и диоды заряда батареи ДС1 и ДС2, предотвращающие разряд батареи; в случае, если ее напряжение становится ниже напряжения ГВ — через его обмотки.
Приведение тепловоза в движение. Необходимо установить в требуемое положение реверс и тумблер переключения режима движения ТРЖ, расположенный на основном пульте. Переключение реверса осуществляется с основного или вспомогательного пульта кнопками КВ (вперед) или КН (назад) при давлении в воздушной магистрали не ниже 0,6 МПа, неподвижном состоянии тепловоза и опорожненных гидроаппаратах.
Так, например, для переключения передачи из положения «Маневровый назад», в положение «Поездной вперед» тумблер ТРЖ следует установить в положение «Поездной» и нажать кнопку КВ. При этом от зажима Ш.5 через ВкАЗ, КМ, зажим Ш.51 и размыкающий контакт кнопки фиксации реверса КФР получает питание катушка вентиля блокировки реверса ВНР. Вентиль ВБР пропускает воздух под фиксаторы реверса. Конечные выключатели ВкКН и ВкКЗ, связанные с фиксаторами, производят следующие переключения в схеме: размыкающие контакты ВкКН и ВкКЗ (121.4, 125.1) разрывают цепь реле движения РДВ, замыкающие контакты 232
ВкКП и ВкКЗ (107.2, 113.1) собирают цепь питания РУ. Замыкающие контакты РУ (51.5, 97.1, 103.1) подают напряжение на катушки реле режима РРЖ (при режиме движения «Поездной» реле РРЖ включено, при режиме «Маневровый» — отключено) и вентиля включения реверса «Вперед» ВВ. Включившись, реле РРЖ через замыкающий контакт РРЖ (провод 111.2) становится на самопитание, чем обеспечивается его включенное состояние при переключении реле РУ, а замыкающий контакт РРЖ (131.2, 137.2) собирает цепь питания вентиля переключения режима и реверса ВРПП. Вентиль ВРПП переключает передачу в положение «Поездной вперед».
Во время переключения режима движения, если подвижная муфта займет положение «зуб в зуб», замкнется контакт датчика положения КДПП на контактном барабане передачи. При переключении передачи замыкающий контакт КДПП размыкается и блок доворота передачи не включается. Если переключение передачи не произошло, то через замыкающий контакт КДПП (137.3, 175.1) соберется цепь питания электронного реле времени блока гидродоворота БГ. Реле БГ на 2 с замыкает свои контакты и включает вентиль переключения передачи ВГПГ В течение 2 с происходит наполнение первого гидротрансформатора. Затем контактами реле БГ цепь питания вентиля наполнения первого гидротрансформатора ВГП1 на 4 с обрывается и снова включается на 2 с и т. д. до тех пор, пока не произойдет переключение передачи. Когда переключение произойдет, замыкающий контакт КДПП размыкается, включается сигнальная лампа «Поездной вперед», а передача во включенном положении заблокируется фиксатором сервоцилиндра. Замыкающий контакт ВкКП (107.2, 113.1) разорвет цепь реле РУ, а размыкающий контакт ВкКП (121.4, 125.1) подаст напряжение на катушку реле РДВ. Размыкающий контакт РДВ (179.2, 193.5) разорвет цепь на блок БГ, а замыкающий контакт РДВ (181.3, 121.15) подготавливает цепь управления троганием тепловоза.
Перед приведением тепловоза в движение по сигнальным лампам необходимо убедиться, что муфта режима реверса находится в выбранном положении, и только после этого включить выключатель ВкЛ7 «Включение передачи». При этом получает питание вентиль ВГПГ. зажим Ш.5, тумблер отключения реле блока контроля бдительности ВкА4, зажим Ш.121, провод 121.15, замыкающий контакт РДВ, размыкающие контакты Pnpl, ВтТ2, замыкающий контакт ДДВ2, зажим Ш.183, контакт контроллера, замкнутый на 1—8-й позициях, зажим Ш.185, размыкающий контакт промежуточного реле скорости РпрС, ВкА7, контакт переключателя гидропередачи ПкА, зажим Ш.193, катушка ВГПГ зажим Ш.2. Начинается наполнение первого гидротрансформатора.
При переводе КМ на рабочие позиции от зажима Ш.121 получают питание вентили регулятора дизеля ВРД1 — ВРДЗ. В зависимости
233
от комбинации включения этих вентилей изменяется частота вращения вала дизеля и формируются восемь рабочих позиций.
