Электрическая трансмиссия немецкого тяжелого танка «Мышонок»

Инж.-капитан А. Г. ШЕВЯКОВ

Вестник танковой промышленности № 10-11. 1945

Электрическая трансмиссия танка представляет собой две независимые друг от друга системы, каждая из которых состоит из генератора и питаемого им тягового электро­двигателя. От первичного двигателя (бензинового или дизеля) к тяговым электродвигателям передается мощность 960 л . с., число оборотов электродвигателей меняется в диапазоне от 0 до 3000 об/мин.

Основные элементы электротрансмиссии танка «Мышонок»:

1. узел главных генераторов со вспомогательным генера­тором и вентилятором;
2. два тяговых электродвигателя;
3. генератор-возбудитель;
4. два контроллера-реостата;
5. коммутационный (переключающий) ящик и другая аппа­ратура управления;
6. аккумуляторная батарея

Узел главных генераторов

Два главных генератора (фиг. 1, см . также фиг. 2), питающие током тяговые электродвигатели, размещены в специальном генераторном отделении позади первичного двигателя. Они установлены на общем основании и благодаря непосредственному (жесткому) соединению валов якорей образуют генераторный блок.

Фиг. 1. Продольный разрез главных и вспомогательных генераторов

В блоке с главными генераторами находится третий вспомогательный генератор, якорь которого смонтирован на одном валу с задним генератором.

Каждый главный генератор имеет обмотки: независимого возбуждения (шунтовую), противо-компаундную (сериесную), компенсационную и обмотку вспомогательных полюсов и по характеру возбуждения является декомпаундным.

Обмотка независимого возбуждения, в которой сила тока может быть изменена водителем от 0 до максимальной величины, позволяет изменять напряжение, снимаемое с генератора, в пределах от 0 до номинального, и следова­тельно, регулировать скорость вращения тягового двигателя и скорость движения танка.

Технические данные главного генератора

Технические данные главного генератора

Тип                                                      GV-305/30 фирмы Simens-Schuckert

Род тока постоянный

Номинальное напряжение                  560 в

Максимальное напряжение                 800 в

Номинальная мощность            450 кв

Возбуждение                                       независимое

(управляемое)

Число полюсов:

Главных                                             6

вспомогательных                      6

Материал корпуса                    стальное      литье

Наружный диаметр корпуса, мм         740

Длина по полюсам, мм.                     300

Диаметр якоря, мм                             480

Тип обмотки якоря                    петлевая

Диаметр коллектора, мм          380

Рабочая длина коллектора, мм 175

Напряжение цепи обмотки возбуждения

(независимого)                                    48 в

Изоляция обмоток                     стеклянная пряжа

К. п. д. генератора                    93,7%

Вспомогательный генератор постоянного тока при рабо­тающем первичном двигателе питает обмотки независимого возбуждения обоих главных генераторов, обоих тяговых электродвигателей и заряжает аккумуляторную батарею. В момент запуска первичного двигателя он используется как электрический стартер, работая в режиме сериесного электродвигателя. В этом случае питание его электриче­ской энергией производится от аккумуляторной батареи.

Обмотка независимого возбуждения вспомогательного генератора питается от специального генератора-возбуди­теля, приводимого во вращение первичным двигателем.

Технические данные вспомогательного генератора

Тип                                                      GV-295/13 фирмы Simens-Schuckert

Ток                                                     постоянный

Номинальное напряжение                  48 в

Номинальный ток                      210А

Максимальный ток                             375А

Число оборотов                                  от 600-2600 об/мин

Максимальный момент, развиваемый в

режиме стартера, кгм                          160

Максимальный ток, потребляемый

в ре­жиме стартера                              1200   А

Число главных полюсов            8

Число вспомогательных полюсов       8

Напряжение, подаваемое

на обмотку воз­буждения           12 в

Материал корпуса                     стальное литье

Диаметр корпуса

(наружный), мм                                   670

Диаметр якоря, мм                             460

Обмотка                                              волновая

Изоляция обмотки                     стеклянная пряжа

Фиг. 2. Схема воздушного охлаждения электромашин трансмиссии

Якори главных и вспомогательных генераторов, имеющих общий вал, приводятся во вращение от первичного двига­теля через повышающий редуктор с передаточным отно­шением і = 1,05.

На конце вала якоря переднего генератора (со стороны коллектора) смонтирована на шлицах крыльчатка вентиля­тора системы охлаждения узла главных генераторов и тяговых двигателей. К корпусу переднего главного генера­тора прикреплен направляющий аппарат вентилятора.

