[03-1999] Устройство и работа электропоездов постоянного тока (школа молодого машиниста)

[poster444]

Устройство и работа электропоездов постоянного тока (школа молодого машиниста)

(Продолжение. Начало см. “Локомотив” № 8 — 12, 1998 г., № 1,2, 1999 г.)

На электропоездах ЭР2Р, ЭР2Т, ЭД2Т, где моторы компрессоров питаются переменным током, применяют трехфазный асинхронный двигатель 548А, получающий напряжение 220 В от генератора управления. Статор и ротор монтируют в корпусе электродвигателя компрессора постоянного тока ДК409В. Это очень удобно для ремонтников, потому что на разных сериях электропоездов имеется один и тот же компрессор, который можно поставить с любым двигателем.

Двигатель 548А имеет хорошие механические характеристики, надежен в эксплуатации, прост и недорог. Существенный недостаток его — довольно большой пусковой ток при включении.

Работает двигатель следующим образом. На неподвижные статорные обмотки подается переменное напряжение. Возникший в них ток создает вращающее магнитное поле, наводя в замкнутых проводниках ротора (стержнях) э.д.с., создает в них вторичные токи, которые взаимодействуют с полем статора. На проводники ротора начинают действовать электромагнитные силы. В результате сложения этих сил ротор приходит в движение в направлении вращающего магнитного поля статора.

Двигатель достаточно хорошо защищен от попадания в его лопасть влаги или масла от компрессора. Вал ротора вращается в роликовых подшипниках, один из них установлен, как обычно, в подшипниковом щите, другой — в корпусе двигателя. Подшипники закрыты крышками с лабиринтными уплотнителями. Режим работы повторнократковременный, с естественным охлаждением. Конструкция асинхронного двигателя вентиляторов АОМ 32-4 для обдува калориферов аналогична устройству двигателя компрессора 548А.

ТОКОПРИЕМНИКИ

Токоприемники (старое название — пантографы) электропоезда работают в тяжелых условиях. В эксплуатации может сложиться самая неблагоприятная обстановка: сильный ветер, низкие температуры и т.д. Соответственно, и требования к токоприемнику очень высоки.

Его подвижная часть должна быть достаточно легкой, чтобы во время скольжения полоза по контактному проводу, высота которого постоянно меняется, не происходило бы отрывов. В то же время сила нажатия на провод должна быть достаточной, чтобы токосъем был без искрения и дугообразования.

Если эта сила слишком большая, может произойти опасное отжатие контактного провода, что приведет к аварии. Механизм подъема и опускания должен быть простым и надежным в работе, должна быть гарантия того, что на электропоезде все токоприемники сработают одновременно и т.д.

Токоприемник Л-1 ЗУ состоит из основания 1 (рис. 1),

закрепленного на крыше моторного вагона на специальных тумбах с пластмассовыми изоляторами. Верхний узел состоит из полоза 5 и двух кареток 6. Механизм подъема и опускания — наружные подъемные пружины 7, пневматический цилиндр 8, внутри которого находятся опускающие пружины 12. Синхронизирующая тяга 9 и рычаги 13 обеспечивают одновременность поворота валов 11 и нижних рам 3.

Подъемные пружины 7 через рычаги 14 постоянно стремятся повернуть валы 11 встречно (как показано на рисунке стрелками). Если они поворачиваются, то повернутся и нижние рамы 3, жестко связанные с валами. Полоз переместится вверх и обеспечит необходимое давление на контактный провод.

Если валы поворачиваются в противоположные стороны, то токоприемник опускается. Для дистанционного управления токоприемники оборудуют пневматическим приводом. При подаче сжатого воздуха в цилиндр привода поршни расходятся и сжимают опускающие пружины 12. Пружины выключаются из работы под действием сжатого воздуха и через промежуточные валы 15 и тяги 10 освобождают наружные цилиндры 7, которые сжимаются и производят подъем.

Опускающие сжатые пружины 12, расположенные внутри цилиндра привода 8, стремятся сблизить поршни и через валы 15 и тяги 10 заставляют вращаться валы 11 в направлении опускания. Пружины 12 сильнее пружин 7, поэтому при выходе сжатого воздуха из цилиндра токоприемник опустится.

