Электрические трансмиссии

Электрические трансмиссии
Достоинства электрических трансмиссий
1.
2.
3.
4.
5.
Повышение средней скорости движения
Экономия горючего до 30% на 100 км пути
Простота и легкость управления
Широкий диапазон регулирования тягового усилия.
Отсутствие жесткой связи между генератором и электомотором, что позволяет облегчить
размешение агрегатов и позволяет применить нове методы компоновки.
Эти положительные свойства обуславливаются характеристикой тяговых электромоторов, которые
обеспечивают изменение силы тяги по кривой, близкой к гиперболе.
В свою очередь работа электромоторов определяется характеристикой генератора, который связан
механически с двигателем и электрически с электродвигателями. С одной стороны, генератор имеет те же
угловую скорость и крутящий момент, а следовательно, и мощность, что и двигатель, а с другой – он питает
током электромоторы с непрерывно меняющимся напряжением и силой тока.
Таким образом, независимо от водителя электортрансмиссия обеспечивает при почти неизменной
угловой скорости вала и режиме двигателя движение машины по дороге, имеющей различный профиль и
грунт.
В силу указанных особенностей электротрансмиссия увеличивает срок службы двигателя и обегчает
работу водителя.
Недостатки электротрансмиссии
1.
2.
3.
Несколько сниженный КПД, по сравнению с механической трансмиссией.
Большая масса.
Не обеспечивается возможность торможения двигателем.
Основные элементы электротрансмиссии и предъявляемые к
ней требования
Основными элементами электротрансмиссии являются:
1.
2.
3.
Генератор, который, будучи соединен с первичным двигателем, преобразовывает
механическую энергию в электрическую;
Электомоторы, которые электрически соеденены с генератором и механически с
ведущими колесами, преобразовывают электрическую энергию снова в механическую и
передают ее на ВК;
Аппараты управления, которые позволяют получить необходимые характеристики ТЭД.
Электротрансмиссия должна обеспечить:
1.
2.
3.
4.
5.
Запуск двигателя;
Прямолинейное движение;
Остановку;
Движение задним ходом;
Поворот с рекуперативным торможением.
К этим специальным требованиям также добавляются общетехнические требования:
1.
Малые габариты и масса;
2.
Надежная работа агрегатов трансмисси в условиях, определнных техническим заданием;
3.
Простота монтажа и демонтажа;
4.
5.
Минимальное количество регулеровок;
Безотказность в работе.
Классификация
Электрические трансмиссии делятся на:
1. Собственно электрические;
2. Электромеханические.
Под электормеханическими трансмиссиями понимаются такие, в которых необходимый диапазон
изменения крутящего момента определяется не только электромашинами (генераторами и
электромоторами), но и механическими агрегатами.
По количеству электромоторов электромеханические трансмиссии подразделятюся также на:
1. Двухмоторные;
2. Одномоторные.
В одномоторных трансмиссиях поворот на всех радиусах осуществляется с помощью механических
устройств.
Соответственно способу расширения диапазона регулирования момента при помощи механической
ступени могут существовать две схемы электромеханических трансмиссий:
1. С последовательным включением механической ступени (например немецкий танк
«Мышонок»);
2. С параллельным подводом мощности одновременно электрическим и механическим путем
(наиболее применимый метод).
Выбор типа электромотора
Из сформулированных ранее требований к электротрасмиссиям следует, что наиболее подходящий
электромотор такой, у которого крутящий момент в функции угловой скорости изменяется по гиперболе или
весьма близко к ней, при этом электромотор должен обеспечивать требуемый диапазон регулирования и
иметь малые габариты.
Наиболее близко к гиперболе постоянной мощности проходит характеристика сириесного мотора
постоянного тока и сириесного мотора однофазного тока.
Но необходимость утяжеления электромотора однофазного тока до 30% в сравнении с сириесным
мотором постоянного тока делает его применение менее целесообразным.
Приведем крвткую характеристику двух электромотров постоянного тока: сириесного и шунтувого.
У сириесного мотора обмотка возбуждения включена последовательно с якорной электрообмоткой,
а у шунтового – параллельно.
Компаундный электромотор занимает промежуточное положение между сириесным и шунтовым
электромоторами.
У сириесного электромотора с изменением момента угловая скорость меняется таким образом, что
их произведение (момента на угловую скорость, то есть мощность) остается примерно постоянным, у
шунтового электромотора нооборот – при изменении момента угловая скорость фактически остается
постоянной, при условии постоянства подводимого напряжения.
Регулировка угловой скорости шунтового и сириесного элетромоторов возможна в некоторых
пределах путем изменния магнитного потока.
Характерные особенности каждого из электромоторов, при одинаковом напряжении на зажимах,
выражаются следующими равенствами:
1. Для сириесного электромотора
Ф  f I ;
M  cI 2 ;
n  f I  или n  f M ;
I
 const
i
2.
Для шунтового электромотора
Ф  const ;
M  cI ;
n  c;
I
 const
i
где Ф – магнитный поток; i – cила тока возбуждения; I – сила тока в якоре; М – крутящий момент; п – число
оборотов; с – постоянная электродвигателя.
Приведенные равенства позволяют сделать следующие выводы.
При одном и том же диапазоне регулирования крутящего момента М в сириесном электромоторе
резко сужаются пределы регулирования силы тока I; так, если диапазон изменения момента равен 10, то в
сириесном электромоторе диапазон изменения силы тока будет изменятся от 3 до 6, а в шунтовом он будет
равен 10. Следовательно для сириесного двигателя можно создать более легкий температурный режим, чем
для шунтового.
При использовании шунтового электромотора двигатель машины должен развивать большую
мощность, по сравнению с мощностью, развиваемой им при использовании сириесного электромотора.
Наименьшую из возможных мощностей необходимо развивать двигателю при использовании компаундного
электромотора. Кроме того шунтовый электромотор имеет наибольшие пусковые потери.
Наряду с достоинствами сириесного электромотора, благодаря которым он нашел широкое
применение, ему присущ такой недостаток, как невозможность рекуперативного торможения. Этим
свойством обладают шунтовый и компаундный электродвигатели.
Методы определения основных размеров электромотора
После выбора типа электромотора необходимо правильно рассчитать его основные размеры.
Правильность основных размеров электромоторов важна в том, что от спроектированного электромотора
требуется:
1. Наименьший объем и вес;
2. Соответствующая механическая надежность работы на допустимом температурном режиме и
безыскровая работа коллектора.
Объем или вес электромотора определяется в первую очередь крутящим моментом или
соответствующей ему силой тока. Чем меньше сила тока, снимаемая с коллектора электромотора, тем
меньше его объем и вес.
Связь между крутящим моментом М и объемом якоря электромотора определяется по формуле.
D я2 l я  СМ ,
(1)
где Dя – диаметр якоря, м; М - крутящий момент, кгм; lя – длина якоря, м; С – постоянная
электромашины.
При данной мощности электромотора его сила тока может быть снижена путем повышения
напряжения или угловой скорости электромотора.
Согласно формуле академика Шенфера
D  k3
1000
см,
n
(2)
где k – постоянная; k = 0,8 –1,25; п – обороты в минуту.
