Назначение и устройство регулятора напряжения (чувствительный элемент).

Якорь вспомогательного генератора, обеспечивающего питание всех низковольтных потребителей тепловоза, получает привод от коленчатого вала дизеля, частота вращения которого меняется в диапазоне 350 - 750 об/мин. Электродвижущую силу Е, индуцируемую в обмотке якоря генератора, определяют по формуле закона электромагнитной индукции:

Е = СеФп,                                                     (1)

где, Се – постоянная величина, зависящая от конструктивного выполнения машины;

Ф – магнитный поток генератора;

п – частота вращения якоря.

Так как частота вращения якоря вспомогательного генератора меняется в зависимости от позиции контроллера, то может измениться и значение э.д.с. Е.

Напряжение U на зажимах вспомогательного генератора зависит как от э.д.с. Е, так и от тока нагрузки, т.е. от количества и мощности подключенных к генератору потребителей:

U = Е – IRя,                                                  (2)

где, I – ток нагрузки машины;

R я – сопротивление обмотки якоря.

Например, включение электродвигателя МВХ привода вентилятора холодильника вспомогательного контура мощностью 7,5 кВт (при мощности самого вспомогательного генератора 14,4 кВт) может значительно снизить напряжение вспомогательного генератора, так как ток нагрузки этого электродвигателя достигает 80 А.

Однако, колебание напряжения на зажимах вспомогательного генератора приводило бы к нежелательным явлениям. Например, изменение напряжения в цепях освещения тепловоза значительно сокращает срок службы ламп, понижение напряжения в цепях управления может вызвать отключение аппаратов, а повышение напряжения – перегрев катушек их приводов.

Такой потребитель, как аккумуляторная батарея, требует для нормальной зарядки постоянства подводимого напряжения. Следует также учитывать, что одним из потребителей вспомогательного генератора является независимая обмотка возбуждения возбудителя. От величины тока, протекающего по этой обмотке, зависит мощность тягового генератора, а значит, и сила тяги тепловоза. Вот почему необходимым условием нормальной работы электрооборудования тепловоза является постоянство напряжения вспомогательного генератора, которое обеспечивается автоматически специальным аппаратом – регулятором напряжения.

Из формулы (2) видно, что регулировать напряжение и генератора постоянного тока можно только за счет э.д.с. Е, определяемой по формуле (1). При переменной частоте вращения якоря п влиять на э.д.с. Е можно только изменением магнитного потока Ф, который зависит от числа витков обмотки возбуждения генератора и тока в ней. Работа тепловозных регуляторов напряжения сводится к тому, что они автоматически меняют ток в обмотке возбуждения вспомогательного генератора обратно-пропорционально изменению напряжения на его зажимах.

Регулятор напряжения (Рис. 175) На тепловозе ЧМЭЗ применен контактный регулятор типа RGD221, поддерживающий напряжение на зажимах вспомогательного генератора 115_-2⁺⁴ В во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала и при любой нагрузке.

Регулятор напряжения (РН) вместе с резисторами и конденсаторами смонтирован на двух текстолитовых панелях А и Б, укрепленных в аппаратной камере тепловоза. Основными узлами регулятора являются чувствительный элемент и контактная система.

Рис. 175. Регулятор напряжения типа RGD 221:

1 – подвижная катушка; 2 – латунный каркас; 3 – якорь; 4 – ось, 5 – вкладыш; 6, 34 – стержни; 7 – крюк; 8 – текстолитовая колодочка; 9, 10, 17 – держатели; 11, 16 – распределительные резисторы; 12 – левый неподвижный контакт; 13 – подвижный контакт; 14 – правый неподвижный контакт; 15 – конденсатор; 18 – регулировочная пружина; 19 – гайка; 20 – контргайка; 21 – регулировочный болт; 22 – ярмо; 23 – сердечник; 24 – стопорный винт; 25 – неподвижная катушка; 26, 30, 33 – винты; 27 – медная пластина; 28 – резистор обратной связи;
29 – латунная пластина; 31 – планка; 32 – сухари; 153, 154, 155, 162 – зажимы;

А, Б – панели; а – воздушный зазор; б, в – выступы; г – стержень; д – хвостовик; е – цилиндр; ж – накладка.

Чувствительный элемент - предназначенный для автоматического контроля за напряжением вспомогательного генератора, состоит: из двух катушек (неподвижная и подвижная), магнитопровода и регулировочной пружины.

Неподвижная катушка 25 надета на стальной цилиндрический сердечник 23, ввернутый в ярмо 22 и дополнительно застопоренный винтом 24. Катушка 25 выполнена из изолированного медного провода диаметром 0,63 мм и имеет 2100 витков. Концы катушки присоединены к зажимам 153 и 155, расположенным в нижней части панели Б (на рис.175 все зажимы обозначены номерами присоединяемых к ним проводов).

П-образное ярмо 22 отлито из чугуна и укреплено на правой панели Б тремя винтами 26. В торце ярма сделано сквозное отверстие с резьбой (М20) под сердечник, а с противоположной стороны в приливе ярма расточено отверстие диаметром 65 мм, через которое проходит выступающий конец сердеч-ника 23 диаметром 42 мм.

Подвижная катушка 1, намотанная на латунный каркас из изолированного медного провода диаметром 0,53 мм и имеющая 500 витков, находится в кольцевом воздушном зазоре а между ярмом и свободным концом сердечника. Один конец подвижной катушки припаян к каркасу 2, а другой соединен гибкой перемычкой с зажимом 154. Последовательное соединение подвижной 1 и неподвижной 25 катушек обеспечивается медной пластиной 27, прикрепленной к тыльной стороне панели зажимом 155 и одним из трех винтов 26.

