Однако, наряду с перечисленными выше довольно серьезными преимуществами, электропередача обладает рядом недостатков, таких как значительный вес, высокая стоимость и относительно низкий к. п. д. на большей части диапазона скоростей вращения коленчатого вала. После появления трансмиссий с гидротрансформаторами, которые имеют значительно меньший вес, более дешевы в производстве и обладают более высоким к. п. д., электропередача на автобусах стала выходить из употребления.

Принципы электрического преобразования момента. При электропередаче управление скоростью автомобиля может осуществляться или электрически, или посредством изменения скорости вращения коленчатого вала двигателя. В первом случае двигатель снабжается регулятором, и поэтому непосредственно присоединенный к нему якорь генератора вращается с почти постоянной скоростью. Эта система пользовалась значительным распространением в ранних электропередачах, когда бензиновые двигатели имели очень малую гибкость. В последние годы для автобусных передач применялась другая система, в которой практически все управление скоростью осуществлялось посредством педали управления дроссельной заслонкой или подачей топлива.

Управление Вард-Леонарда. Старый метод осуществления изменения скорости автомобиля при работе двигателя с постоянной скоростью вращения коленчатого вала известен под названием системы Вард-Леонарда. Эта система имеет генератор с посторонним источником возбуждения. Зажимы генератора присоединены к зажимам электродвигателя, возбуждение которого происходит от того же самого источника, что и возбуждение генератора. Однако, в то время как электродвигатель всегда возбуждается до точки насыщения, ток возбуждения генератора может регулироваться посредством реостата. Если якорь генератора вращается с постоянной скоростью, его напряжение и мощность будут изменяться вместе с магнитным потоком, который, в свою очередь, изменяется с током возбуждения. Если магнитный поток электродвигателя с помощью возбудителя поддерживается постоянным, скорость вращения якоря электродвигателя будет изменяться почти прямо пропорционально напряжению генератора, а момент — прямо пропорционально току, проходящему от генератора к электродвигателю. При этой системе реверсирование привода осуществляется изменением направления тока, проходящего через обмотку возбуждения генератора.

Для применения в тяговых установках в оригинальной системе Вард-Леонарда были сделаны некоторые изменения. Полярность генератора не изменяется, а реверсирование привода осуществляется изменением направления тока через обмотку статора электродвигателя. Электродвигатель является машиной с последовательным возбуждением, так это принято делать в тяговых установках. Если скорость вращения якоря генератора постоянна, то нагрузка двигателя будет меняться с изменением тока возбуждения и тока генератора. В некоторых случаях обмотка независимого возбуждения дополняется дифференциальной последовательной обмоткой возбуждения, через которую течет главный ток генератора в таком направлении, что он стремится ослабить магнитный поток. Эта дифференциальная последовательная обмотка получает такие размеры, что, когда двигатель работает с нормальным числом об/мин при полном открытии дроссельной заслонки, генератор питает электродвигатель током полной нагрузки при нормальном напряжении. Скорость автомобиля может регулироваться посредством реостата в цепи возбуждения, а дифференциальная последовательная обмотка будет автоматически компенсировать все изменения в сопротивлении движению. Например, если автомобиль встречает подъем, движение его замедлится; тогда также замедлится и скорость вращения якоря электродвигателя, который связан с главной передачей заднего моста. При этом от генератора к электродвигателю потечет больший ток, и этот увеличенный ток, проходя через дифференциальную последовательную обмотку, ослабит магнитный поток, таким образом понижая напряжение генератора и уменьшая отдаваемую им мощность. Поскольку магнитный поток генератора будет ослаблен, двигатель станет разгоняться и при большей скорости вращения коленчатого вала будет развивать большую мощность, которая компенсирует нагрузку, возросшую вследствие подъема.

При конструировании этих передач одной из задач является выбор таких соотношений между двумя системами возбуждения, чтобы при увеличении силы тока генератора в определенной степени напряжение генератора падало в той же пропорции и чтобы мощность генератора, таким образом, оставалась постоянной. Если это Достигнуто, то с помощью электропередачи может быть использована максимальная мощность двигателя в любых условиях движения.

Электропередача для автобусов. Электропередачи обычно имеют генератор с параллельной, а электродвигатели — с последовательной обмоткой возбуждения. Кроме параллельной обмотки, статор генератора может снабжаться дополнительной обмоткой возбуждения, через которую в течение короткого времени, когда двигатель разгоняется, проходит ток от аккумуляторной батареи автомобиля. Также может применяться дифференциальная последовательная обмотка, однако в большинстве современных систем она не применяется. Генераторы так же, как и электродвигатели, всегда снабжаются дополнительными полюсами, чтобы сделать возможной безыскровую коммутацию.