Как видим, при одной и той же мощности габариты электромотора уменьшаются при повышении
числа оборотов. Однако увеличивать обороты возможно лишь до определенных границ, за пределами
которых возникают новые трудности.
Окружная скорость коллектора электромотора не должна превышать 70 – 75 м/с. При больших
значениях скоростей возникают значительные центробежные силы, которые разрушают коллектор и
обуславливают выброс обмоток из пазов якоря (разнос коллектора).
Однако и после того, как определена максимальная окружная скорость коллектора, выбор
расчетного момента еще не закончен, так как для скорости машины, соответствующей максимальным
оборотам якоря, определено лишь одно значение передаваемого момента, то есть его минимальное значение.
Выбирая исходные данные для определения размеров электромотора необходимо учитывать
следующие режимы движения машины:
Часовой режим, при котором машина, используя полную мощность двигателя, в течении часа
движется по дороге с коэффициентом сопротивления качению, не превосходящим
определенного значения.
2. Длительный режим, то есть неограниченный по времени режим движения машины, при
котором коэффициент сопротивления качению не выходит за определенные пределы.
3. Кратковременный режим, то есть режим движения машины в течении двух – трех, максимум
пяти минут, в течении которых машина, использует полную мощность, преодолевает
максимально допустимое сопротивление качению.
4. Режим максимальной скорости, при которой машина преодолевает наименьшее сопротивление
качению.
Первые три режима связаны непосредственно с величиной передаваемого момента, то есть в
зависимости от того, какой режим выбран в качестве расчетного, определится и объем электромотора. Надо
выбрать такой режим, при котором электромотор не перегревается и не искрит.
Четвертый режим определяет допустимые центробежные силы, действующие на пластины
коллектора и обмотку якоря. Этот режим лимитирует максимальную скорость, при которой не должны
нарушаться механическая прочность и тепловой режим.
Трудность выбора расчетного момента электромотора, предназначенного для работы в машине,
заключается в том, что первые три режима в машине резко отличаются от таковых в тепловозе и
электровозе.
В тепловозе и электровозе отношение силы тяги при длительном режиме к силе тяги при часовом
режиме и к силе тяге при кратковременном режиме равно 1:1,25:1,5.
Легко видеть, что в машине такого соотношения нет. И если считать, что для максимальной
скорости движения наиболее вероятно сопротивление движение, соответствующее коэффициенту f = 0,06,
и полагая, что часовой и длительный режим в машине тождественны, то для этих режимов в качестве
минимального суммарного сопротивления надо принять fод = 0,15, тогда для кратковременного режима
fок = 0,7 – 0,75.
Таким образом, fод: fок = 1:5.
Следовательно, чтобы выдержать соотношение между fод и fок , принятое в электровозах
необходимо:
1.
Соответственно увеличить fод и следовательно, габариты электромотора.
2.
Ввести механическую ступень с каким-либо передаточным числом, допустим 2.
Тогда, приняв fод = 0,2 и fок = 0,35 – 0,4 можно обеспечить весь диапазон регулирования
момента от fод = 0,2 до fок = 0,7 – 0,8 , не выходя за пределы установившихся соотношений в
коэффициентах fод и fок.
1.
Выводы
1.
2.
Размеры якоря электромотора следует определять на основе режима длительного движения,
чему соответствует коэффициент суммарного сопротивления fо = 0,15 - 0,2.
При обеспечении диапазона регулирования момента не менее 7 для сокращения объема
электромоторов целесообразно вводить механическую ступень с передаточным числом i  2 .
Обеспечение устойчивости работы дизель-генератора
Генератор связан с валом первичного двигателя, поэтому для их совместной работы необходимо
соблюдать следующие условие: при одних и тех же оборотах мощность и момент первичного двигателя
должны быть соответственно равны мощности и моменту генератора:
Nд  N г
.
Мд  Мг
(3)
Здесь Nг и Мг – соответственно мощность и момент на валу генератора.
Генератор связан также с тяговыми электродвигателями, которые при одной и той же мощности и
моменте генератора имеют различные моменты и обороты соответственно сопротивлению движению
машины.
Исходя из условия совместной работы генератора и электромоторов необходимо выдержать
следующие условия:
UI  const  N г
(4)
М г  IbФ  const  М д
(5)
где Ф – магнитный поток главных полюсов генератора; I – ток нагрузки; U – напряжение; b – постоянный
коэффициент, зависящий от конструктивных параметров генератора.
Из выражения (5) следует, что при изменении тока нагрузки, что определяется по сопротивлению
движению машины, необходимо для соблюдения условия Мг = const обратно пропорциональное и
автоматическое изменение магнитного потока Ф.
Таковы требования к генератору, обусловленные его совместной работой с первичным двигателем и
тяговыми электромоторами.
Из условия (4) следует, что характеристика генератора в координатах U, I должна подчинятся
закону гиперболы.
К гиперболической характеристике наиболее подходит шунтовый генератор с противокомпаундной
обмоткой. Таким образом, требованию трансмиссии сравнительно полно удовлетворяет шунтовый генератор
с противокомпаундной обмоткой и сириесные электромоторы.
Несколько замечаний об автоматической приспособляемости генератора при изменении тока
нагрузки.
На рис. 289 в координатах M=f(n) показаны кривые моментов в функции оборотов для первичного
двигателя Мд и генератора Мг, принимая для генератора равенство Мг = const.
Пусть в точке, соответствующей nmax эти кривые пересекаются.
Вследствие изменения сопротивления движению сила тока, снимаемого с генератора,
увеличивается, в соответствии с чем увеличивается момент генератора, под влиянием чего обороты
двигателя падают, пока сила тока в точке, соответствующей оборотам n1 не уравняет моменты двигателя и
генератора. За время падения оборотов и изменения потребляемой силы тока меняется соответственно
магнитный поток Ф.
Так как изменение момента двигателя
М тах
 1,1  1,2 , а изменение потребляемой силы тока
М Ne max
происходит в диапазоне 1 – 8, то вполне возможно, что при следующем увеличении потребляемой силы тока,
кривая Мг уже не пересечет кривую момента дизеля, и последний под нагрузкой генератора заглохнет.
Следовательно, такое регулирование магнитного потока Ф, при котором Мг в функции п меняется
по закону прямой параллельной оси абсцисс, неприемлемо.
x
Допустим, что магнитный поток Ф  f n , где x > 1, тогда можно обеспечить, такое изменение
момента генератора, которое графически показано на рис. 290.
Как видим, при незначительном изменении оборотов п вполне возможно плавное изменение
отдаваемой силы тока во всем диапазоне сопротивлений движению.
Показателем точности автоматической регулировки генератора при всех значениях отдаваемой силы
тока является отношение
 
n
 nmin
,
с  max
nmin
где nmax - обороты двигателя, соответствующие N e max , или, что равносильно, I min , nmin - обороты
двигателя, соответствующие I max .
Весь смысл введения в генератор всякого рода дополнительных обмоток, включения в систему
аккумуляторов, генераторов – возбудителей, бустеров, амплидин – генераторов и тому подобного
заключается в том, чтобы обеспечить весь диапазон потребляемой тяговыми электромоторами силы тока при
наименьшем значении с, автоматически изменяя Ф.
