В прошлой статье, посвященной тяговому генератору переменного тока*, мы обсудили все его достоинства и коснулись недостатков. Одним из недостатков оказалась неспособность синхронного тягового генератора работать в режиме двигателя для запуска дизеля тепловоза.
Как было хорошо на тепловозах старого поколения с генераторами постоянного тока! Достаточно было подать ток от аккумуляторной батареи на пусковую обмотку и ротор тягового генератора приходил во вращение проворачивая коленвал, заставляя поршня сжать впрыснутое в камеры сгорания топливо, инициируя запуск.
Тем не менее тяговый генератор переменного тока имеет такую массу преимуществ, что этот недостаток не повлиял на решение перейти на его массовое использование на тепловозах нового поколения. Ну а раз решили использовать, нужно искать другие способы запуска дизеля и способ был найден.
Стартер - генератор постоянного тока для тепловоза. Назначение и устройство.
Назначение
Стартер-генератор выполняет две функции: проворот коленвала* при запуске в режиме двигателя и снабжение тепловоза электричеством для собственных нужд: освещение, питание радиостанции и электрических аппаратов, зарядки изрядно севшей аккумуляторной батареи при запуске.
Крепится на специальных кронштейнах на корпусе тягового генератора. По сути это электрическая машина постоянного тока*. Работает в двух режимах: двигательном* и генераторном*. О работе электрической машины постоянного тока в этих режимах я подробно писал в одной из статей.
Устройство статора.
Корпус (станина, передний и задний подшипниковые щиты) выполнен из стали с повышенной магнитной проводимостью. Снизу к станине приварены четыре опорные лапы для крепления на корпусе тягового генератора, сверху проушины для транспортировки.
В станине, со стороны коллектора*, четыре смотровых окна для обслуживания коллектора и щеточного аппарата.
Проемы закрываются быстросъемными стальными крышками с кольцевыми защелками и щелевыми отверстиями для выброса горячего воздуха. Забор охлаждающего воздуха вентилятор осуществляет через закрытые сетками проемы со стороны торца дизеля.
Главные и добавочные полюса.
К станине, изнутри,полюсными болтами крепятся четыре электромагнита (главные полюса), которые будут создавать магнитный поток. На главных полюсах две обмотки возбуждения: пусковая и независимая.
Независимая обмотка, получает питание независимо от якорной обмотки, от постороннего источника. Независимая обмотка состоит из 396 витков изолированного медного провода, намотанного на стальной наборный сердечник из 134 пластин толщиной 1,5 мм.
Пусковая обмотка — семь с половиной витков медной полосы шириной 25 мм и толщиной почти 2,5 мм (её называют шиной).
Между главными полюсами — менее мощные, четыре дополнительных электромагнита, называемые добавочными полюсами. Их цель — уничтожать вредное влияние таких негативных процессов, как ЭДС самоиндукции.
Не буду углубляться, скажу только, что ЭДС самоиндукции вызывает активное искрение на коллекторе под щетками, обжигая медные пластины коллектора и со временем разрушая щетки.
Так как добавочные полюса наводят не такой мощный магнитный поток, как главные, делать наборным сердечник нет смысла (магнитный поток, вихревые токи незначительны, как и нагрев стали от их влияния), поэтому они выполнены из электротехнической стали сплошными. Каждый такой полюс двумя болтами крепится к остову.
Обмотка возбуждения добавочного полюса выполнена из одиннадцати с половиной витков медной полосы шириной 25 мм, толщиной 3 мм.
Якорь.
На стальной вал напрессовывается сердечник из 352 листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм (средняя часть сердечника) и по пакету из 19 листов с каждой стороны. В каждом листе сердечника по 12 отверстий, впоследствии они образуют каналы для прохода части охлаждающего воздуха и 46 пазов, в которые будет укладываться якорная обмотка из медного провода. А чтобы якорная обмотка не повылетала из пазов при вращении якоря, сверху пазы забивают текстолитовыми клиньями.