С увеличением скорости движения тепловоза выходное напряжение на датчике скорости ТгГ, в качестве которого используется тахогенератор, возрастает. На напряжение датчика ТгГ через стабилитрон СК1 и потенциометр, сопротивление которого определится положением контроллера, включено реле перехода РП, управляющее переключением гидротрансформаторов. Когда напряжение на резисторе РК достигнет значения, при котором происходит переход на второй гидротрансформатор, стабилитрон СК1 пробивается и включается реле РП, замыкающий контакт которого собирает цепь питания промежуточного реле РпрП: зажим Ш.185, провод 185.1, по цепи ВГП1 до контактов переключателя автоматики ПкА, замкнутых в положении «Автоматика», провод 197.1, замыкающий контакт РП, катушка РпрП, зажим Ш.2. Замыкающий контакт РпрП (197.1, 199.1) через контакты переключателя ПкА подает напряжение на вентиль включения второго гидротрансформатора ВГП2. При включенных вентилях ВГП1 и ВГП2 происходит опорожнение первого гидротрансформатора и наполнение второго.
На пульте загорается сигнальная лампа, оповещающая машиниста о переходе на второй гидротрансформатор.
Когда скорость тепловоза достигает значения конструкционной, выходное напряжение датчика ТгГ достигает 146 В, в результате чего пробивается стабилитрон СК2 и включается реле скорости PC. Замыкающий контакт PC (183.3) собирает цепь реле РпрС, которое, сработав, становится на самопитание: зажим Ш.185, провод 185.1, замыкающий контакт РпрС, катушка РпрС. Размыкающий контакт РпрС (185.1, 187.2) отключает вентили ВГП1 и ВГП2, а замыкающий контакт РпрС (183.3, 213.1) замыкает цепь на звуковой сигнал СС, предупреждающий о необходимости снизить скорость тепловоза. Отключается реле РпрС лишь после перевода контроллера на нулевую позицию и снижения скорости тепловоза.
В случае неисправности системы автоматического управления гидропередачей переключатель ПкА необходимо установить в положение «I» или «II». При этом соответственно вентили ВГП1 и ВГП2 получают питание непосредственно через контакты выключателя ВкА7 и контакты контроллера, замкнутые на 1-8-й позициях.
Для защиты от аварийных режимов работы схемой предусмотрено отключение передачи при снижении давления воздуха в главной магистрали ниже 0,38 МПа, превышении температуры воды и масла дизеля допустимых значений и отключений реле блока контроля бдительности АЛСН тумблером ВкТ2 (181.3, 191.1) соответственно замыкающим контактом датчика давления воздуха ДДВ2 (183.1, 191.1), и размыкающими контактами температуры воды ДТВ (33.1, 234
37.1) и масла ДТМ (33.1, 37.1). Последние обесточивают катушку реле Pnpl, а замыкающие контакты Рпр! (121.15, 181.3) и размыкающие контакты ДДВ2 разбирают цепи питания вентилей ВГП1 и ВГП2 и передача отключается.
На тепловозе ТГМ4 применена релейная система регулирования температуры воды и масла дизеля. Электродвигатель ЭХ привода вентилятора охлаждающего устройства получает питание от генератора ГХ, мощность которого определяется частотой вращения вала дизеля.
Для увеличения расхода воздуха через секции радиаторов, резисторы R7 и R8 обмотки возбуждения ГХ шунтируются на 0--4-Й позициях контактами контроллера. Привод жалюзи охлаждающего устройства электропневматический.
При аварийных режимах системой предусмотрен переход на ручное управление.
Глава 11 СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТЕПЛОВОЗОВ
11.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ТЕПЛОВОЗА 4ТЭ10С
На тепловозе 4ТЭ10С применена электрическая передача мощности постоянного тока. Каждая секция тепловоза приводится в движение шестью параллельно соединенными тяговыми электродвигателями 1—6 (рис. 11.1, см. вкладку), которые получают питание от тягового генератора Г. Например, электродвигатель / снабжается по цепи: «-(-» Я1 генератора Г, кабель 301, главный контакт поездного контактора П1, кабель 321, обмотки якоря и добавочных полюсов Я1 — Я2 электродвигателя 1, кабель 331, главный размыкающий контакт реверсора ПР, кабель 341, обмотка возбуждения С1 С2, кабель 351, размыкающий контакт ПР, кабель 381, шунт амперметра 104, кабель 401, обмотка добавочных полюсов Д1 —Д2 генератора /', «—» Я2 генератора Г. Реверсирование электродвигателей осуществляется путем изменения направления тока в их обмотках возбуждения. Если для двигателей /—6 направлению движения тепловоза «Вперед» соответствует протекание тока в обмотках возбуждения от зажима С1 к зажиму С2, то при переключении реверсора ток в обмотках будет протекать от зажима С2 к зажиму С1.
