Аппараты автоматического регулирования параметров

    Д1, Д2, Д7-Д13 - выпрямительные диоды; Д3-Д6, Д14, Д15, Д17 - стабилизаторы; Т1-Т3 - транзисторы; Т4, Т5 - тиристоры; С1-С4 - конденсаторы; R1-R9, R11 - резисторы; Др1, Др2 - дроссели

    Бесконтактный регулятор напряжения БРН-38 подцерживает напряжение вспомогателыюго генератора тепловоза (75±1) В в рабочем диапазоне изменения частоты вращения и тока нагрузки якоря, состоит из измерительного и регулирующего органов. В состав измерительного органа входят стабилитроны Д3(Д6), Д4, Д5, транзисторы Tl, Т2, ТЗ, резисторы Rl, RЗ, R4, R5, потенццометр R2 и конденсатор С1. Измерительный орган собран по мостовой схеме с транзистором Т1 в диагонали моста.
    Напряжение на стабилитроне Д3(Д6) сравнивается с напряжением на резисторе RЗ и части резистора R2 (между движком резистора R2 и «минусом» схемы), пропорциональным напряжению вспомогательного генератора. Стабилитрон Д6 является резервным. Потенциометр R2 служит для настройки регулятора на заданное напряжение.
    Регулирующий орган состоит из тиристоров Т4, Т5, диодов Д8-Д13, Д16, Д18, резисторов R6-R9, стабилитронов Д14, Д15, Д17, дросселей Др1, Др2 и конденсаторов С2-С4. Нагрузкой регулирующего органа является обмотка возбуждения вспомогательного генератора.

    Т4, Т5 - тиристоры; С2 - разделительный конденсатор; R6, R7 - резисторы; Д16 - стабилитрон; Д6 - ограничительный диод; Др1, Др2 - дроссели; ОВ - обмотка возбуждения; БА - аккумуляторная батарея; Р - контакт реле управления.

    Регулирующий орган представляет собой мультивибратор на тиристорах Т4, Т5. При появлении напряжения на обмотке возбуждения появляется напряжение на аноде тиристора Т4, тиристор Т4 открывается. Конденсатор С2 заряжается. При определенном напряжении заряда конденсатора С2 открывается тиристор Т5. Конденсатор разряжается через открывшийся тиристор Т5, при этом напряжении обратной полярности прикладывается к тиристору Т4, и он закрывается. Начинается перезаряд конденсатора С2 через обмотку возбуждения и открытый тиристор Т5. В результате тиристор Т4 открывается, а тиристор Т5 закрывается разрядным током конденсатора С2. Процесс повторяется многократно. Устанавливается режим автоколебаний с частотой, определяемой резистором R7 и конденсатором С2.
    В схеме управления регулятор работает следующим образом. После пуска дизеля напряжение вспомогательного генератора увеличивается пропорционально частоте вращения якоря. Между движком потенциометра R2 и "минусом" схемы появляется напряжение, пропорциональное напряжению вспомогательного генератора. При этом к переходу база-эмиттер транзистора Tl прикладывается разность потенциалов между движком потенциометра R2 и анодом стабилитрона ДЗ. Когда напряжение вспомогательного генератора достигнет 75В, открывается транзистор Т1, что приводит к открытию транзисторов Т2 и ТЗ. Открытый транзистор ТЗ шунтирует переход управляющий электрод-катод тиристора Т4. Ток управления тиристора Т4 резко уменьшается благодаря наличию стабилитрона ДП. При этом тиристор Т4 включиться не может. Это приводит к уменьшению тока возбуждения и снижению напряжения вспомогательного генератора. Напряжение снижается до тех пор, пока напряжение в измерительной диагонали моста, т.е. на входе транзистора Т1, не уменьшится настолько, что транзистор Т1, а следовательно, и транзисторы Т2 и ТЗ закроются. После этого тиристор Т4 откроется, и процесс повторится.
    Процесс регулирования напряжения вспомогательного генератора имеет колебательный характер, частота которого определяется его электрическими и механическими параметрами.
    Стабилитроны Д4, Дб служат в качестве термокомпенсатора. Диод Д7 служит для уменьшения тока утечки транзистора Tl, диоды Д1, Д2 - для защиты переходов транзистора Т1; диоды Д8, Д16 - для защиты переходов тиристоров Т4, Т6 от перенапряжений при перезарядке конденсатора С2. Диод Д8 служит для защиты перехода эмиттер-коллектор транзистора ТЗ и перехода база-коллектор транзистора Т2. Стабилитрон Д17 создает отрицательное смещение на управляющем электроде тиристора Т4, чем обеспечивается отсечка тока управления тиристора Т4 при открытом транзисторе ТЗ. Для предотвращения потери управляемости служат отсекающие диоды Д11, Д12, Д18. Дроссели Дрl, Др2 предназначены для защиты тиристоров Т4, Т5 от коммутационных импульсов тока. Резисторы R8, R9 и конденсаторы С3, С4 используются для повышения помехоустойчивости регулятора.