В соответствии с рис. 290, это требование выполняется благодаря тому, что с увеличением тока
нагрузки магнитный поток генератора автоматически уменьшается.
Как уже отмечалось, при установившемся вращении силового агрегата момент первичного
двигателя равен моменту генератора:
М д  М г  IbФ
где Ф – магнитный поток главных полюсов; I – ток нагрузки; b – постоянный коэффициент.
По мере изменения сопротивления движению меняется ток нагрузки генератора; следовательно,
меняется момент генератора Мг и нарушается равновесие между первичным двигателем и генератором.
(6)
При неизменной подаче топлива и увеличении тока нагрузки момент генератора Мг становится
больше крутящего момента первичного двигателя Мд и двигатель снижает число оборотов, его момент
согласно характеристике возрастает, пока не установится равновесие.
При уменьшении тока нагрузки I происходит обратный процесс. Следовательно, для устойчивой
работы силового агрегата необходимо, чтобы равновесие моментов генератора и первичного двигателя
регулировалось автоматически при малом снижении числа оборотов двигателя, но при значительных
изменениях скорости и тягового усилия на колесах. При этом важно, чтобы мощность агрегата оставалась по
возможности постоянной независимо от тока нагрузки (рис. 292). Для сохранения постоянства мощности
необходимо, чтобы напряжение на зажимах генератора менялось обратнопропорционально току нагрузки, то
есть необходимо выдержать равенство UI = const.
Таким образом, нужно иметь генератор, который обладал бы падающей внешней характеристикой.
В идеальном случае это гиперболическая кривая (рис. 292). Внешняя характеристика реального
противокомпаундного генератора не совпадает с идеальной и зависит от характера его возбуждения.
Противокомпаундная обмотка представляет собой сириесную обмотку, включенную навстречу
шунтовой обмотке обычного шунтового генератора.
Чем больше проходящий ток генератора, тем больше ампер-витки сириесной обмотки, которые
вычитаются из ампер-витков шунтовой обмотки, тем меньше суммарный магнитный поток полюсов
генератора и тем больше, следовательно, снижение напряжения генератора.
Однако идеальная характеристика и характеристика противокомпаундного генератора совпадают
всего лишь в двух точках (рис. 292), в остальном диапазоне изменения тока они лишь близки одна к другой.
Поэтому и мощность такого генератора не будет постоянной, и равновесие моторно-генераторной установки
нарушится.
Равновесие восстановится либо при дополнительном регулировании возбуждения шунтовой
обмотки генератора, либо при изменении числа оборотов двигателя, которое происходит до тех пор пока
мощности первичного двигателя и генератора не уравновесятся. Изменение числа оборотов первичного
двигателя в данном случае производится автоматически.
Неустойчивая работа дизель-генераторного агрегата в зависимости от оборотов объясняется тем, что
скорости изменения магнитного потока Ф и тока нагрузка I в формуле (6) неодинаковы: скорость
уменьшения магнитного потока Ф меньше скорости увеличения тока нагрузки I. В результате
электромагнитный момент генератора Мг возрастает. Для сохранения равновесия, то есть равенства Мг =
= Мд, число оборотов двигателя уменьшается, а момент двигателя, соответственно, возрастает.
Но уменьшение числа оборотов агрегата вызывает снижение напряжения и магнитного потока Ф и
тем самым снижение момента генератора Мг. Равновесие моментов Мг = Мд наступает автоматически при
новых значениях тока нагрузки и напряжения вследствие изменения числа оборотов дизель-генераторной
установки.
При значительном снижении числа оборотов первичного двигателя может случится, что его момент
будет падать (двигатель будет работать в неустойчивой зоне) двигатель заглохнет. Чтобы этого не
случилось, нужно изменить подачу топлива или изменить магнитный поток генератора Ф.
Автоматическое регулирование генератора в основном сводится к автоматическому изменению
магнитного потока Ф в зависимости от тока нагрузки и скорости вращения, так чтобы мощность дизельногенераторной установки оставалась постоянной.
Автоматическое регулирование осуществляется путем подбора схемы возбуждения генератора, в
частности путем применения:
1. Противокомпаундной обмотки генератора (немецкие СУ «Фердинанд» и танк «Мышонок»).
2. Специального возбудителя.
3. Амплидин-генератора (американский танк Т-23).
Эти средства обеспечивают генератору падающую внешнюю характеристику, приближающуюся к
идеальной.
Весьма важно, чтобы автоматическая характеристика обеспечивала при любом изменении тока
нагрузки минимальное падение числа оборотов. Это означает, что автоматическое регулирование обеспечит
наиболее полное использование мощности первичного двигателя при всех режимах движения машины.
Из сказанного вытекает, что электротанмиссия с автоматическим регулированием обеспечит
эффективное использование мощности первичного двигателя и бесступенчатое, непрерывное изменение
скорости и тяги на колесах при всех режимах движения машины.
Это обстоятельство облегчает вождение машины, уменьшает время разгона, увеличивает среднюю
скорость движения машины, уменьшает расход топлива и увеличивает срок и надежность работы двигателя
и трансмиссии.
Электрические трансмиссии с амплидинным регулированием
При резком повороте и торможении танка с электротрансмиссией обнаруживаются дефекты, не
заметные при обычной механической трансмиссией.
Пусть танк двигается со скоростью v = 10 м/с и механик-водитель мгновенно затягивает один или
оба тормоза. Тогда момент электромотора изменяется от момента
G
1
Rз
2
iб .п
(7)
G
1
Rз
2
iб .п

то есть момент на валу электромотора увеличивается в n 
раз.
f
(8)
M1  f
до момента
M1  
Допустим, что равнозамедленное движение заторможенного танка продолжается одну секунду,
тогда в течение одной десятой доли секунды замедленного движения мощность на валу электромотора
возрастет в 0,9n раз. Если в механических трансмиссиях это вызовет в некоторых случаях лишь пригорание
обшивок, то в электротрансмиссии такая перегрузка приведет к нарушению нормальной работы
электромашин.
Амплидное регулирование имеет своей целью автоматически установить определенную связь между
скоростью машины и моментами на ведущих колесах при любом положении органов регулирования.
Таким образом, при наличии амплидин-генераторов осуществляется автоматическое управление
машиной.
Амплидин-генратор – специальная машина, позволяющая многократно увеличивать силу тока,
подводимого к ее обмотке возбуждения.
Отношение силы тока во вторичной цепи амплидин-генератора к силе тока возбуждения первичной
цепи может быть доведено до 10000, у обычных шунтовых генераторов это отношение не более 100.
При схеме с амплидин-генераторами ток управления не превышает десятые доли ампера.
Чтобы связать моменты торможения при остановке и повороте танка, необходимо внести в систему
управления, помимо амплидин-генераторов, еще и тахометрический генератор.
На рис. 293 приведена одна из возможных схем управления с амплидин-генераторами.
Здесь Г –основной генератор НГ и ШГ – независимая и шунтовая обмотки генератора;
МЛ и МП – левый и правый электромоторы;
ТГ – тахометрический генератор (мощность 1-2 Вт);
ВМ – обмотка возбуждения электромотора;
АЛ – амплидин-генератор;
ОПР – обмотка возбуждения амплидин-генератора, включенная параллельно цепи главного
тока
ОПС – обмотка возбуждения амплидин-генератора, включенная последовательно с
тахометрическим генератором.
