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;

Rя – 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.