    а - общий вид; б - схема; Н1, К1, Н2, К2 - начало и конец рабочих обмоток; НС, КС - начало и конец стабилизирующей обмотки; Н3-К3 - начало и конец задающей обмотки; НР и КР - начало и конец регулировочной обмотки; НУ и КУ - начало и конец обмотки управления. Зажимы в скобках не видны.

    Амплистат возбуждения АВ-3А регулирует ток возбуждения тягового генератора. Это магнитный усилитель с внутренней обратной связью с двумя магнитопроводами, на каждом из которых намотано по одной рабочей обмотке. Обмотки подмагничивания амплистата -управляющая ОУ, задаю­щая ОЗ, регулировочная ОР и стабилизирующая ОС - обхватывают оба магнитопровода, которые стягиваются шпильками с помощью уголков. Выводы катушек выполнены проводами на специальных изолированных панелях.
    Принцип действия амплистата основан на использовании явления магнитного насыщения стали. Рабочие обмотки (обмотки переменного тока) представляют для переменного тока индуктивное сопротивление. По мере увеличения напряженности магнитного поля (при увеличении частоты питания рабочих обмоток переменным током от синхронного подвозбудителя) сталь сердечников насыщается, а магнитная проницаемость уменьшается, т.е. уменьшается индуктивность рабочих обмоток. Если одну из управляющих обмоток питать постоянным током и тем самым увеличить насыщение сердечника, то вследствие уменьшения индуктивности рабочих обмоток их индуктивное сопротивление уменьшается, следовательно, ток в рабочих обмотках, в цепь которых включена нагрузка, возрастает. Чем больше ток управления, тем меньше индуктивное сопротивление рабочих обмоток и тем больше ток нагрузки.
    Управляющая обмотка включена встречно задающей и регулировочной так что намагничивающие силы вычитаются.

    1 - стяжная шпилька; 2 - угольник; 3 - катушка; 4 - контактный вывод

    Трансформаторы постоянного тока ТПТ-21, ТПТ-22 служат для измерения тока в цепи тяговых электродвигателей тепловоза. Выполнены трансформаторы без собственной первичной обмотки. Первичной, или управляющей, обмоткой служат один или два кабеля, пропущенные через центральное отверстие трансформатора. Каждый трансформатор состоит из двух кольцевых катушек индуктивности с сердечниками, на которых намотаны рабочие обмотки. Рабочие обмотки соединены между собой встречно.
Для снижения влияния помех, создаваемых посторонними сильноточными кабелями и стальными массами и влияющих на результаты измерения трансформатора постоянного тока, каждая рабочая обмотка состоит из четырех секций, электрически соединенных параллельно. Сердечники с рабочими обмотками и арматура для крепления угольников залиты эпоксидным компаундом.
Принцип работы трансформатора постоянного тока такой же, как и магнитного усилителя, т. е. индуктивное сопротивление рабочих обмоток изменяется под влиянием подмагничивания обмотки управления - в данном случае силовых кабелей, по которым протекает ток тяговых электродвигателей. При увеличении тока тяговых электродвигателей степень насыщения сердечников увеличивается, индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается и ток в рабочей цепи трансформатора увеличивается. Таким образом, ток в рабочей цепи трансформатора постоянного тока пропорционален току тяговых двигателей.

    Трансформатор постоянного напряжения ТПН-ЗА предназначен для измерения напряжения тягового генератора. Он состоит из двух кольцевых катушек индуктивности с сердечниками, на каждом из которых намотана рабочая обмотка. Между собой рабочие обмотки соединены встречно. Управляющая обмотка намотана на оба сердечника. Сердечники трансформатора с обмотками и шпильками залиты эпоксидным компаундом. К шпилькам прикреплены угольники, с помощью которых трансформатор устанавливается на тепловозе.
    Принцип работы трансформатора постоянного напряжения основан на изменении индуктивных сопротивлений рабочих обмоток под влиянием подмагничивания обмотки управления. Выходным параметром трансформатора является вторичный ток, величина которого пропорциональна первичному напряжению трансформатора.
    При увеличении напряжения тягового генератора степень насыщения сердечников увеличивается, индуктивное сопротивление рабочих обмоток при этом уменьшается и ток в его рабочих обмотках увеличивается. Следовательно ток в рабочей цепи трансформатора постоянного напряжения пропорционален напряжению тягового генератора. Вместо трансформатора ТПН-ЗА может быть установлен трансформатор ТПН-61.