Каркас 2 подвижной катушки присоединен к нижнему концу якоря 3, изготовленного из двух латунных пластин, каждая из которых представляет собой фигурный двуплечий рычаг. Осью якоря служит стержень 4 квадратного сечения, концы которого опираются на вкладыши 5, установленные в выступах б ярма. Стержень 4 зафиксирован от смещения и поворота двумя винтами 30 (М4), ввернутыми в латунные планки 31, которые прикреплены к ярму двумя винтами.

Регулировочная пружина. Над стержнем 4 расположен квадратный стержень 6, предназначенный для соединения якоря с регулировочной пружиной 18. Один конец пружины соединен с крюком 7, надетым на стержень 6, а другой – со специальной гай-кой 19, в которую ввернут регулировочный болт 21 (М6), проходящий через отверстие диаметром 7 мм в выступе в ярма. После регулировки аппарата на стенде положение болта 21 фиксируют двумя контргайками 20. Стержни 4 и 6 стянуты между собой четырьмя сухарями 32 и двумя винтами 33 (М4). Для ограничения поворота якоря на каркасе подвижной катушки укреплен латунный стержень 34 диаметром 5 мм, входящий в прямоугольный вырез латунной пластины 29, прикрепленной к ярму.

2. Устройство регулятора напряжения (контактная группа).

Контактная система регулятора - позволяет менять ток в обмотке параллельного возбуждения вспомогательного генератора (ВГ) за счет изменения сопротивления в ее цепи. Система состоит из пары подвижных и двух пар неподвижных контактов, имеющих цилиндрическую форму.

Подвижные контакты 13 прикреплены винтами к латунному держа-телю 9, который соединен четырьмя винтами с верхним концом якоря, но изолирован от него двумя текстолитовыми колодочками 8.

С обеих сторон от подвижных контактов расположены левые 12 и правые 14 неподвижные контакты. Они закреплены на латунных цилиндрических стержнях г, проходящих через разрезные латунные держатели 10 и 17. Каждый держатель имеет хвостовик д с резьбой (М8) для крепления к изоляционной панели. Такая конструкция позволяет регулировать положение неподвижных контактов.

Неподвижные контакты начинают устанавливать с фиксации правых контактов 14. Контакты расположены правильно, если при упоре в них подвижных контактов 13 стержень 34 смещен от центра прямоугольного выреза
пластины 29 на 1,5 мм влево. Левые неподвижные контакты 12 должны быть установлены так, чтобы зазор между ними и подвижными контактами 13 был равен 2,5 мм.

Рис. 176. Монтажная схема регулятора напряжения.

Подвижный контакт 13 выполнен комбинированным, т.е. левая его часть представляет цилиндр е из электрографитированного угля, а правая часть – металлокерамическую накладку ж.

Левые неподвижные контакты 12 изготовлены из бронзы и имеют металлокерамические накладки ж, а правые неподвижные контакты 14 – угольные. Таким образом, при вибрации подвижных контактов происходит соприкосновение контактных поверхностей, изготовленных из разных материалов, что уменьшает их износ. Наибольший допустимый износ:

- правых неподвижных контактов – 8 мм;

- левых неподвижных контактов – 2 мм;

- подвижных контактов – 3,5 мм.

В верхней части панели Б укреплены два распределительных резистора 11 и 16 (на рис. 174 они обозначены R 29/2 и R29/1) и два конденсатора 15 (С3 и С4). В нижней части панели установлен резистор 28 (R 27), концы которого соединены гибкими перемычками с зажимами 155 и 162 (зажим 162 укреплен на панели над чувствительным элементом регулятора).

На левой панели А установлены шесть резисторов (R23, R24, R25, R26/1, R26/2 и R28) и шунт амперметра А2. В нижней части панели расположена рейка (клеммник) РШ2 с восемью зажимами, используемыми для подключения резисторов в схему регулятора. (Рис.176.)

Неподвижная НК и подвижная ПК катушки регулятора (см. рис.174) подключены параллельно обмотке якоря вспомогательного генератора через резисторы R24 и R23. Если пренебречь изменением сопротивления катушек и резисторов вследствие их нагрева, то можно считать, что сила тока в катушках зависит только от напряжения на зажимах вспомогательного генератора. Такие катушки, называемые катушками напряжения, являются чувствительным элементом регулятора. Они должны преобразовывать электрическую энергию, получаемую от вспомогательного генератора, в механическую, используемую для передвижения подвижных контактов. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется по принципу использования электромагнитной силы, действующей на проводник в магнитном поле.

Подвижную катушку 1 (см. рис.175.) можно рассматривать как проводник с током, который находится в магнитном поле, создаваемом неподвижной катушкой 25. При одинаковом направлении тока в катушках электромагнитная сила, направление которой определяется по правилу левой руки, вызывает перемещение подвижной катушки в сторону неподвижной (на рис.175 направление этого перемещения показано стрелками А). Так как стержень 4 якоря расположен над катушкой 1, то эта сила стремится повернуть якорь 3 против часовой стрелки, т.е. переместить подвижные контакты 13 в сторону левых неподвижных контактов 12.

Электромагнитной силе противодействует сила регулировочной пружины 18, точка приложения которой выше оси поворота якоря. При обесточенных катушках регулятора пружина, работающая на растяжение, поворачивает якорь по часовой стрелке так, что подвижные контакты прижимаются к правым неподвижным. Именно при таком положении контактов вспомогательный генератор получает первоначальное возбуждение от аккумуляторной батареи.