Сила нажатия полоза на контактный провод зависит от сил двух параллельно установленных подъемных пружин. Эти силы зависят от соотношения усилий подъемных и опускающих пружин и, разумеется, от давления сжатого воздуха в цилиндре привода.
На верхних рамах с каждой стороны установлено по одной каретке, на которых закреплен полоз с угольными вставками. Каретка представляет собой систему шарнирно связанных рычагов, которые допускают поворот полоза вокруг его оси на 30° и вертикальное перемещение до 50 мм. При больших изменениях высоты контактного провода начинает действовать пружинный механизм, перемещающий рамы токоприемника.

При движении электропоезда высота подъема постоянно изменяется в соответствии с изменением высоты контактного провода. Если токоприемник при движении поезда поднимается, то полоз создает давление на провод, называемое "нажатие при подъеме”, если полоз опускается при движении поезда, он оказывает другое давление на провод, называемое "нажатие при опускании”. Давление при опускании будет больше, чем при подъеме. Это объясняется появлением сил трения в шарнирах.

При движении токоприемника вверх трение в шарнирах снижает давление полоза, при ходе вниз — увеличивает нажатие. Величина сил трения в шарнирах равна разности нажатий при подъеме и опускании. Она допускается не более 2 кгс. Если разность больше, то следует смазать шарниры или провести их ревизию.

Качество регулировки и состояния токоприемника определяют по его характеристике, которая показывает, как меняется нажатие на провод в зависимости от высоты подъема. После ТО-3 в депо там, где имеется достаточная высота контактного провода, проверяют характеристику: подают воздух в цилиндр и приводят токоприемник в поднятое состояние, закрепляют у полоза динамометр и, медленно опуская его руками, замеряют давления на высотах 1900, 1500, 1000, 400 мм. Затем, ослабляя натяжение динамометра, дают возможность токоприемнику подняться, замеряя при этом нажатия в тех же точках. В результате получают две кривые, по которым оценивают работу токоприемника.

Нажатие полоза на привод регулируется изменением затяжки подъемных пружин, их вращением вместе с держателями на регулировочных штырях. Опускающую силу и величину максимального подъема регулируют поворотом тяги пневматического привода. На тяге (по ее концам) имеются правая и левая резьбы. Время подъема и опускания регулируют клапаном токоприемника, находящимся в шкафу вагона (вращая отверткой специальный винт, изменяют сечение дроссельного отверстия).

В настоящее время медные накладки полоза заменены на угольные вставки. Медные накладки довольно быстро изнашивались сами, но самое главное — интенсивно изнашивали дорогостоящий контактный провод, особенно в сырую погоду, когда токосъем сопровождался сильным характерным шумом (лыжа словно резала провод). Угольные вставки обеспечивают наименьший износ провода, увеличивают срок его службы в несколько раз (представьте, что по проводу бесшумно скользит карандаш). Срок службы угольных вставок превосходит срок службы медных накладок. Кроме того, угольные вставки обеспечили снижение радиопомех при токосъеме.
Подобные вставки, по сравнению с медью, имеют большое удельное сопротивление. Это увеличивает мощность потерь в контакте и повышает опасность пережога контактного провода при коротком замыкании в силовых цепях или работе отопления во время стоянки электропоезда, когда происходит местный нагрев провода.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ БВП-105А

Быстродействующие выключатели (БВ) защищают силовые цепи моторных вагонов в режиме тяги от коротких замыканий (к. з.) и перегрузок. Они прерывают ток к. з. до того, как тот достигнет своего максимального установившегося значения. БВ ограничивает ток к.з. на уровне тока уставки аппарата.

Основное требование, предъявляемое к быстродействующему выключателю, — как можно быстрее прекратить нарастание тока к.з. и обеспечить полный разрыв защищаемой цепи без повреждения каких-либо ее элементов.

Основные части выключателя: рама, магнитная система, главные контакты, дугогасительные устройства, пневматический привод. Рама представляет собой основание и четыре вертикальных стойки, на которых смонтированы магнитопровод с удерживающей катушкой, контактные рычаги и главные контакты, пневматический цилиндр с диском и штоком, разделенный внутри диафрагмой.