    Блок тахометрический БА-420 получает и подает в задающую обмотку амплистата возбуждения сигнал, пропорциональный частоте вращения вала дизеля (частоте синхронного подвозбудителя). Блок состоит из насыщающего трансформатора 9, компенсирующего трансформатора 10, выпрямительного моста (состоящего из диодов 6) и сглаживающего фильтра (состоящего из дросселя 7, конденсаторов 2 и резистора 3). Трансформаторы установлены друг на друге и стянуты шпилькой 8.
    Детали блока размещены в корпусе 4, закрывающемся крышкой 12, которая крепится к корпусу винтами. На передней стенке крышки помещена схема 11 блока. Все электрические соединения внутри блока и выводы к лепесткам колодки штепсельного разъема 1 выполнены проводом 5. Блок к схеме регулирования тепловоза присоединяется с помощью вставки штепсельного разъема 13.
    Принцип работы блока. Входное напряжение от синхронного подвозбудителя подается на последовательно включенные первичные обмотки насыщающего и компенсирующего трансформаторов TP1 и ТР2. Частота питающего напряжения пропорциональна частоте вращения вала дизеля. В определенный момент времени входное напряжение насыщает сердечник трансформатора ТР1, после чего изменение индукции в нем определяется изменением намагничивающего потока в первичной обмотке. В следующий полупериод, когда входное напряжение меняет знак, сердечник трансформатора ТР1 выходит из зоны насыщения и начинает перемагничиваться в противоположном направлении. При этом скорость изменения индукции в сердечнике определяется мгновенным значением приложенного напряжения и практически не зависит от намагничивающего тока до момента насыщения сердечника. Среднее значение напряжения на вторичной обмотке ТР1 зависит только от частоты и не зависит от напряжения питания. Однако изменение индукции сердечника после его насыщения, обусловленное неидеальностью петли гистерезиса, вносит погрешность в измерение частоты.
    Для повышения точности измерения частоты применен компенсирующий трансформатор ТР2, у которого по первичной обмотке протекает намагничивающий ток трансформатора ТР1, а вторичная обмотка включена встречно с вторичной обмоткой трансформатора ТР1 и ее э. д. с. компенсирует ту часть э. д.с. вторичной обмотки, которая обусловлена изменением намагничивающего тока при насыщении сердечника. Выходное напряжение трансформаторов ТР1 и ТР2 выпрямляется диодами, а его пульсация сглаживается фильтром (дроссель Др, конденсаторы С и резистор R).

    Трансформатор стабилизирующий ТС-2 улучшает динамические характеристики схемы возбуждения тепловоза. Трансформатор представляет собой набранный из П-образных пластин и полос электротехнической стали магнитный сердечник. На магнитном сердечнике расположена катушка с первичной и вторичной обмотками, выводы которых размещены на пластмассовых панелях. Конструкция трансформатора предусматривает возможность регулировки воздушного зазора между ярмом и сердечником с помощью немагнитных прокладок из прессшпана. Масса трансформатора 38 кг.
    Первичная обмотка через резистор СГС включена на напряжение возбудителя, а от вторичной обмотки получает питание стабилизирующая обмотка амплистата. Стабилизирующий трансформатор работает только при переходных процессах в схеме. При быстром нарастании напряжения возбудителя он создает отрицательный сигнал в амплистате, в результате чего скорость нарастания напряжения значительно уменьшается.
    Подобным же образом стабилизирующий трансформатор замедляет снижение напряжения возбудителя. Благодаря замедленному протеканию переходных процессов работа схемы становится устойчивой.

    Трансформатор распределительный ТР-23 предназначен для питания цепей переменного тока и напряжения, а также амплистата возбуждения и индуктивного датчика в схеме электропередачи тепловоза. Он представляет собой трансформатор кольцевого типа, состоящий из сердечника, намотанного в кольцо из ленты электротехнической стали, и намотанных на сердечник обмоток. Концы обмоток припаяны к выводам, собранным на изоляционной панели. Сердечник обмотки и панель залиты компаундом на основе эпоксидной смолы. Слой эпоксидной изоляции на торце, противоположном панели выводов, служит привалочной поверхностью для крепления трансформатора на тепловозе. Крепится трансформатор болтом, проходящим через центральное отверстие сердечника.
    От источника переменного тока (синхронного подвозбудителя) к первичной обмотке подводится переменное напряжение. Ток, протекающий в этой обмотке, создает магнитный поток, направленный по стали замкнутого сердечника. Во вторичных обмотках от потока индуцируется переменное напряжение, величина которого зависит от числа витков первичной и вторичной обмоток.
    От выводов вторичных обмоток питание распределяется к различным потребителям.

