Генераторы постоянного тока пассажирских вагонов

ГЕНЕРАТОРЫ

Генераторы постоянного тока пассажирских вагонов

В пассажирских вагонах постройки ГДР, ПНР и ВНР установле­ны генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением. На вагонах без кондиционирования воздуха постройки ГДР применяют генератор типа 23.07/21 или его модификации 23.07/11,15, 17 u 19, а на вагонах постройки ПНР — однотипный с ним генератор PW-l14a. На вагонах с кондиционированием воздуха используют генераторы K694L и DUGG-28B. Основные технические данные генераторов при­ведены в табл. 1.

Ток нагрузки генератора I_н, а следовательно, и ток в обмотке якоря I_я»I_н  определяются мощностью подключен­ных к генератору потребителей и током заряда аккумуляторной батареи. Ток возбуждения I_в зависит от работы регулятора РНГ, кото­рый изменяет его так, чтобы обеспечить стабилизацию напряжения генератора.

Электрические и магнитные свойства генераторов постоянного тока, применяемых на пассажирских вагонах, определяются как и для стационарных машин, по их характеристикам (характеристика хо­лостого хода, внешняя, регулировочная и скоростная). Однако у ге­нераторов с приводом от оси колесной пары частота вращения изме­няется, поэтому в отличие от стационарных машин у них характери­стика каждого тина — это семейство кривых для всего диапазона частот вращения. Характеристики обычно строятся для относитель­ных значений э.д.с. Е, напряжения U, тока возбуждения I_в и тока

Таблица 1.

Тип генератора	Номинальная длительная мощность кВт	Диапазон рабочей частоты вращения об/мин	Диапазон рабочего напряжения, В	Масса, кг
23/07.21	4,9	550-2900	53-65	185
23/07.11	4,5	650-2100	53-65	185
PW-114а	4.55	650-2600	53-65	185
DUGG-28B	28	600-3000	110-138	1200
K694L	21,5	600-3000	110-135	1000

нагрузки I_н,  выраженных в процентах от их номинального значения. На практике характеристики вагонных генераторов приводят обычно для трех значений частоты вращения п: наименьшей, средней и наи­большей.

Характеристики холостого хода. Этой характеристикой называет­ся зависимость э.д.с. Е генератора (его напряжения U_o при холо­стом ходе) от тока возбуждения при неизменной частоте вращения (рис.1 а). При увеличении тока возбуждения возрастает магнитный поток Ф и э.д.с. генератора Е = с_eпФ. При этом с_е — постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами данной машины (количеством проводников обмотки якоря, ее параллельных ветвей и полюсов), но не зависящий от режима ее работы.

При сравнительно небольших значениях тока возбуждения и по­тока магнитная цепь машины не насыщена и зависимость Е =f(I_в) линейна. Однако при возрастании тока I_в u потока Ф магнитная си­стема насыщается и характеристика холостого хода становится не­линейной. Нелинейность характеристики холостого хода определяется коэффициентом магнитного насыщения к_нас, который представляет собой отношение отрезков аb/ас на магнитной характеристике машины (рис.1, б) при потоке Ф_ном соответствующем значениям Е_ном, и n_ном. Обычно в генераторах постоянного тока к_нас = 1,4-2.

При увеличении частоты вращения уменьшается ток возбуждения (т. е. потока Ф), необходимый для получения заданной э.д.с. Так, при наименьшей частоте вращения n_мин для создания э.д.с. Е_ном необ­ходимо иметь наибольший ток возбуждения I_вмакс; при увеличении частоты вращения до n_макс необходимый ток возбуждения уменьшает­ся и составляет I_{в мин}. При изменении частоты вращения также не­сколько изменяется остаточная э.д.с. E_ост, обусловленная остаточным магнетизмом машины. Характерная особенность генераторов, частота вращения которых изменяется в широких пределах, состоит в том, что, начиная со средней частоты вращения n_ср и выше, генераторы работают при слабом или совсем ненасыщенном магнитопроводе. Даже при наименьшей частоте вращения n_мин э.д.с. Е_ном (точка А} соответствует примерно колену магнитной характеристики. Это объясняется стремлением понизить наибольший ток возбуждения I_вмакс,

Рис.1.Характеристики холостого хода (а) и магнитная характеристика (б)

чтобы создать более благоприятные условия для работы регулятора напряжения и уменьшения его габаритных размеров.

Генератор с параллельным возбуждением является самовозбуждаю­щейся машиной. Самовозбуждение генератора возможно только при выполнении определенных условий. Для установления их рассмотрим  процесс изменения тока i_в в контуре обмотка возбуждения - якорь при режиме холостого хода. Для рассматриваемого контура согласно второму закону Кирхгофа можно написать уравнение

где e. и i_в, — мгновенные значения э д.с. Е и тока I_в; мгновенное значение э.д.с. самоиндукции, индуктируемой в обмотках возбуждения и якоре при изменении тока i_в; u=i_вr_в - мгновенное значение напряжения генератора, приложенное к цени возбуждения; r_в — суммарное сопротивление цепи возбуждения генератора, т. е. обмотки возбуждения и исполнительного органа регулятора РНГ (сопротивлением обмотки якоря и добавочных полюсов можно пре­небречь, тк как они значительно меньше сопротивления обмотки возбуждения); L_в — суммарная индуктивность цепи возбуждения (обмоток возбуждения и якоря).

Все члены, входящие в формулу (1), могут быть изображены гра­фически На рис.2, а показаны зависимость  - кривая 0В, представляющая характеристику холостого хода генератора, и вольт-амперная характеристика сопротивления его цепи возбужде­ния Последняя является прямой OA₁, проходящей че­рез начало координат под углом γ к оси абсцисс; при этом tg γ про­порционален r_в. Из формулы (1) имеем, что

Следовательно, если разность  положительна, то произ­водная  и происходит процесс увеличения тока возбуждения. Установившийся режим будет при , т. е. в точке С пересе­чения характеристики холостого хода 0В с прямой ОА₁. При этом устанавливается постоянное напряжение холостого хода U₀=E₀ и ток возбуждения I_в0, определяемый напряжением генератора и сопротив­лением его цепи возбуждения r_в.

Анализ переходного процесса изменения тока i_в, в контуре обмотка возбуждения - якорь позволяет установить следующие основные условия самовозбуждения.

Процесс самовозбуждения в генераторе может начаться только в том случае, если в начальный момент, когда i_в = 0, в обмотке яко­ря индуктируется некоторая э.д.с. е, которая может быть создана лишь потоком остаточного магнетизма. Поэтому для начала процесса самовозбуждения генератора необходимо, чтобы в

Рис. 1. Графики изменения э.д.с. и напряжения генератора в процессе самовозбуждения

магнитной цепи машины был поток остаточного магнетизма, индуктирующий в обмотке якоря э.д.с. Е_ост.

При включении обмотки возбуждения ее м. д. с. должна быть на­правлена согласно с м. д. с. остаточного магнетизма. В этом случае под действием разности  происходит процесс нарастания тока i_в магнитного потока машины и э.д.с. е.