Обмотка якоря укладывается в пазы петлевым методом с шагом 1-12. Левая сторона секции из медного провода укладывается в первый паз, отсчитывается двенадцать пазов, и в тринадцатый укладывается правая сторона секции якорной обмотки. Получается петля. Соответственно, вторая секция ляжет в пазы 2-14 и т.д. Лобовые части обмотки укладываются на изолирующие кольца и крепятся бандажами из стеклоленты.
Коллектор состоит из 138 медных пластин. Между медными пластинами уложены пластины такой же формы, но выполненные из изоляционного материала, называемого миканитом.
Начало и конец каждой секции якорной обмотки припаивается к петушку коллекторной пластины.
Щетки ЭГ-4 выполнены из электрографита. Одна щетка выполнена из двух половинок (разрезные). Это позволяет щетке, при возникшей неровности на коллекторе, переступать препятствие сначала одной половиной, потом другой, не разрывая электрическую цепь. По три щетки в трех щеткодержателях установлены на четырех кронштейнах, прикрепленных к траверсе.
Щетки плотно прижимаются к коллектору независимо от степени износа благодаря подпружиненному прижимному пальцу. Сверху на каждой щетке резиновый амортизатор, гасящий вибрации, и медный шунт, который крепится к кронштейну щеткодержателя.
Принцип работы.
При запуске тепловоза два электромагнитных контактора своими силовыми контактами подключают стартер-генератор запускаемой секции к аккумуляторным батареям обеих секций для облегчения пуска.
Ток подается в обмотку якоря и пусковую обмотку главных полюсов, создавая электромагнитный момент. Якорь начинает вращение, проворачивая через зубчатый редуктор коленвал.
Коленвал гонит поршни к верхней мертвой точке. В каждый цилиндр загоняется воздух, впрыскивается мелкораспыленное дизельное топливо под давлением 320 кг/см2, перемешиваясь с воздухом. Образуется топливная смесь, которая от сжатия поршнем нагревается и воспламеняется. За два оборота коленвала происходит воспламенение в 16 цилиндрах дизеля.
Проворот коленвала длится 12 секунд, после чего дизель начинает работать самостоятельно, а контакты Д1 и Д2 разрывают цепь питания с аккумуляторной батареей. Пусковая обмотка обесточена, якорь вращается от коленвала через ту же 69-ю группу.
Подключается независимая обмотка Н2-Н1, создает магнитный поток, под действием которого во вращающихся и пересекающих магнитный поток секциях якорной обмотки наводится ЭДС. Стартер-генератор работает в режиме генератора, обеспечивая электричеством тепловоз.
Обмотка Н1, Н2 получила питание от + автомата А3 «дизель» — провод 948 — двойной силовой контакт КРН — провод 1003 — провод 1001 — независимая обмотка Н1, Н2 — провод 999 — клемма 3 регулятора напряжения — клемма 4, 5 — провод 997 — провод 1178 — общий минус.
Якорь вращается от 69 группы, секции якорной обмотки пересекают линии магнитного потока, создаваемого независимой обмоткой Н1, Н2. В секциях якорной обмотки, по закону Фарадея, наводится электродвижущая сила. Электрическая машина работает в режиме генератора.
В заключение обращу внимание читателей на наличие терминов, отмеченных снежинкой*, описание назначения которых можно будет встретить в следующих статьях, или информацию о них можно почерпнуть в наших коротких развивающих фильмах на нашем телеграм-канале «Михаил Михайлович о локомотивах» https://t.me/mihailsilko24 или в набирающем в последнее время популярность «Рутубе» https://rutube.ru/channel/22129608/.
Приглашаем посмотреть более 50-ти коротких обучающих фильмов, посвященных назначению, устройству и принципу работы различных узлов и агрегатов тепловозов и электровозов. Отписаться никогда не поздно, так что заходите на наш канал))). До скорых встреч!