    Индуктивный датчик ИД-31 предназначен для дополнительного регулирования тяговой мощности посредством изменения тока в регулировочной обмотке амплистата. Индуктивный датчик состоит из неподвижной системы - катушки 2, заключенной в стальной магнитный сердечник 1, и перемещающегося внутри катушки якоря 4. Напряжение подводится к штепсельному разъему 5. Катушка, магнитный сердечник - стальной корпус и штепсельный разъем объединены в неразъемный блок путем заливки изоляционным компаундом. Неподвижная часть (корпус) датчика сочленена с объединенным регулятором дизеля с помощью фланца 3. Подвижная часть (якорь) соединяется со штоком сервомотора регулятора.
    Датчик представляет собой электрический преобразователь, в котором линейное перемещение подвижной части (якоря) вызывает изменение индуктивности и, следовательно, полного электрического сопротивления катушки переменному току.
    Регулятор мощности, перемещая якорь индуктивного датчика, стремится поддержать мощность генератора равной свободной мощности дизеля. При этом наибольший сигнал индуктивного датчика соответствует положению якоря, выдвинутому на 65 мм в сторону крепежного фланца. Наименьший сигнал датчика соответствует наибольшему втянутому положению якоря датчика, при котором торец конической части якоря совпадает с торцом корпуса датчика.

    а - общий вид; б - электрическая схема регулятора; 1 - пружинодержатель; 2 - пружина цилиндрическая; 3, 15 - подвижные катушки (3 - тока, 15 - напряжения); 4 - шпильки; 5 - шайба; 6 - каркас подвижных катушек; 7 - стойка; 8 - алюминиевая контактная планка; 9 - контактная колодка; 10 - текстолитовая планка; 11 - контакты неподвижные (пальцы); 12 - винты регулировочные; 13 - наконечники для проводов; 14 - винт компенсирующий; 16, 17 - полюсы; 18 - пружина плоская; 19 - сердечник; 20 - стакан; 21 - неподвижная катушка; 22 - основание; 23 - противовес; R1, R2 - регулируемые резисторы; Ш1-Ш2 - обмотка независимого возбуждения вспомогательного генератора.

    Регулятор напряжения типа ТРН-1 поддерживает практически постоянное напряжение (75В±3%) на зажимах вспомогательного генератора тепловоза при изменении частоты вращения его вала и нагрузки в рабочем диапазоне.
    Регулятор электродинамический, контактно-реостатный, по способу регулирования - вибрационный.
    Регулятор имеет катушки: подвижную, состоящую из обмотки тока 3 и обмотки напряжения 15, и неподвижную 21 с общей магнитной системой. Магнитные потоки обмоток тока и напряжения направлены встречно. Обмотка тока включена последовательно с обмоткой возбуждения вспомогательного генератора и ток в ней равен току возбуждения. Подвижная катушка жестко связана с контактной планкой 8. Подвижная система регулятора подвешена на четырех плоских 18 и двух цилиндрических 2 пружинах, создающих противодействующий момент регулятора. При перемещении подвижной системы контактная планка замыкает (при движении вверх) или размыкает (при движении вниз) контактные пальцы 11 и тем самым изменяет величину сопротивления в цепи обмотки возбуждения вспо­могательного генератора.
    Неподвижная катушка имеет одну обмотку, магнитный поток которой направлен согласно с обмоткой напряжения подвижной катушки.
    Неподвижная катушка подключается так, что ток в ней пропорционален напряжению вспомогательного генератора. Подвижная система регулятора уравновешена противовесом 23, устраняющим влияние тряски на работу регулятора. Очередность замыкания контактов подвижной контактной планкой показана на рисунке (Д-Д).
    Намагничивающие силы неподвижной катушки и обмотки напряжения подвижной катушки направлены в одну сторону и сила взаимодействия их примерно пропорциональна напряжению вспомогательного генератора. Намагничивающая сила обмотки тока направлена навстречу намагничивающей силе обмоток напряжения и неподвижной.
    При нормальном напряжении вспомогательного генератора (75В±3%) подвижная катушка находится в равновесии или вибрирует между двумя соседними парами контактных пальцев; в цепь возбуждения вспомогательного генератора введены ступени резисторов R1 и R2. При увеличении напряжения вспомогательного генератора выше номинальной величины ток в неподвижной обмотке и обмотке тока возрастает, подвижная катушка притягивается к неподвижной, контактная планка вводит дополнительно часть резисторов R1 и R2 в цепь возбуждения вспомогательного генератора, чем уменьшает его напряжение. Наоборот, при снижении напряжения вспомогательного генератора контактная планка закорачивает часть резисторов R1 и R2 и тем самым увеличивает ток возбуждения вспомогательного генератора, а следовательно, и его напряжение.