Недостаток этой схемы в том, что она сложна из-за внесения амплидин-генераторов и
тахометрического генератора.
Способы снижения веса электрических машин
Известно, что допустимая мощность электрической машины определяется следующим выражением
n
 б Bб ASD 2 l 10  11 кВт
(9)
60
n - число оборотов в минуту ( n  1500  5000 об/мин);
 б - отношение полюсной дуги ( b ) к полюсному делителю ( t ) (  б  0 ,65  0 ,75 );
Bб - индукция в воздушном зазоре, влияющая на насыщение зубцов якоря ( Bб  7000  10000 );
AS - линейная нагрузка якоря или число ампер-витков, приходящихся на 1 см длины окружности
якоря; AS  300  500 а/см; с увеличением AS увеличивается нагрев электромашины;
D - диаметр якоря, см;
l - длина якоря, см.
N  2
где
Выражение (9) можно представить в следующем виде:
2
N  knD l , кВт
(10)
2
 б Bб AS  10  11 носит название коэффициента использования электромашины, а величина,
60
обратная k , называется постоянной электромашины.
где
k
Из выражения (10) видно, что мощность электрической машины пропорциональна числу оборотов,
геометрическим размерам и коэффициенту использования.
Так как геометрические размеры электрических машин для трансмиссий лимитируются размером и
объемом, то допустимая мощность будет определятся коэффициентом использования k и числом оборотов
n.
При заданной мощности и числе оборотов размеры электрической машины тем меньше, чем больше
коэффициент использования. Однако чрезмерное увеличение коэффициента использования приводит
обычно к перегреву и нарушению нормальной коммутации.
Мощность электрических машин постоянного тока ограничивается условиями безыскровой
коммутации и определяется в основном линейной нагрузкой AS и напряжением l s между двумя соседними
коллекторными пластинами ( l s
 20  30 в).
Увеличение l s для машины данного типа выше предельного значения обычно приводит к
образованию кругового огня на коллекторе.
Чем больше линейная нагрузка AS и пропорциональная ей величина реактивного напряжения в
короткозамкнутой секции, тем сильнее реакция якоря.
Реакция якоря затрудняет коммутацию.
Известно, что в короткозамкнутой секции ток за время коммутации изменяется по криволинейному
закону и вызывает перегрев одной из сторон щетки. Это происходит вследствие неравномерного
распределения тока под щетками.
Для создания равномерной плотности тока под щетками применяют добавочные полюса, которые
обеспечивают в той или иной степени прямолинейную коммутацию. Безыскровая коммутация зависит также
и от величины плотности тока на щетках. Обычно для стационарных ТЭД максимальная сила тока на один
щеточный болт не превышает 350 А.
Для транспортных электродвигателей необходимо стремится уменьшит силу тока, приходящуюся на
один щеточный болт, иначе потребуется коллектор большой длины, что увеличит общую длину всей
электромашины.
Уменьшение силы тока, приходящуюся на один щеточный болт, приводит к увеличению числа
полюсов. С увеличением числа полюсов при постоянных U , D, AS уменьшаются сечение магнитной цепи,
длина неактивных лобовых частей обмотки и укорачивается коллектор.
Однако чрезмерное увеличение числа полюсов может затруднить коммутацию вследствие
возрастания средней разности потенциалов между соседними коллекторными пластинами. Если с
изменением числа изменяются диаметр якоря и линейная нагрузка, то заранее выбрать наивыгоднейшее
число полюсов не представляется возможным. Поэтому на основании практических данных для
электрических машин мощностью 100 – 300 кВТ 6 – 8 полюсов, а для электрических машин мощностью
300 – 500 кВт 8 –16 полюсов. Из сказанного следует, что для получения наибольшей мощности в одной
машине, имеющей удовлетворительную коммутацию, необходимо:
1. Для уменьшения ASbs - большое число полюсов;
Для предотвращения образования кругового огня – большое расстояние между щетками;
Для уменьшения линейной нагрузки – большой диаметр якоря.
Следовательно, электрическая машина большой мощности для повышения надежности в работе
должна иметь большие размеры, что неприемлемо для танковой трансмиссии. Поэтому применяются два
метода:
1. Уменьшение мощности электромашин, при увеличении их числа;
2. Создание трансмиссии с одномоторным приводом.
Второй путь позволяет исключить торможение и поворот танка при помощи агрегатов
электротрансмиссии, а следовательно и облегчить режим их работы, однако при этом необходимо
устанавливать в трансмиссию механизмы поворота и остановочные тормоза.
Первый путь потребует выполнения электротрансмиссии, имеющей, кроме бортовых редукторов,
шесть агрегатов (два генератора и четыре электродвигателя).
Возможен еще третий вариант двух- или трехпоточная электромеханическая трансмиссия в которой
мощность передается двумя (тремя) потоками, один из которых – механическая передача, а один (два) –
обыкновенная электротрансмиссии, в этом случае мощность, которую передает электротрансмиссия будет
меньше, чем она передавала в чисто электрической трансмиссии. Следовательно уменьшатся объем и вес
электромашин. Предпочтительно использовать вариант трех поточной трансмиссии, так как в этом случае
2.
3.
снижение объемов будет наибольшим и при использовании такой трансмиссии улучшится управляемость
машины.
Многомоторный (первый) путь увеличивает стоимость трансмиссии и затрудняет монтаж и
демонтаж агрегатов. Кроме того, такой привод усложняет электрическую схему управления и требует
большого количества вспомогательного электрического оборудования, поэтому он и не нашел широкого
применения на танках и СУ.
Несмотря на то, что агрегаты электротрансмиссии больше по объему, чем агрегаты механической
трансмиссии, на тяжелых режимах они работают чрезвычайно напряженно. Этими тяжелыми режимами
являются: прямолинейное движение с большой силой тяги, электроторможение на больших скоростях
движения и поворот танка.
Продолжительное прямолинейное движение танка с большой силой тяги является тяжелым
режимом потому, что оно вызывает недопустимый перегрев электродвигателей.
Электрическое торможение танка может быть осуществлено путем перевода двигателей в
электродинамический режим, режим противовключения и генераторный режим.
В частности, одним из методов уменьшения габаритов генератора является параллельнопоследовательное соединение его с электромоторами.
Уменьшение габаритов электромашин достигается не только конструктивными мероприятиями;
допустимо также существенное улучшение материалов, в первую очередь изоляционных, а также меди и
стали.
Обеспечение нормального теплового режима для электромашин, применяемых в танках, относится к
сложным работам и достигается главным образом путем эксперимента.
Электротрансмиссия СУ «Фердинанд»
Электрическая трансмиссия самоходно-артиллерийской установки СУ «Фердинанд», моторногенераторная установка которой регулируется по схеме Кремера, состоит из следующих основных
элементов:
1. Силовая установка (два карбюраторных двигателя и два генератора);
2. Два тяговых электромотора;
3. Два контроллера управления;
4. Аккумуляторная батарея.
Силовая установка СУ «Фердинанд» состоит из двух карбюраторных двигателе «Майбах»,
V-образного типа, водяного охлаждения, марки HL-120 мощностью по 300 л.с.