Дополнительная обмотка применяется по той причине, что напряжение обычного генератора с параллельной обмоткой при разгоне поднимается только постепенно, и при таком генераторе у двигателя будет тенденция идти вразнос при нажатии на педаль управления дроссельной заслонкой. При наличии дополнительной обмотки полное напряжение батареи прикладывается сразу после нажатия на педаль управления дроссельной заслонкой дальше положения холостого хода, поэтому магнитный поток и напряжение генератора быстро увеличиваются. Когда скорость вращения коленчатого вала двигателя возрастает, цепь дополнительной обмотки возбуждения автоматически размыкается выключателем, управляемым катушкой, присоединенной параллельно главным линиям генератора.

Схема соединений генератора электропередачи автобуса с бензиновым двигателем показана на рис. 1. На схеме изображена дополнительная обмотка возбуждения, питаемая током от аккумуляторной батареи.

Соотношение между током и моментом, напряжением и скоростью вращения. Когда автомобиль встречает увеличенное сопротивление движению, скорость вращения якоря электродвигателя уменьшается, якорь развивает меньшую противоэлектродвижущую силу и потребляет большой ток. Поскольку ток может идти только от генератора, сила тока должна соответственно увеличиваться, так как ток, получаемый электродвигателем, равен току, отдаваемому генератором, если пренебречь небольшой величиной тока, потребляемого параллельной обмоткой возбуждения генератора.

Если магнитный поток будет постоянным, то напряжение генератора будет прямо пропорционально скорости вращения якоря, а ток генратора — моменту, прикладываемому к якорю генератора, уменьшенному на величину момента, необходимого для преодоления трения в подшипниках и щетках. Однако магнитный поток непостоянен ни в генераторе, ни в электродвигателе.

Рис. 1. Схема соединений генератора:
1 — якорь генератора: 2 — обмотка дополнительных полюсов; 3 — последовательная дифференциальная обмотка; 4—параллельная обмотка возбуждения; 5 — сопротивление возбуждения; 6 — обмотка дополнительного батарейного возбуждения.

Электродвигатель имеет последовательную обмотку возбуждения, и если ток якоря увеличивается, то соответственно увеличивается и ток, проходящий через обмотку статора. Таким образом, поскольку момент электродвигателя пропорционален и току якоря’, и силе магнитного поля, он всегда увеличивается быстрее, чем ток якоря, и кривая зависимости момента электродвигателя от силы тока будет выпуклой, причем выпуклость обращена вниз, к оси абсцисс, т. е. к оси силы тока.

Совершенно обратное явление происходит с генератором. Генератор возбуждается обмоткой, присоединенной параллельно к главным линиям генератора. Когда ток якоря генератора возрастает, происходит падение потенциала в обмотках якоря и соответственное падение напряжения на зажимах параллельной обмотки возбуждения. Таким образом, даже если скорость вращения якоря генератора остается неизменной, магнитный поток будет уменьшаться с увеличением тока якоря. Однако с возрастанием нагрузки двигателя из-за увеличенного тока якоря скорость вращения коленчатого вала двигателя будет падать, что вызовет дальнейшее уменьшение напряжения на зажимах и ослабление магнитного потока.

Таким образом, магнитному потоку генератора присуща тенденция уменьшаться с увеличением тока в якоре.

Мощность генератора пропорциональна произведению напряжения на силу тока, и если напряжение генератора падает, в то время как сила тока увеличивается, нагрузка двигателя будет оставаться постоянной независимо от крутящего момента, передаваемого заднему мосту (или момента электродвигателя). Если эта тенденция недостаточно сильно выражена, она может быть усилена посредством снабжения генератора небольшой обратной последовательной обмоткой, которая будет ослаблять магнитный поток. Это автоматическое изменение моментов с помощью электрической системы показано на рис. 138, где изображены кривые моментов генератора (двигателя) и электродвигателя. Можно видеть, что при силе тока 120 а момент генератора будет составлять около 30,4 кгм, и отклонение значений момента от этой величины незначительно. Максимальная его величина лишь немного превосходит 34,5 кгм. С другой стороны, момент электродвигателя, который равняется примерно 11,7 кгм при токе 120 а. при токе 400 а достигает 56,5 кгм. таким образом, при 120 а момент уменьшается, как при ускоряю-шей передаче с передаточным отношением 0,385, а при 400 а, когда момент генер-атора равен 31,8 кем, момент увеличивается, как при замедляющей передаче с передаточным отношением 1,78. Таким образом, при 400 а отношение моментов примерно в 4,6 раза больше, чем при 120 а.

Рис. 2. Крутящий момент, воспринимаемый генератором (1), и крутящий момент, создаваемый электродвигателем (2), в зависимости от силы тока в обмотке якоря.

