§ 75. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ГЛАВНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ, ГРЕБНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ГЭУ
Некоторые конструктивные отличия главных генераторов и гребных электродвигателей от обычных электрических машин объясняются прежде всего их большой мощностью и сложными эксплуатационными условиями.
У машин постоянного тока большой мощности, как отмечалось, трудно обеспечить условия безыскровой коммутации на коллекторе. Для улучшения коммутации у всех машин постоянного тока применяют дополнительные полюса ДП (рис. 175), которые компенсируют поле реакции якоря в зоне коммутации, т. е. между главными полюсами ГП. Как известно, в этой зоне находятся те секции обмотки якоря, которые в данный момент замыкаются
щетками накоротко. Если дополнительные полюса достаточно хорошо компенсируют поле в зоне коммутации, то э. д. с. в этих секциях близка к нулю и искрения под щетками не возникает.
Рис. 175. Схема расположения компенсационной обмотки в машине постоянного тока
Наибольшая часть поля, созданного током обмотки якоря, располагается под главными полюсами. Это поле накладывается на поле возбуждения машины и сильно искажает его (поперечная реакция якоря). Под одним краем главных полюсов магнитная индукция резко уменьшается, а под другим — почти в такой же степени возрастает. В результате в тех секциях обмотки якоря, которые в данный момент проходят в зоне с высокой индукцией, наводится большая э. д. с., а в других секциях — маленькая. Это приводит к тому, что напряжение между коллекторными пластинами распределяется неравномерно: между одними пластинами оно довольно значительно возрастает, между другими — уменьшается.
Незначительное попадание угольной пыли между коллекторными пластинами с повышенным в этот момент времени напряжением может вызвать возникновение электрической дуги, которая распространится на весь коллектор и приведет к аварии электрической машины. В машинах малой и средней мощности напряжением 220 В такое явление наблюдается редко. В машинах большой мощности напряжением 400, 600, 800 В для предотвращения возникновения дуги на коллекторе применяют компенсационную обмотку КО (см. рис. 175).
Секции КО укладывают в пазы полюсных наконечников. Она включается, как и обмотка дополнительных полюсов, последовательно с обмоткой якоря. КО уничтожает поперечную реакцию якоря, сохраняя этим равномерное распределение как индукции под полюсами, так и, следовательно, напряжения между коллекторными пластинами.
Главные генераторы и гребные электродвигатели имеют обычно защищенное исполнение, нижнюю часть ГЭД иногда выполняют еще и водозащищенной.
Главные электрические машины ГЭУ оборудуют принудительной вентиляцией по замкнутому или разомкнутому циклу. Нагретый воздух при выходе из машины пропускается через воздухоохладители с забортной водой. Правила Регистра СССР требуют непрерывного контроля температуры охлаждающего воздуха и его влажности при замкнутой системе вентиляции.
В электрических машинах постоянного тока имеются смотровые окна для наблюдения за состоянием коллектора и щеточного аппарата без снятия крышек.
Все главные электрические машины оборудуют электрогрелками, которые поддерживают температуру обмоток неработающих машин на 3—5°С выше температуры окружающей среды. Таким путем предотвращается отсыревание обмоток и уменьшение сопротивления их изоляции.
Для подшипников скольжения главных электрических машин имеется система принудительной смазки под давлением. Система смазки обеспечивается двумя насосами смазочного масла, один из которых является резервным. За давлением и температурой масла необходим непрерывный контроль.
Гребные электродвигатели постоянного тока обычно имеют двухъякорную конструкцию. Фактически это два двигателя, расположенные в одном корпусе. У двухъякорного двигателя проще обеспечить удовлетворительную коммутацию. Его масса и размеры больше примерно на 30%, чем одноякорного такой же мощности и с такой же частотой вращения, а к. п. д. на 1—2% меньше. Однако внешний диаметр якорей у двухъякорного двигателя меньше, а значит, меньше и момент инерции вращающихся частей, что способствует более быстрому разгону и торможению двигателя и уменьшению потерь энергии в переходных процессах.
Применение двухъякорного электродвигателя повышает надежность ГЭУ, так как при выходе из строя одного якоря в работе остается другой.
Для возбуждения главных генераторов и гребных электродвигателей применяют специальные возбудители, которые приводятся во вращение электродвигателями постоянного или переменного тока в зависимости от рода тока вспомогательной электростанции судна. Часто на одном валу с возбудителем располагается небольшая электрическая машина постоянного тока для питания цепей управления и обмоток возбуждения возбудителей.
Соединение приводного двигателя с возбудителями называется агрегатом возбуждения. В различных ГЭУ встречаются двух-, трех-, четырех- и пятимашинные агрегаты. Например, гребная электрическая установка ледокола «Ленинград» имеет пять (два резервных) пятимашинных агрегатов возбуждения. Каждый агрегат состоит из: приводного трехфазного асинхронного двигателя; генератора постоянного тока с тремя обмотками возбуждения — возбудителя четырех главных генераторов; генератора постоянного тока — для основного возбуждения двух гребных электродвигателей; генератора постоянного тока — для добавочного возбуждения двух гребных электродвигателей; генератора постоянного тока смешанного возбуждения для питания обмоток возбуждения возбудителей.
В качестве возбудителей применяют обычные генераторы постоянного тока. Генераторы, выполненные с тремя обмотками возбуждения: параллельной, последовательной и независимой (задающей), называются трехобмоточными возбудителями. Они позволяют улучшить статические и динамические характеристики ГЭУ.
В качестве возбудителей на современных электродах распространены ЭМУ с поперечным полем (амплидины) и с продольным (рототролы). В отличие от обычных генераторов постоянного тока, они обладают значительно большими коэффициентом усиления и быстродействием, что важно для создания систем автоматического управления ГЭУ.
Электромашинные усилители, имея высокие технические показатели, являются весьма «капризными» машинами, требуют тщательного ухода за коллектором и щеточным аппаратом. Причем для обслуживания и настройки их требуются достаточно высокая квалификация и определенный опыт.
В последнее время в ГЭУ для возбуждения главных генераторов и гребных электродвигателей начинают применять статические преобразователи на полупроводниковых элементах. Этим повышается надежность установок, сокращаются эксплуатационные расходы, упрощается обслуживание.
Например, на ледоколах «Ермак», «Красин» и «Адмирал Макаров», на атомоходах «Арктика» и «Сибирь», ледоколах типа «Капитан Сорокин» и «Капитан Измайлов» обмотки возбуждения главных генераторов и гребных двигателей получают питание от судовой сети переменного тока через управляемые тиристорные выпрямители, которые заменили электромашинные возбудители традиционных ГЭУ.
