Конструкция синхронного генератора тепловоза

Принципиально конструкция статора синхронного генератора мало отличается от статора асинхронной машины. Основным отличием является количество фаз. Обмотка статора выполнена в виде двух трехфазных ветвей, соединённых по типу «звезда» сдвинутых в пространстве на 30 электрических градусов. Т.е. можно сказать, что синхронный генератор тепловоза является 6 фазной электрической машиной.

Рисунок 37. Внешний вид синхронного генератора тепловоза 2ТЭ116

 

Такой вариант исполнения выбран из-за особенности нагрузки генератора, а именно выпрямительной установки. Что позволяет снизить пульсации тока после его выпрямления.

 

Рисунок 38. Ротор синхронного генератора: 1 – вал; 2 – полюс обмотки возбуждения; 3 – демпферная обмотка

 

Обмотка возбуждения помещена на ротор явнополюсной конструкции (рис.38). Её выполняют в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках полюсов и укрепляют при помощи полюсных наконечников. Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготавливают из электротехнической стали.

На полюсах ротора устанавливают короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка», состоящую из медных стержней. Она называется успокоительной или демпферной (рис.39), так как она обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих при переходных режимах работы синхронной машины.

 

Рисунок 39. Полюса ротора синхронной машины: 1 – полюс ротора; 2 – стержни беличьей клетки; 3 – короткозамыкающие кольца

 

В полюсах синхронного генератора при пуске и переходных режимах возникают вихревые токи, действие которых эквивалентно действию тока в короткозамкнутых обмотках асинхронных машин. Затухание колебаний ротора при переходных процессах обеспечивается в этом случае вихревыми токами, замыкающимися в массивном роторе.

Основным недостатком синхронной машины является сложность её перевода из генераторного в двигательный режим. Этот режим в тепловозах с генераторами постоянного тока применяется для запуска дизеля от аккумуляторной батареи. Поэтому на тепловозах с синхронным генератором для указанной цели приходится устанавливать  дополнительную электрическую машину постоянного тока (стартер-генератор).

 

Синхронный двигатель

Если асинхронные двигатели для отечественных железных дорог это роскошь, то синхронные – научная фантастика. На сегодняшний день это самый перспективный тяговый привод в мире. Единственной страной, которая сейчас эксплуатирует этот вид привода, является Франция (рис.40). Среди преимуществ синхронного двигателя можно выделить высокий КПД (обусловлен меньшими потери при нагреве), малые массогабаритные показатели, низкая чувствительность к колебаниям напряжения (т.к. его максимальный момент пропорционален напряжению в первой степени, а не квадрату напряжения), что снижает вероятность боксования.

Недостатками являются сложность конструкции, очень низкая статическая устойчивость, трудности при регулировании, сравнительная сложность пуска.

 

 

Рис.40. Французский электропоезд AGV Alstom

 

Основная трудность заключается в том, что синхронный двигатель не имеет пускового момента, а при трогании с составом он должен быть максимальным. Что сделали французы? Проблема регулирования и пуска была решена с помощью современной полупроводниковой техники, а также ряда технических решений (рис. 41).

Рис.41. Тяговый привод электропоезда AGV: 1 – синхронный электродвигатель; 2 – колесная пара; 3 – тяговый редуктор

 

Конструктивной особенностью машины является исполнение индуктора. Он выполнен из постоянных магнитов, что упрощает конструкцию и существенно повышает статическую устойчивость.

Работоспособность привода была успешно доказана при испытаниях поезда AGV, установившего очередной мировой рекорд скорости (578 км/ч).

Заключение

В настоящем учебном пособии кратким курсом прошлись по основным видам тяговых электрических машин на железнодорожном транспорте. Вместо заключения хотелось бы вместе с читателями заглянуть в альтернативное будущее. Сейчас можно встретить большие, мощные и просто гигантские машины (например, на ГЭС). Но интересными машины могут быть не только большие, но и очень маленькие. Сегодня учёные увлекаются созданием вот таких (рис.42) электрических двигателей на основе молекул. Конечно возможная сфера применения подобных «малышей» пока остается под большим вопросом. Но кто знает?

Рис.42 Молекулярный двигатель

 

 

Литература

Рекомендуемая:

1. Дробинский В.А., Егунов П.М. Как устроен и работает тепловоз. М.: Транспорт, 1980, 367 с.

2. Зорохович А.Е., Крылов С.С. Основы электротехники для локомотивных бригад: Учебник для техн. школ. М.: Транспорт, 1987, 414 с.

3. Кельперис П.И., Борцов П.И. Подвижной состав и основы тяги поездов. М.: Транспорт, 1976, 352 с.

4. Сидоров Н.И. Как устроен и работает электровоз. М.: Транспорт, 1980, 223 с.

 

Дополнительная:

5. Брускин Д.Э. Электрические машины. Ч.1-2. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1979, 288 с., 304 с.

6. Грищенко А.В., Стрекопытов В.В. Электрические машины и преобразователи подвижного состава: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования. М.: Издательский центр “Академия”, 2005, 320 с.

7. Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. М.: Транспорт, 1991, 480 с.

8. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч.1-2. М.-Л.: Энергия, 1972, 544 с., 704 с.