Представляет интерес система воздушного охлаждения электромашин трансмиссии, схема которой изображена на фиг. 2. Воздух, забираемый вентилятором со стороны привода, поступает через выпрямляющий аппарат в шахту генераторов и, обтекая корпус снаружи, доходит до решетки, расположенной между корпусами переднего и заднего глав­ных генераторов. Здесь воздушный поток разветвляется: часть воздуха продолжает двигаться дальше по шахте в кормовой отсек, где, расходясь вправо и влево, поступает к тяговым двигателям и от них в атмосферу через окна выброса в кормовом листе корпуса.

Фиг. 3. Общий вид тягового электродвигателя

Другая часть воздуха проходит через кольцевую решетку внутрь корпусов генераторов, обдувает лобовые части якорей обоих генераторов и, разветвляясь, направляется по вентиляционным каналам якорей обоих генераторов к коллекторам и щеткам. Отсюда воздух поступает в возду­хосборные трубы, выводящие его в атмосферу через сред­ние окна в кормовом листе корпуса.

Электромашины генераторного блока, как и тяговые электродвигатели, допускают кратковременную (в течение 10-15 мин.) перегрузку до 35%.

Тяговые электродвигатели

Тяговые электродвигатели постоянного тока с независи­мым возбуждением (фиг. 3) размещены в кормовом отсеке по одному электродвигателю на гусеницу. Крутящий момент с вала каждого электродвигателя через двухступенчатый промежуточный редуктор передается на ведущий вал бор­товой передачи и дальше — на ведущие колеса. Независимая обмотка двигателя получает питание от вспомогательного генератора.

Технические данные тягового электродвигателя

Тип                                                                                            Д2185а, фирмы Simens-Schuckert

Номинальное напряжение                                                          550 в

Максимальное напряжение                                                        775 в

Номинальная мощность                                                              415 кв при 1160 об/мин

Максимальное число оборотов                                                   3000 об/мин

Диаметр корпуса, мм                                                                  730

Общая длина, мм                                                                       1070

Номинальный момент, развиваемый элек­тродвигателем, кгм   348

Число главных полюсов                                                              6

Число вспомогательных полюсов                                               6

Напряжение, подаваемое

на обмотку воз­буждения                                                           48 в

Диаметр якоря, мм                                                                    480

Длина якоря по железу, мм                                                       380

Обмотка петлевая

Диаметр коллектора, мм                                                            380

Длина коллектора, мм                                                               175

К. п. д. при номинальной мощности                                            93,7%

Контроллеры-реостаты

Контроллеры-реостаты — это аппараты, обеспечивающие требуемый режим работы электромашин трансмиссии. Они смонтированы в ящиках, установленных по обе стороны от механика-водителя в отделении управления танка. Каждая электрически независимая система электропривода гусе­ницы оборудована собственным контроллером-реостатом.

Изменяя положение рукояток контроллеров, механик-во­дитель изменяет режимы работы электромашин левой и правой системы, увеличивая или уменьшая скорость враще­ния одного или одновременно обоих тяговых электродвига­телей, а также изменяя направление вращения (реверсируя) их.

Контроллер каждой системы -электропривода гусеницы сдвоен, т. е. состоит как бы из двух независимых друг от друга контроллеров. Одна часть сдвоенного контроллера управляет возбуждением генераторов, другая—возбужде­нием тягового электродвигателя.

Часть контроллера, управляющая возбуждением генера­тора, включена в цепь независимой обмотки возбуждения как потенциометр, т. е. при перемещении рукоятки контрол­лера изменяется соотношение сопротивлений мостика, что создает ток в обмотке возбуждения его  i₁= 0 до i₂=max максимальный так возбуждения генератора опре­деляется величиной полного напряжения, приложенного к концам обмотки возбуждения.

Другая часть контроллера, управляющая возбуждением электродвигателя, последовательно включает сопротивление в его обмотку возбуждения. При перемещении рукоятки контроллера от нейтрального положения вперед (фиг. 4) замыкаются контакты 24—55 контроллера. При этом в цепи обмотки независимого возбуждения генератора ток возрас­тает от i₁= 0 до i₂=max. В обмотке возбуждения тяго­вого электродвигателя устанавливаются максимальный ток возбуждения и максимальный магнитный поток, обуслов­ливаемый полным напряжением, которое подведено к ней от вспомогательного генератора.

При дальнейшем перемещении рукоятки контроллера впе­ред, когда замыкаются контакты 58—82, в цепь обмотки возбуждения (ОНВ) электродвигателя М (фиг. 5) вводится сопротивление. Ток возбуждения и магнитный поток элек­тродвигателя уменьшаются до некоторой допустимой вели­чины.