Коленчатый вал каждого двигателя жестко соединен посредством промежуточного специального
фланца с якорем генератора. Специальный картер двигателя также жестко связан со статором генератора.
Якорь генератора выполняет роль маховика для двигателя; он опирается при помощи фланца
непосредственно на коленчатый вал двигателя.
Мотор-генераторные агрегаты установлены вдоль бортов, по одному на каждую гусеницу.
Оба генератора обычно работают параллельно; электродвигатели соединены последовательно, но
мгут работать раздельно: или левый или правый.
1. Генераторы
Каждый генератор электротрансмиссии СУ «Фердинанд» является тяговым генератором
постоянного тока со следующей характеристикой: мощность 210 – 250 кВт; сила тока 650 А; обороты в
минуту 2500 – 3000.
Каждый генератор имеет три основные обмотки возбуждения:
1. Шунтовая (обмотка самовозбуждения)
2. Сириесная (Противокомпаундная)
3. Обмотка независимого возбуждения.
Шунтовая и сириесные обмотки включены навстречу одна другой, а обмотка независимого
возбуждения – согласно с шунтовой обмоткой.
Такое включение указанных обмоток обеспечивает генератору падающую внешнюю
характеристику, необходимую для автоматического регулирования.
Обмотка независимого возбуждения получает энергию от стартерной аккумуляторной батареи,
имеющей напряжение 24 В.
В цепи обмотки независимого возбуждения стоит регулировочный реостат. Принудительно изменяя
(с помощью реостата) сопротивление цепи, тем самым принудительно меняют возбуждение генератора и,
следовательно, его напряжение. Принудительное регулирование напряжения необходимо для плавного
трогания с места и для изменения скорости движения танка (при разгоне).
2. Электродвигатели
Электродвигатели имеют жесткую кинематическую связь, каждый со своей гусеницей, через
одноступенчатый замедляющий редуктор i  15 и фрикционную предохранительную муфту.
Якорь каждого электродвигателя имеет стояночный ленточный тормоз, приводимый в действие
рычагом, расположенным справа от механика водителя. Каждый электродвигатель СУ «Фердинанд»
является тяговым электродвигателем постоянного тока со следующей характеристикой: мощность 230 кВт,
напряжение 385 В, сила тока 650 А, 1300 оборотов в минуту.
Характеристика электродвигателей сириесная, работают они от генераторов, имеющих специальную
характеристику, обладающую свойством поддерживать постоянную величину произведения силы тока
нагрузки на напряжение. Отсюда следует, что напряжение, подводимое к электродвигателям, всегда
изменяется обратно пропорционально нагрузке.
Электродвигатели СУ «Фердинанд» имеют три основные обмотки:
1. Сириесную;
2. Шунтовую;
3. Независимого возбуждения.
Сириесная и шунтовая обмотки самовозбуждения при движении вперед включены одна на встречу
другой, а обмотка независимого возбуждения выключена.
При движении назад все три обмотки включаются согласованно.
Контроллеры управления электромоторами обозначены на схеме (рис. 306): КП – контроллер правой
гусеницы, КЛ – контроллер левой гусеницы.
Каждый из контроллеров имеет общий рычаг управления со своим регулировочным реостатом
возбуждения, включенным в цепь обмоток независимого возбуждения каждого электродвигателя отдельно.
3. Остальные элементы управления
Особенностью силового агрегата является то, что одна и та же нагрузка по току возможна при
различных оборотах, или, что то же, при различных мощности и напряжении.
Объясняется это тем, что с уменьшением только магнитного потока Ф (из формулы МГ = bФI )
при постоянном токе нагрузки I уменьшается момент генератора, и число оборотов возрастает. Магнитный
поток Ф уменьшится, если ввести добавочное сопротивление в шунтовую цепь самовозбуждения. Это
добавочное сопротивление вводится в цепь вручную, при помощи переключателя.
Таким образом, оказывается возможным влиять на число оборотов и мощность (при I = const),
развиваемые первичным двигателем, и тем самым выбирать наивыгоднейший режим работы первичного
двигателя в зависимости от сопротивления движению.
Переключатель имеет три положения.
1.
Первое положение дает возможность форсировать число оборотов и мощность
первичного двигателя; это положение используется на труднопроходимых участках пути
или при разгоне; при таком положении переключателя в цепь шунтовой обмотки
возбуждения генератора вводится наибольшее добавочное сопротивление;
2.
Второе положение соответствует работе первичных двигателей на экономичном режиме;
добавочное сопротивление в цепи шунтовых обмоток генератора в этом случае
наименьшее.
3.
Третье положение – промежуточное положение между первыми двумя. Выключатель
независимого возбуждения или главный выключатель трансмиссии стоит в цепи обмоток
независимого возбуждения генераторов и моторов; он имеет два положения: «Нуль»,
«Включено».
Переключатель генераторов имеет четыре положения.
1.
Первое положение – оба генератора включены параллельно в цепь тяговых
электромоторов;
2.
Второе положение – генераторы не включены в цепь;
3.
Третье положение – включен левый генератор;
4.
Четвертое положение – включен правый генератор.
Регулировочный реостат в цепи обмоток независимого возбуждения включен последовательно с
этими обмотками; обмотки независимого возбуждения питаются от аккумуляторной батареи напряжением
24 В, привод регулировочного реостата связан с педалью акселератора.
Биметаллический аппарат защиты цепи независимого возбуждения генераторов и электромоторов
АЗЦН; этот автомат всегда включен, он срабатывает при недопустимых перегрузках электродвигателей.
Блоки постоянных сопротивлений БСЛ и БСП; часть этих сопротивлений служит температурным
компенсатором в шунтовой обмотке электромоторов, а другая часть является добавочной в цепи шунтовых
обмоток возбуждения генератора и вводится в цепь одновременно с выключением выключателя
независимого возбуждения; этим предотвращается возможность самовозбуждения генераторов при
вращении их вхолостую на высоких оборотах.
Аварийное реле включает сигнальную лампу в случае большой утечки тока в силовой цепи на
корпус танка.
4. Характерные режимы работы электротрансмиссии СУ
«Фердинанд»
Характерными режимами работы электротрансмиссии СУ «Фердинанд» являются:
1. Запуск двигателей;
2. Движение по прямой вперед;
3. Движение назад;
4. Поворот;
5. Торможение.
1. Запуск двигателей. Запуск каждого двигателя осуществляется посредством электростартера
напряжением 24 В или инерционного стартера; можно также использовать буксировку машины, если
поставить электроаппаратуру на рабочий режим.
Когда работает один двигатель, то можно запустить другой, если включить генераторы на
параллельную работу (переключатель – в первом положении, а выключатель выключен).
Если двигатели работают на стоянке, то выключатель выключается.
2. Движение по прямой вперед. Перед тем как начать движение вперед необходимо:
а) переключатель генераторов установить на параллельную работу, то есть в первое положение;
б) переключатель режимов первичных двигателей поставить в первое положение, соответствующее
наибольшему форсированию двигателей, необходимому при трогания с места, при разгоне или преодолении
труднопроходимых участков пути;
в) включить включатель обмоток независимого возбуждения.