Магнитопровод 1 (рис. 2) набирают из стальных листов. На нем имеются удерживающая низковольтная катушка 16 и три силовых размагничивающих витка 14, которые вместе с магнитным шунтом находятся внутри магнитопровода. Главные контакты состоят из подвижных частей 5 с рычагами 12 и двух неподвижных 4. Две пары контактов обеспечивают двойной разрыв цепи, рычаги подвижных элементов соединены последовательно медным шунтом.

Дугогасительное устройство состоит из двух дугогасительных катушек 3, намотанных проводом 70 мм2, полюсов 2 и двух съемных дугогасительных камер (на рис. 2 не показаны).

Двухкратная дугогасительная камера разделена перегородкой на две щели. Два дугогасительных рога, укрепленные на стенках камеры, соединяются с силовой цепью вагона контактными ножами, а два других рога, которые расположены с обеих сторон асбоцементной перегородки, соединяются между собой. С наружной торцовой стороны в камере установлена так называемая деионная решетка, которая набирается из металлических изолированных между собой пластин. Ее назначение — деионизировать пространство горения дуги, предотвратить выхлоп из камеры в горизонтальном направлении. При нормальной эксплуатации БВ сама решетка не оплавляется, т.е. мощная дуга не достигает решетки.

Пневматический привод состоит из цилиндра, внутри которого закреплены резиновая диафрагма и диск со штоком, системы рычагов и электропневматического вентиля. Резиновая диафрагма разделяет цилиндр на две полости. Под нее подается сжатый воздух, который воздействует на диафрагму, а через шток с роликом заставляет подвижной рычаг двигаться вверх, прижимая якорь к электромагниту.

Пневматический привод, преодолевая усилие отключающих пружин и подводя якорь к электромагниту, действует только во время нажатия кнопки ‘‘Возврат защиты”. Этой кнопкой подается питание на катушку электропневматического вентиля 10, который впускает сжатый воздух в цилиндр. При этом соответствующие блокировочные контакты, связанные рычагом с подвижной системой, замыкаются и показывают включенное состояние БВ, хотя его главные контакты еще не замкнулись, и расстояние между ними составляет около 7 мм.

Чтобы включить БВ, необходимо подать питание на удерживающую катушку (рис. 3).

После ее возбуждения подвижная система рычагов не перемещается, поскольку из-за большого воздушного зазора между якорем и полюсами электромагнита ее притягивающее усилие мало! (см. рис. 3,а). Затем подается напряжение на электро- пневматический вентиль, и под диафрагму поступает сжатый воздух.
Шток с роликом начинает подниматься, воздействует на рычаги, растягивает мощные отключающие пружины 8 (см. рис. 3,6) и подводит якорь к электромагниту. На рис. 4 видно, что магнитный поток удерживающей катушки значительно возрос (тонкая линия), так как он замыкается не через воздушный зазор, а через плотно прижатый якорь. Теперь подвижная система будет удерживаться электромагнитом.

Обратите внимание на рис. 3: точка приложения усилий отключающих пружин 8 к контактному рычагу смещена влево по отношению к шарниру, соединяющему контактный рычаг и рычаг якоря. Когда выходит воздух из цилиндра (отпускают кнопку “Возврат защиты"), шток с роликом смещается вниз от контактного рычага, и между роликом и рычагом образуется зазор (см. рис. 3,в).

За счет образовавшегося плеча пружины поворачивают рычаг с подвижным контактом относительно шарнира до тех пор, пока подвижной контакт не упрется в неподвижный. Теперь аппарат включен. Главные контакты замыкаются только после выключения пневматического привода, чтобы обеспечить нормальное срабатывание выключателя в случае его включения при коротком замыкании в силовой цепи.

БВ выключается при размыкании цепи удерживающей катушки контактами соответствующих реле. Он также может быть выключен вручную. Срабатывание БВ в случае превышения током силовой цепи величины уставки аппарата происходит под действием размагничивающих витков (см. рис. 4), расположенных на магнитном мостике (шунте). Через этот дополнительный сердечник (или мостик) частично ответвляется магнитный поток удерживающей катушки.