При перемещении рукоятки контроллера от нейтрали (контакты 22—23) назад, когда замыкаются контакты 20—6, изменяется (увеличивается) только ток возбуждения генератора, причем направление его переходит на обратное.

Таким образом, при перемещении рукоятки контроллера от нейтрали вперед ток возбуждения генератора, увеличи­ваясь от 0 до максимальной величины, поступает в обмотку возбуждения генератора в одном направлении; при пере­мещении же рукоятки от нейтрали назад ток, увеличиваясь от нуля, поступает в обмотку возбуждения генератора в противоположном направлении.

Фиг. 4. Монтажная схема контроллера-реостата

Отсюда ясно, что контроллер обеспечивает не только плавное регулирование тока возбуждения генератора, но и изменение направления его без разрыва цепи возбуждения.

Управление цепью возбуждения тягового электродвига­теля посредством контроллера сводится лишь к уменьшению силы тока возбуждения электродвигателя при перемещении рукоятки контроллера от контакта 55 до контакта 82.

Коммутационный (переключающий) ящик и другая аппа­ратура управления

Коммутационный ящик установлен вне отделения управ­ления. В нем смонтированы шины, служащие для переключений в главных магистралях при переходе от нормальной работы трансмиссии к работе на специальных режимах.

Фиг. 5. Принципиальная схема работы электропривода одной гусеницы

Кроме того, в коммутационном ящике помещены аппараты автоматической защиты электромашин реле максимального тока, защищающее электродвигатели от перегрузки, и реле замыкания на «массу», включающее сигнальную лампу в от делении управления при большой утечке тока в силовой линии на корпус.

В коммутационном ящике находятся также шунты ампер­метров, измеряющих величину тока в главных магистралях системы.

Два пакетных выключателя, размещенные в отделении управления, предназначены для включения обмоток возбуждения генераторов и электродвигателей в особых случаях рабо­ты электротрансмиссии, т.е. при использовании генераторов одного танка для питания электродвигателей другого танка.

Фиг. 6. Основная схема электротрансмиссии танка

Пакетные выключатели управляются посредством объем­ного ключа. Двухполюсный переключатель 1 (фиг. 6)—пере­ключатель заднего и переднего хода — изменяет направле­ние тока в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей и тем самым позволяет иметь при заднем ходе танка те же ступени регулирования, что и при движении вперед. Двухполюсный выключатель 2 включает и выключает обмотки возбуждения главных генерато­ров и тяговых электродвигателей. Двухполюсный переключатель 3 производит соединение вспомога­тельного генератора с аккумуляторной батареей для работы его в качестве стартера (при запуске пер­вичного двигателя) и для зарядки аккумуляторной батареи после запуска.

Аккумуляторная батарея напряжением 48 в питает вспомогательный генератор при работе его на стартерном режиме и служит для питания током низкого напряжения других потребителей, электроэнергии на танке.

Генератор-возбудитель

Генератор-возбудитель типа LK 1000/12 R26 фирмы Бош устанавливается на первичном двигателе. Он питает обмотку независимого возбуждения вспомо­гательного генератора. Генератор-возбудитель рабо­тает в блоке со специальным релерегулятором, ко­торый обеспечивает постоянство напряжения на зажимах вспомогательного генератора в диапазоне оборо­тов от 600 до 2600 об/мин. Максимальный ток, отдаваемый возбудителем в сеть, — 70А.

Наличие генератора-возбудителя в системе электрической трансмиссии позволило достигнуть независимости возбуж­дения главных генераторов и тяговых электродвигателей от скорости вращения якоря вспомогательного генератора, а следовательно, и от скорости вращения коленчатого вала первичного двигателя в диапазоне оборотов от 600 до 2600 об/мин.

Работа электротрансмиссии на танке

Регулирование скорости вращения тяговых электродви­гателей обеих гусениц осуществляется по схеме Леонарда, преимущества которой перед другими способами регулиро­вания сводятся к следующему:

1. широкое и плавное регулирование скорости вращения электродвигателя с небольшими потерями;
2. пуск в ход и реверсирование электродвигателя произ­водится без потерь в пусковых реостатах;
3. легкость управления пуском, торможением и реверси­рованием электродвигателя.

Система электропривода, управляемая по схеме Леонарда, благодаря преимуществам последней, наиболее полно удо­влетворяет требованиям, предъявляемым к электрическим трансмиссиям танков.