Для движения вперед рычаги контроллеров управления электромоторами одновременно переводятся
в крайнее переднее положение (шунтовая и сириесная обмотки включены навстречу друг другу, а обмотка
независимого возбуждения выключена).
Для трогания с места нажимают педаль акселератора, с которой связан регулировочный реостат
обмоток независимого возбуждения, питаемых от аккумуляторных батарей.
Таким образом нажатие на педаль акселератора влечет увеличение числа оборотов первичного
двигателя и магнитного поля генераторов, а следовательно, и напряжения на зажимах генераторов.
Тяговые электромоторы обеих гусениц, получив напряжение от генераторов, начинают вращаться, и
машина плавно трогается с места.
3. Движение назад. Движение назад осуществляется путем одновременного перевода рычагов
контроллеров управления в крайнее заднее положение. При этом включаются согласованно три обмотки:
сириесная, шунтовая и независимого возбуждения (переключаются концы сириесной обмотки).
4. Повороты. Для поворота вправо или влево при движении вперед берется на себя до упора один
из рычагов (правый или левый) контроллеров управления, при этом рычаг устанавливается в среднем
положении. Другой рычаг (на стороне забегающего борта) остается в крайнем переднем положении.
По мере передвижения рычага контроллера управления из крайнего переднего положения в среднее
осуществляется постепенное шунтирование сириесной обмотки электродвигателя и включение обмотки
независимого возбуждения, с последующим увеличением ее ампер-витков, действующим навстречу по
отношению к ампер-виткам сириесной обмотки.
При этом возможны три режима работы электродвигателей:
а) в начале, когда ампер-витки независимого возбуждения меньше, чем ампер-витки сириесной
обмотки, лишь уменьшается магнитный поток данного электродвигателя, и, следовательно, крутящий
момент на ведущем колесе отстающей гусеницы (поворот с радиусом большем, чем свободный радиус);
б) при равенстве ампер-витков независимой и сириесной обмоток магнитный поток и крутящий
момент электромотора отстающего борта равны нулю (поворот со свободным радиусом);
в) если ампер-витки обмотки независимого возбуждения больше, чем ампер-витки сириесной
обмотки в электродвигателе отстающей гусеницы, меняется направление магнитного потока, и электромотор
начинает работать в генераторном режиме, рекуперируя тормозную мощность отстающего борта (поворот с
радиусами от свободного до минимального).
Уменьшение тягового усилия на отстающей гусенице приводит к тому, что увеличивается тяговое
усилие на забегающей гусенице. Происходит это потому, что электромоторы включены последовательно и
через них проходит один ток. Уменьшение магнитного потока электродвигателя отстающей гусеницы
приведет к увеличению магнитного потока электродвигателя забегающей гусеницы.
Поворот машины на радиусе, равном ширине колеи, возможен лишь при использовании
пневмогидравлического тормоза, установленного на ленивце.
Устойчивый поворот машины с радиусом, равным половине ширины колеи, невозможен, так как
электрические схемы управления электродвигателями при переднем и заднем ходе несимметричны. В
частном случае поворот машины в сторону подъема с радиусом, равным половине ширины колеи, возможен.
5. Торможение. Торможение движущейся машины осуществляется двумя тормозами:
электрическим и пневмогидравлическим.
Электрическое торможение при переднем ходе возможно при одновременном перемещении рычагов
контроллеров управления из крайнего переднего положения в среднее до отказа без нажатия кнопок и при
уменьшении нажатия на педаль акселератора.
Сущность электрического торможения заключается в том, что оба электродвигателя переводятся в
генераторный режим (и работают за счет кинетической энергии машины). Одновременно с этим меняется
направление магнитного потока в генераторах, которые начинают работать как электродвигатели, вращая
первичные двигатели (двигатели внутреннего сгорания) в ту же сторону. Сопротивление вращению
первичных двигателей (компрессия воздуха) является нагрузкой для генераторов.
Для более резкого торможения прибегают к помощи гидропневмотормозов, установленных внутри
зубчатых ленивцев. Привод к этим тормозам двойной, раздельный: от ножной педали и от рычагов
контроллера управления, если их тянуть на себя, не нажимая кнопки рычагов через среднее положение
(преодолевая упоры).
Для стоянки имеется стояночный тормоз, представляющий простой ленточный механический
тормоз, установленный на якорях электромоторов.
Электрическое торможение при заднем ходе возможно при любом положении рычагов контроллеров
управления (между крайним задним и средним), но обязательно при отпущенной педали акселератора.
Перевод рычагов в такое положение приводит к уменьшению напряжения на зажимах генераторов и
снижению оборотов.
Особенностью конструкции электротрансмиссии СУ «Фердинанд» является автоматическое
приспосабливание к трудностям пути: по мере увеличения сопротивления движению автоматически
снижается скорость движения и одновременно возрастает тяговое усилие на гусеницах и обратно – при
уменьшении сопротивления движению увеличивается скорость движения и снижается тяговое усилие.
Переключатели режимов работы первичных двигателей, давая возможность вручную изменять
сопротивление в цепи шунтовых обмоток возбуждения генераторов, позволяют при разгоне и трудных
условиях движения форсировать режим работы первичных двигателей, а в нормальных условиях движения
перейти на экономичный режим их работы.
Удельный вес электротрансмиссии СУ «Фердинанд» высок – 8,7 кг/л.с. Два генератора в схеме:
а) увеличивают надежность работы всей трансмиссии, так как при выходе из строя одного
генератора электротрансмиссия может работать на другом генераторе;
б) сокращают длину и высоту силовой установки.
Вывод. Ввиду громоздкости агрегатов, недостаточной поворотливости и малых оборотов
электромоторов, занижающих возможную максимальную скорость машины, следует признать
электротрансмиссию на СУ «Фердинанд» неудовлетворительной
Тяжелый танк «Мышонок»
Основными элементами электротрансмиссии этого танка являются:
1. Силовая установка.
2. Два тяговых электродвигателя и генератора.
3. Генератор-возбудитель.
4. Два контроллера-реостата и другая аппаратура.
5. Аккумуляторная батарея.
Силовая установка танка состоит из:
1.
первичного бензинового двигателя авиационного типа ДВ-603 12-цилиндрового, Vобразного типа, мощностью 1300 л.с.;
2.
двух главных генераторов постоянного тока со следующей характеристикой: мощность
450 кВт, напряжение 560 – 800 В;
3.
вспомогательного генератора постоянного тока со следующей характеристикой:
напряжение 48 В, сила тока 210 – 375 А (при работе в стартерном режиме в момент
запуска первичного двигателя сила тока достигает 1200 А).
Якоря главных генераторов соединены жестко. Якорь вспомогательного генератора смонтирован на
валу якоря второго генератора. Таким образом получается блок из трех генераторов.
Первичный двигатель соединен (последовательно) с генераторами при помощи шестеренчатого
редуктора ( i  1 : 1,05 ). На конце вала якоря переднего генератора (со стороны первичного двигателя)
смонтирована крыльчатка системы охлаждения главных генераторов и тяговых электромоторов.