Изменение скоростей вращения якоря электродвигателя и якоря генератора в зависимости от силы тока показано на рис. 3, из которой видно, что скорость вращения якоря генератора почти постоянна в широких пределах изменения силы тока. Отсюда следует, что при электропередаче двигатель работает при почти постоянной скорости вращения коленчатого вала. При таком положении, когда скорость вращения коленчатого вала и момент двигателя сохраняют почти постоянные значения, мощность двигателя практически будет постоянной при всех условиях работы. С другой стороны, скорость вращения якоря электродвигателя изменяется обратно пропорционально моменту электродвигателя; высокая скорость вращения якоря электродвигателя соответствует малой силе тока и низкому значению момента электродвигателя, а малая скорость вращения — большому значению момента.

Независимое возбуждение. При первых попытках непосредственно соединить электродвигатель с генератором, приводимым во вращение двигателем внутреннего сгорания, без подключенной в линии аккумуляторной батареи одним из затруднений явилось то, что, когда водитель резко нажимал на педаль управления дроссельной заслонкой для быстрого разгона, двигатель кратковременно оставался без нагрузки, отчего резко увеличивалась скорость вращения коленчатого вала; это было не только вредно для двигателя, но и вызывало неприятные вибрации. Указанная трудность была преодолена путем введения дополнительного независимого батарейного возбуждения. При этом ток возбуждения от аккумуляторной батареи включается лишь на короткое время до тех пор, пока достаточно не возрастет напряжение’ на зажимах генератора; после этого генератор начинает работать на режиме самовозбуждения. Размыкание цепи дополнительного возбуждения осуществляется реле-выключателем, показанным на рис. 4 (с правой стороны). Если реле-выключатель дополнительного возбуждения имеет и параллельную обмотку, как на рис. 4, и последовательную обмотку, то время, в течение которого включена дополнительная обмотка, зависит не только от ускорения якоря генератора, но и от мощности, развиваемой генератором.

Рис. 3. Скорости вращения якоря генератора и якоря электродвигателя в зависимости от силы тока в обмотке якоря.

Дополнительные полюсы. Кроме обмотки дополнительного возбуждения, существует третья обмотка — на малых дополнительных полюсах, расположенных между главными полюсами. Эти дополнительные полюсы применяются, чтобы обеспечить безыскровую коммутацию при всех условиях нагрузки. В генераторе концы, каждой секции якоря или группы секций присоединены к соседним коллекторным пластинам. На мгновение, когда обе пластины, к которым присоединена секция, находятся под щеткой, секция будет коротко замкнута, и если в ко-роткозамкнутой секции будет возбуждена электродвижущая сила, то в ней потечет ток. Чтобы обеспечить безыскровую коммутацию, этот ток должен быть той же величины и направления, что и ток, который потечет через секцию после того как короткозамкнутая цепь будет разорвана. Это значит, что ток и возбужденное напряжение короткозамкнутой секции должны изменяться вместе с нагрузкой на генератор; поэтому дополнительные полюсы располагаются таким образом, чтобы секции якоря находились под их воздействием в период короткого замыкания; эти полюсы снабжаются последовательной обмоткой так, что их магнитный поток изменяется с нагрузкой на якорь.

Электрическое торможение. Если между двигателем и ведущими колесами нет непосредственной механической связи, двигатель не может быть использован в качестве тормоза. Однако для этой цели можно пользоваться электродвигателем. Электродвигатель может применяться как для нормального торможения в целях предотвращения чрезмерного увеличения скорости автомобиля на уклонах, так и для резкого торможения в экстренных случаях. В первом случае электродвигатель просто отъединяется от генератора и его цепь замыкается через сопротивление. Получающийся тормозной эффект электродвигателя зависит от сопротивления в цепи, и, если желательно, он может быть сделан переменным так же, как тормозной эффект двигателя внутреннего сгорания может изменяться посредством дроссельной заслонки. Обычно же применяется только одна ступень торможения. Экстренное торможение достигается соединением электродвигателя и генератора, соответствующим заднему ходу, с сопротивлением в цепи. Тормозной эффект тогда зависит от положения дроссельной заслонки и может регулироваться педалью. Соединение для нормального торможения приведено на рис. 4.

Рис. 4. Схема соединений для электрического торможения:
1 — якорь электродвигателя; 2 — последовательная обмотка возбуждения электродвигателя; 3 — тоомозное сопротивление; 4 — обмотка дополнительных полюсов: 5 — якорь генератора; 6 — параллельная обмотка возбуждения генератора; 7 — обмотка дополнительного возбуждения генератора; 8 — реле-выключатель; 9 — зарядный генератор.

Вентиляция. В дополнение к мероприятиям по снижению потерь и соответствующего уменьшения выделения тепла конструкторы электропередач предусматривают средства, обеспечивающие быстрейший отвод тепла. Естественно, что от якоря полностью закрытой электрической машины трудно отвести выделившееся в нем тепло, поэтому становится необходимой система вентиляции.

Рис. 5. Схема вентиляции электродвигателя и генератора.