Изменение скорости вращения электродвигателя произ­водится посредством Изменения напряжения на его зажи­мах при полной величине его магнитного потока на всех скоростях. Вследствие этого в двигателе создаются пре­дельно благоприятные условия в отношении коммутации и устойчивости его работы.

Тяговый электродвигатель М (фиг. 5) питается от отдель­ного генератора Г, напряжение на зажимах которого изме­няется от нулевого значения до максимального посредством изменения силы тока в обмотке независимого возбуждения реостатом R_м. Так как скорость вращения тягового электродвигателя , т. е. пропорциональна подводимому к электродвигателю напряжению V_г то при плавном увеличении напряжения на зажимах электродвигателя М скорость последнего будет плавно увеличиваться и, наоборот, при уменьшении напряжения на его зажимах — плавно уменьшаться.

Когда напряжение генератора Г достигает своей макси­мальной величины, скорость вращения электродвигателя можно повышать путем уменьшения тока его возбуждения посредством реостата R_м.

Система Леонарда позволяет легко осуществлять ревер­сирование тягового электродвигателя путем изменения полярности напряжения на его зажимах. Это достигается изменением полярности генератора Г посредством измене­ния направления тока в его обмотке возбуждения помощью переключателя П.

В электротрансмиссии танка «Мышонок» обмотки возбуж­дения генератора и тягового электродвигателя получают питание от вспомогательного генератора через переключа­тель 3 (фиг. 6) и включатель 2. Реостаты в цепи возбуж­дения генератора и в цепи возбуждения тягового электро­двигателя находятся в одном аппарате, называемом контрол­лером-реостатом. Переключатель П (фиг. 5) направления тока в обмотке возбуждения генератора Г также заключен в контроллере.

Вспомогательный генератор ВГ дает напряжение в сеть возбуждения обеих электрических систем—правой и ле­вой гусеницы, в свою очередь, получая питание для своей обмотки независимого возбуждения от специального генератора-возбудителя ГВ. Параллельно с этим, работая в норм'альных условиях, вспомогательный генератор ВГ в качестве нагрузки имеет аккумуляторную батарею, которую он подзаряжает.

Для электротрансмиссии танка „Мышонок" характерны следующие режимы работы (фиг. 6):

1. запуск двигателя;
2. движение по прямой вперед;
3. задний ход;
4. повороты;
5. торможение;
6. особые случаи использования электротрансмиссии.

Запуск двигателя

Запуск первичного двигателя осуществляется электриче­ским способом с использованием вспомогательного гене­ратора как стартера. Для этого двухполюсный переключа­тель 3 (фиг. 6) ставят в положение «старт». В данном случае вспомогательный генератор работает как сериесный элек­тродвигатель, питающийся электроэнергией от аккумулятор­ной батареи. Максимальный крутящий момент, развиваемый вспомогательным генератором при работе его на стартерном режиме, достигает 160 кгм.

Как только первичный двигатель завелся, переключатель 3 переводится в положение «заряд», и вспомогательный гене­ратор переходит на генераторный режим, т. е. нормаль­ный режим своей работы.

Движение по прямой вперед

Перед началом движения вперед необходимо перевести переключатель 1 переднего и заднег о хода в положение V (вперед) и замкнуть выключатель возбуждения 2. Рукоятки контроллеров находятся при этом в нейтральном положении, рукоятки пакетных переключателей — в нулевом положении (0); ток в обмотки возбуждения генераторов не посту­пает и генераторы не дают напряжения. Тяговые электро­двигатели неподвижны, хотя обмотки возбуждения их на­ходятся под полным напряжением вспомогательного гене­ратора. Магнитный поток электродвигателей достигает мак­симальной величины.

Чтобы начать движение вперед, рукоятки обоих контрол­леров одновременно перемещают от нейтрального положе­ния вперед, увеличивая тем самым магнитный поток глав­ных генераторов, а следовательно, и напряжение на их зажимах. Тяговые электродвигатели обеих гусениц получают напряжение и начинают вращаться. Танк плавно трогается с места.

Повышение скорости движения танка достигается уве­личением напряжения главных генераторов, для чего ру­коятки обоих контроллеров передвигают дальше от нейтраль­ного положения вперед.

Когда напряжение главных генераторов достигнет макси­мальной величины (из цепи их обмоток независимого возбуждения будут выведены все сопротивления), для даль­нейшего увеличения скорости движения танка рукоятки контроллеров надо перевести дальше вперед — в зону контак­тов 58 — 82 контроллера (фиг. 4). При этом в обмотки возбуждения тяговых электродвигателей вводятся, как от­мечалось выше, сопротивления, чем и вызывается уве­личение скорости вращения якорей тяговых электродвига­телей и повышение скорости движения танка.