Для более полного использования мощности силовой установки тепловоза электрическая передача оборудована комбинированной автоматической системой регулирования напряжения тягового генератора. Сигналом по возмущающему воздействию в этой системе является наибольший ток из четырех групп тяговых электродвигателей (жесткие динамические характеристики системы возбуждения генератора). Начиная с 4-й позиции контроллера, система регулирования напряжения обеспечивает полное использование мощности дизеля. До 4-й позиции контроллера (КМ) статические характеристики системы имеют вид селективной характеристики. Весь диапазон изменения частоты вращения коленчатого вала дизеля разбит на 15 рабочих позиций и одну позицию холостого хода.
Электрическая схема передачи мощности тепловоза 4ТЭ10С приведена с сокращениями. Сборные рейки, коробки и штепсельные разъемы имеют номерные или буквенные обозначения. Зажимы сборных реек обозначаются дробью, числитель которой указывает номер рейки, а знаменатель - порядковый номер зажима. Зажимы
236
сборных коробок дизеля 1Д и 2Д обозначены сочетанием номера и буквы с порядковым номером зажима. Зажимы небольших сборных коробок обозначены номером коробки. В номера проводов вспомогательных систем входит буквенное обозначение принадлежности к системе: «А» — автоматическая локомотивная сигнализация и скоростемер; «П», «КЛ» — пожарная сигнализация; «X» -холодильная камера.
Условно на схеме показаны межтепловозные соединения с одной из секций.
Пуск дизеля. Перед пуском дизеля необходимо включить рубильник ВБ аккумуляторной батареи БА, автоматические выключатели А13 «Управление», А5 «Дизель», А4 «Топливный насос», А6 «Управление холодильником», через контакты которого получают питание измерительные приборы систем тепловоза, и тумблер ТН1 «Топливный насос», установить в рабочее положение рукоятку блокировки тормоза БУ, на нулевую позицию рукоятку контроллера (контроллер) машиниста КМ и реверсивную рукоятку (реверсор) ПР в положение «Вперед» или «Назад».
В результате замыкания контактов рубильника ВБ собирается цепь на автоматические выключатели АЗ— All и А13, А14, А16: « + » БА, кабель 831, ВБ, кабели 451, 811, предохранитель 107, кабель 809, шунт 103 амперметра заряда батареи, резистор заряда батареи СЗБ, провода 815X3, 842X2, 845X2, 847, 849, 871X2, 873, П60, автоматы А4 — А12, А13, А14, А16.
При включении А5 напряжение поступает на катушку электромагнита МР5 объединенного регулятора дизеля: А5, провода 1401, 1453, 1451, размыкающий контакт РУ 10, провода 1398, 1408, катушка МР5, минусовый провод разъема цепей управления («—»). Электромагнит МР5 устанавливает индуктивный датчик ИД в крайнее положение и удерживает его в таком состоянии до 4-й позиции, что обеспечивает плавное трогание тепловоза.
После включения тумблера ТН1 собирается цепь питания контактора КТН привода электродвигателя топливного насоса: зажим 1/4, А5, провода 1401, 1581, 1418, размыкающий контакт РУ7, провод 1416, катушка КТН, провода 1417, 1651, 1641, ТН1, провода 1645, 1646, минусовый разъем 1М*. Включившись, главные контакты КТН подают напряжение на электродвигатель TH топливного насоса: « + », А4, провод 2021, замыкающий контакт КТН, провода 2023, 2027, электродвигатель TH, провода 2022, 2024.
Одновременно с этим получают питание обмотка Ш1 — Ш2 вспомогательного генератора ВГ и катушки вентилей ВП6 и ВП9: « + », А5, по цепи КТН до зажима 7/2, провод 1501, главный замыкающий контакт КТН и далее по проводам 1502 и 1551 через размыкающие контакты РУ8, РУ 19 и РУ6 на катушку ВП9, через размыкающие
Разъемы 1М—ЗМ соединены со сборной минусовой рейкой.
237
контакты пусковых контакторов Д1 и ДЗ на обмотку Ш1 — Ш2, через размыкающий контакт контактора возбуждения возбудителя ВВ на катушку ВП6. Вентили ВП6 и ВП9 отключают соответственно левый ряд топливных насосов при работе дизеля без нагрузки и дополнительно пять топливных насосов правого ряда при пуске дизеля. Кроме того, замыкающий контакт КТН (1491, 1482) подготавливает цепь включения РУ6, а размыкающий контакт КТН, расположенный в цепи питания катушек пусковых конта