1. Главные генераторы
Каждый главный генератор (рис. 308) имеет основные обмотки: независимого возбуждения
(шунтовую) и противокомпаундную (сириесную). По характеру возбуждения главные генераторы –
противокомпаундные. Шунтовые (независимые) обмотки возбуждения питаются от вспомогательного
генератора, который подает напряжение на обмотки возбуждения генераторов не автоматически, в
зависимости от сопротивления движению, а принудительно.
Объясняется это тем, что независимо от числа оборотов агрегата (в диапазоне 600 – 2600 об/мин
коленчатого вала первичного двигателя) напряжение вспомогательного генератора остается все время
постоянным, так как его обмотка независимого возбуждения получает также постоянное напряжение от
генератора-возбудителя (в том же диапазоне оборотов).
Следовательно, возможно лишь принудительно, при помощи контроллеров-реостатов, которые
включены в цепь независимых обмоток возбуждения главных генераторов (и электромоторов),
последовательно регулировать их возбуждение.
Таким образом, мотор-генераторная установка танка «Мышонок» не имеет автоматической
регулировки.
2. Вспомогательный генератор
Вспомогательный генератор ВГ (рис. 308) постоянного тока при работающем первичном двигателе
питает обмотки независимого возбуждения обоих главных генераторов, обоих тяговых электромоторов и
заряжает аккумуляторную батарею.
При запуске первичного двигателя вспомогательный генератор используется как стартер (работает в
режиме сириесного мотора), питаемый от аккумуляторной батареи. Обмотка независимого возбуждения
вспомогательного генератора питается от специального генератора, смонтированного на первичном
двигателе и приводимого во вращение первичным двигателем.
3. Тяговые электромоторы
Тяговые электродвигатели ДЛ и ДП (рис. 308) постоянного тока со следующей характеристикой:
напряжение 550 – 775 В, мощность 415 кВт при 1160 об/мин, имеют обмотки независимого возбуждения,
питаемые от вспомогательного генератора.
Вращающий момент электромотора передается через двухступенчатый промежуточный редуктор и
далее через двухрядный планетарный БР на ВК (рис.309).
Ступица ВК разъемная; в ней смонтирован двухрядный планетарный БР. Переключение передач
промежуточного редуктора – гидравлическое. Передачи переключаются при неподвижном танке. На
промежуточных редукторах смонтированы дисковые фрикционные тормоза с гидравлическим управлением.
4. Генератор-возбудитель
Генератор-возбудитель установлен на первичном двигателе, он питает обмотку независимого
возбуждения вспомогательного генератора. В цепи генератор-возбудитель – вспомогательный генератор
стоит специальное реле-регулятор, обеспечивающее постоянное напряжение на зажимах вспомогательного
генератора при оборотах 600 –2600 в минуту.
Ввиду наличия генератора-возбудителя возбуждение главных генераторов и тяговых
электродвигателей не зависит от скорости вращения вспомогательного генератора и, следовательно,
коленчатого вала первичного двигателя в диапазоне оборотов от 600 до 2600 в минуту.
5. Контроллеры-реостаты
Контроллеры-реостаты РВ (рис. 308), включенные последовательно в цепь независимых обмоток
возбуждения генераторов и электромоторов, изменяя их возбуждение, изменяют скорость и направление
вращения электромоторов.
Электроприводы правой и левой гусениц независимы и выполнены по схеме Леонардо. Каждая
гусеница имеет свой контроллер-реостат, состоящий из двух отдельных контроллеров с общим рычагом
управления: один управляет возбуждением генератора, другой – электромотора.
Когда механик-водитель перемещает рычаг контроллера из нейтрального положения вперед, то ток
возбуждения генератора поступает в одном направлении и увеличивается от нуля до максимальной
величины. В обмотке возбуждения тягового электродвигателя устанавливается при этом максимальный ток
возбуждения и максимальный магнитный поток, обусловленный полным напряжением, подведенным к
концам обмотки от вспомогательного генератора. При дальнейшем движении рычага контроллера вперед в
цепь обмотки возбуждения электромотора вводится сопротивление и ток возбуждения и электромагнитный
поток электромотора уменьшаются, а число оборотов электромотора увеличивается, что сохраняет величину
электромагнитного момента.
Если рычаг контроллера перемещать от нейтрального положения назад, то ток возбуждения
генератора поступает в обмотку возбуждения электромоторов в противоположном направлении. Такое
направление тока обеспечивается переключателем, связанным с рычагом контроллера.
Таким образом, контроллеры плавно регулируют величину тока возбуждения генераторов и меняют
его направление, то есть реверсируют вращение электромоторов.
6. Остальные элементы управления
Электрическая схема включает аппараты автоматической защиты электромашин: реле
максимального тока РН, защищающее электромоторы от перегрузки, и реле замыкания на «массу»,
включающее сигнальную лампу при большой утечке тока в силовой цепи на корпус танка. Имеются два
пакетных переключателя при использовании генераторов одного танка для питания электромоторов другого
танка.
Двухполюсный переключатель заднего и переднего хода ПР позволяет иметь при заднем ходе и
положении переключателя «назад» такие же ступени регулирования скорости, что и при движении вперед.
Двухполюсный выключатель возбуждения В включает и выключает обмотки возбуждения главных
генераторов и электромоторов с вспомогательным генератором.
Двухполюсный переключатель батареи соединяет вспомогательный генератор с аккумуляторной
батареей, с одной стороны, для работы его в качестве стартера, с другой – для зарядки аккумуляторной
батареи. Переключатель имеет два положения: «Старт» и «Заряд».
Реле обратного тока находится в цепи: вспомогательный генератор – аккумуляторная батарея и
предназначено для размыкания цепи в случае, если напряжение на зажимах вспомогательного генератора
меньше напряжения аккумуляторной батареи, то есть предотвращает разряд аккумуляторной батареи при
неработающем двигателе.
Реле-регулятор напряжения находится в блоке с генератором-возбудителем и обеспечивает
постоянное напряжение на зажимах вспомогательного генератора при 600 – 2600 оборотах в минуту.
Два пакетных переключателя предназначены для включения обмоток возбуждения генераторов (и
электродвигателей) в случае, когда генераторы одного танка используются для питания электродвигателей
другого танка, или при другом использовании электроэнергии.
Характерные режимы работы электротрансмиссии танка «Мышонок»
Характерные режимы работы электротрансмиссии танка «Мышонок» следующие:
1. Запуск двигателя.
2. Движение по прямой вперед.
3. Движение назад.
4. Поворот.
5. Торможение.
6. Особые случаи.
1. Запуск двигателя. Запуск первичного двигателя осуществляется от аккумуляторной батареи
напряжением 48 В и вспомогательного генератора, используемого в качестве стартера.
Для этого двухполюсный переключатель ставят в положение «Старт», то есть вспомогательный
генератор включают в моторном режиме.
После запуска первичного двигателя переключатель ставят в положение «Заряд», а вспомогательный
генератор переводят в генераторный режим.
2. Движение по прямой вперед. Перед началом движения вперед необходимо:
а) рычаг контроллера поставит в нейтральное положение;
б) переключатель переднего и заднего хода ПР поставить в положение «Вперед»;
в) рукоятки пакетных переключателей поставить в нулевое положение;
г) включит выключатель возбуждения В.