С увеличением нагрузки на электродвигатели включение сопротивления в цепи возбуждения электродвигателей мо­жет вызвать их перегрузку. При недопустимой перегрузке срабатывает реле защиты вместе со световым сигналом у водителя.

Задний ход

Задний ход дается танку путем перемещения рукояток контроллеров от нейтрали назад. При этом изменяется на­правление тока в обмотках возбуждения главных генерато­ров, следовательно, и их полярность.

Регулирование скорости движения танка при заднем ходе производится так же, как и при движении вперед, т. е. соответствующим перемещением рукояток контроллеров управления.

Увеличение скорости движения танка назад путем ослаб­ления магнитного потока тяговых электродвигателей воз­можно лишь после перевода переключателя 1 (фиг. 6) из положения V в положение R. Скорость движения танка вперед после такого переключения будет ограничена, так как контроллеры в этом случае обеспечивают регулирова­ние тяговых электродвигателей лишь изменением напря­жения главных генераторов.

Повороты танков

Для поворота танка необходимо уменьшить или сделать отрицательным момент отстающей гусеницы, т. е. перевести электродвигатель отстающей гусеницы на генераторный режим. Для этого, понижая ток возбуждения того главного генератора, который питал данный электродвигатель, пере­водят его на режим электродвигателя. Тяговый электродви­гатель, работая на генераторном режиме, питает генератор, который теперь начинает работать как электродвигатель, В то же время крутящий момент тягового электродвигателя отстающей гусеницы становится противоположным по на­правлению, и танк начинает поворачиваться.

Вместе с этим, генератор, работая как двигатель, облегчает работу первичного двигателя, и поворот танка может произ­водиться при неполном (частично задросселнрованном) отбо­ре мощности от первичного двигателя.

Для поворота танка вокруг его оси обоим тяговым электродвигателям дается противоположное вращение. В этом случае рукоятка одного контроллера находится от нейтрали в положении «вперед», другого — в положении «назад».

Чем дальше от нейтрали стоят рукоятки контроллеров, тем резче (круче) поворот.

Ослабление поля электродвигателей при повороте не до­пускается.

Торможение

Электрическое торможение танка производится путем отдачи электроэнергии тяговыми электродвигателями, рабо­тающими как генераторы, главным генераторам, которые, становясь электромоторами, вращают коленчатый вал дви­гателя. При торможении напряжение, вырабатываемое тя­говыми электродвигателями, должно быть выше напряжения генераторов, питавших до момента торможения электродви­гатели. Это достигается посредством контроллеров.

Для перевода тяговых электродвигателей на тормозной режим достаточно уменьшить напряжение главных гене­раторов, сделав его меньше напряжения, вырабатываемого электродвигателями, и сбросить газ педалью акселератора первичного двигателя. Однако получаемая при этом тормоз­ная мощность относительно невелика и для более эффек­тивного торможения необходимо пользоваться механиче­скими тормозами.

Особые случаи использования электротрансмиссии

Схема электротрансмиссии танка «Мышонок» позволяет использовать энергию генераторов танка для питания не только своих тяговых электродвигателей, но также, в случае необходимости, и электродвигателей другого танка (напри­мер, при подводном хождении). Кроме того, в схеме пре­дусмотрена возможность питания электродвигателей танка от генераторов другого танка.

Осуществляется это посредством переключения накладок в переключающих ящиках и соответствующего включении пакетных выключателей. Передача электроэнергии от ге­нераторов к тяговым электродвигателям другого танка в подобном случае производится посредством кабелей. При этом оба генератора, вырабатывающие электроэнергию, и оба электродвигателя, получающие энергию, соединены последовательно.

Выводы

Схема электрической трансмиссии танка «Мышонок» и конструкция отдельных элементов электрооборудования представляют несомненный интерес. Значительная мощность первичного двигателя, очевидно, затруднила выполнение схемы аналогично самоходной установке Фердинанд, т. е. с автоматическим использованием мощности первичного дви­гателя на всем диапазоне скоростей и тяговых усилий.

Хотя данная система не автоматическая, все же при над­лежащей квалификации водителя, танк можно вести с до­статочно высоким использованием мощности первичного двигателя.

Применение промежуточного редуктора между валом тя­гового двигателя и бортовой передачей облегчает работу электрооборудования и сокращает его вес и габариты.

Следует считать удачной конструкцию электрических ма­шин трансмиссии и систему вентиляции.