При таком положении аппаратуры ток не поступает в обмотку возбуждения генераторов,
напряжение на зажимах равно нулю, а тяговые электродвигатели неподвижны, хотя их обмотки возбуждения
находятся под полным напряжением вспомогательного генератора и магнитный поток электродвигателей
достигает максимальной величины.
Чтобы начать движение вперед, нужно подать напряжение от генераторов на зажимы
электродвигателей. Для этого перевести рычаги контроллеров из нейтрального положения вперед, отчего
возникнет магнитный поток главных генераторов и появится напряжение на его зажимах.
Тяговые электромоторы, получив напряжение, начнут вращаться, и танк тронется с места.
Чем дальше передвигать рычаги контроллеров от нейтрального положения вперед, тем выше
напряжение генераторов и электромоторов, тем больше скорость движения танка.
Когда напряжение главных генераторов достигнет максимальной величины (из цепи обмоток
независимого возбуждения будет выведено все сопротивление), можно еще повысить скорость движения
танка, если ввести сопротивление в независимую обмотку возбуждения тяговых электромоторов.
Увеличение сопротивления обмотки возбуждения электромоторов приводит к снижению магнитного потока
полюсов электродвигателя, в результате чего число оборотов их повышается.
Сопротивление вводится в обмотки независимого возбуждения электромоторов путем дальнейшего
перемещения рычага контроллеров вперед.
При недопустимой перегрузке электромоторов срабатывает реле защиты и загорается световой
сигнал.
3. Движение назад. Для получения заднего хода танка рычаги контроллеров перемещают из
нейтрального положения назад. Чем дальше передвинуты рычаги контроллеров, тем больше скорость
заднего хода. Чтобы увеличить скорость заднего хода, нужно, как и при переднем ходе, ослабить магнитное
поле электродвигателей, для этого перевести переключатель ПР в положение «Назад» (если при таком
положении переключателя начать движение вперед, то скорость переднего хода ограничится только
величиной напряжения генератора).
4. Поворот. Для поворота необходимо создать поворачивающий момент, который возникнет, если
на отстающей гусенице уменьшить или сделать противоположным по направлению момент электромотора.
Поворот возможен при переднем ходе, если перевести рычаг контроллера отстающей гусеницы из переднего
положения в нейтральное.
При этом вначале уменьшится ток возбуждения генератора отстающей гусеницы и момент
электродвигателя, затем, когда рычаг контроллера займет нейтральное положение, а танк, продолжая
движение вперед, сам начнет вращать электромотор отстающей гусеницы в том же направлении,
электромотор отстающей гусеницы начнет работать в генераторном режиме рекуперируя тормозную
мощность, создавая тормозной момент. В это время главный генератор отстающей гусеницы станет работать
как электромотор и тем самым облегчит работу первичного двигателя.
Таким образом, происходит рекуперация тормозной мощности с отстающего борта на забегающий, и
потребная для поворота мощность первичного двигателя уменьшается.
Для поворота танка с места необходимо тяговым электромоторам (гусеницам) задать
противоположное направление вращения. Осуществляется это путем одновременного перевода рычагов
контроллеров одного вперед, а другого назад. Чем больше расстояние между рычагами контроллеров и
нейтралью, тем круче поворот (меньше радиус поворота).
Данных по эксплуатации танка «Мышонок» нет, поэтому неизвестно, возможен ли его поворот с
радиусом равным ширине колеи и возможно ли вращение на месте и насколько устойчивы эти режимы
поворота; однако с уверенность можно сказать, что механические тормоза позволяют создавать более резкий
и устойчивый поворот, чем при электрическом торможении.
5. Торможение. В танке возможно электрическое и механическое торможение. Сущность
электрического торможения состоит в том, что тяговые электромоторы начинают работать в генераторном
режиме, используя часть кинетической энергии танка и отдавая вырабатываемую ими электроэнергию
главным генераторам, которые работают в тяговом режиме и уже сами вращают коленчатый вал первичного
двигателя преодолевая сопротивление компрессии воздуха в цилиндрах.
Для такого торможения необходимо, чтобы напряжение главных генераторов было меньше
напряжения, возбуждаемого электродвигателями (при торможении). Осуществляется это путем
перемещения рычагов контроллеров назад в нейтральное положение и уменьшении числа оборотов
первичного двигателя.
Получаемого электрическим путем торможения недостаточно, и поэтому для более эффективного
торможения нужно пользоваться механическими тормозами, которые установлены на промежуточных
редукторах. На стоянках пользоваться этими же тормозами. Тормоза дисковые, привод к тормозам
гидравлический.
Особенностью работы электротрансмиссии танка «Мышонок» является:
1.
Возможность использования энергии генераторов одного танка для питания
электродвигателей другого танка.
2.
Отсутствие предохранительных фрикционных муфт между электродвигателями и
бортовой передачей. Их заменяют автоматические реле максимального тока,
защищающие электромоторы от перегрузки.
3.
Промежуточный двухступенчатый редуктор облегчает режим работы сравнительно
небольших размеров электродвигателей и генераторов.
4.
Схема электротрансмиссии не обеспечивает автоматической приспособляемости танка к
изменению сопротивления движению, но механик-водитель может легко поддерживать
движение с высоким использованием мощности первичного двигателя.
Электротрансмиссия танка Т-23
В электротрансмиссии американского танка Т-23 применен способ автоматического регулирования
мотор-генераторного агрегата при помощи амплидин-генератора.
Амплидин-генератор представляет собой обыкновенную электромашину, особенностью которой
является короткозамкнутая якорная цепь и компенсационная обмотка. Амплидин-генератор обычно снабжен
двумя шунтовыми обмотками возбуждения, общие ампер-витки которых меняются по мере изменения тока
нагрузки, а именно – при увеличении тока нагрузки общие ампер-витки возбуждения уменьшаются.
Это свойство амплидин-генераторов используется для регулирования генератора, внешняя
характеристика которого крутопадающая. Именно такая характеристика генератора нужна для
автоматического регулирования.
Особенность амплидин-генератора и электромоторов та, что они имеют по одной основной обмотке
возбуждения; это очень важно, так как уменьшается объем и вес танка при той же мощности двигателя и,
следовательно, удельный вес электротрансмиссии. Кроме того амплидин-генератор регулирует скорость и
крутящий момент электромоторов в большом диапазоне, что весьма важно для устойчивого поворота танка.
Генератор и электромоторы танка Т-23 возбуждаются каждый своим амплидин-генератором, которые
приводятся во вращение от первичного двигателя. Электрическая схема танка Т-23 приведена на рис. 310.
Американцы отказались от электротрансмиссий, предпочтя им гидромеханические, как более
простые по устройству, менее громоздкие и дающие примерно тот же результат, что и электротрансмиссии.
Выводы.
1.
Отработанных и способных конкурировать по всем показателям с механическими и
гидромеханическими трансмиссиями быстроходных гусеничных и колесных машин
электротрансмиссий пока еще не создано.
2.
Одномоторная электропередача безусловно работоспособна и может быть применена в
тяжелых танках.
3.
Машин с двух- и трехпоточными электромеханическим трансмиссиями пока не создано,
поэтому судить об их показателях в сравнении с механическим, гидромеханическим и
одномоторными электрическими трансмиссиями пока не представляется возможным.