Пока ток в силовой цепи главных двигателей не превышает тока уставки БВ (600 А), магнитный поток размагничивающих витков, направленный против потока удерживающей катушки, срабатывания аппарата не вызывает. При перегрузке или к.з. в силовой цепи резко возрастает ток. Магнитный поток размагничивающих витков нейтрализует поток удерживающей катушки. Общий магнитный поток электромагнита станет меньше определенного значения. Под действием пружин 8 якорь отрывается от полюсов, и его
рычаги вместе с рычагами подвижных контактов отбрасываются в выключенное положение.

Таким образом, одни и те же пружины замыкают главные контакты, создавая контактное нажатие во включенном положении, если якорь удерживается полюсами электромагнита. Они же отбрасывают подвижную систему вниз, размыкая главные контакты, когда якорь перестает удерживаться электромагнитом.

Несмотря на то, что главные контакты разошлись, процесс отключения еще не закончен, так как необходимо погасить мощную электрическую дугу. Дугогасительные катушки 3 (см. рис. 2), через которые постоянно течет ток силовой цепи, создают вместе с полюсами 2 достаточно интенсивное магнитное поле. Оно пересекает дугу, и в результате взаимодействия тока дуги с магнитным полем дугогасительных катушек дуга выбрасывается на рога в лабиринтные щели дугогасительных камер. Быстро увеличивается ее длина, и она разрывается. Это сопровождается образованием раскаленных газов в камере.

Деионная решетка предотвращает выброс пламени за пределы камеры. Если такую решетку не поставить, быстродействующий выключатель не сможет отключать большие токи.

При проведении ТР-3 быстродействующий выключатель снимают с вагона и доставляют в аппаратный цех. После ремонта аппарат регулируют. Нужное нажатие главных контактов устанавливают изменением натяжения отключающих пружин — оно должно быть в пределах 9—10 кгс. Ток уставки аппарата регулируют двумя винтами в корпусе электромагнита. Если выключение происходит при слишком малом токе, винты дополнительно ввертывают в магнитопровод, если аппарат срабатывает при токе, превышающем уставку, винты выкручивают на несколько оборотов. После регулировки винты пломбируют.

В заключение следует напомнить, что быстродействующий выключатель является поляризованным аппаратом, т.е. он рассчитан на определенное направление тока в силовой цепи и работает только в режиме тяги. В режиме рекуперации через него также проходит весь ток силовой цепи, но в обратном направлении. В случае к.з. БВ на него не среагирует. Для защиты цепей в тормозных режимах служит быстродействующий контактор КЗ.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ КОНТАКТОР КЗ

Этот быстродействующий контактор КМБ-ЗД можно сравнить с быстродействующим выключателем (такой же БВ, но в миниатюре). Он действительно чем-то напоминает БВ: похожи кинематика подвижной системы, работа отключающих пружин, выполнение аналогичных функций, но в тормозных режимах.

Разумеется, оба аппарата отличаются конструктивно, например, у КЗ нет пневматического привода (имеется электромагнитный) и т.д.

Контактор монтируют на двух изоляционных текстолитовых стойках 1 (рис. 5). Он имеет две пары силовых контактов, дугогасительную систему, две отключающие пружины 5. В нижней части контактора имеются низковольтные блокировочные контакты 9.

На рис. 6 показана магнитная система контактора защиты КЗ. Она состоит из двух магнитных цепей, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. В вертикальную магнитную цепь входят: сварное ярмо 7, рычаг 5 якоря, который набран из листов электротехнической стали, два сердечника 1 с включающими катушками 2. Горизонтальная цепь включает в себя якорь 6, тот же сердечник 1 с катушками 2, ярмо и магнитный шунт 3 с размагничивающей катушкой 4. Как видно, некоторые элементы являются общими для вертикальной и для горизонтальной магнитных цепей.

У отключенного контактора между якорем и сердечником имеются два рабочих воздушных зазора. Неподвижные главные контакты, закрепленные на стойках, служат кронштейнами для монтажа дугогасительной системы, в которую входят дугогасительные катушки, сердечники и полюса. Эти катушки постоянно введены в силовую цепь тяговых двигателей. Дугогасительные камеры — плоскощелевые, между их стенками имеются литые латунные дугогасительные рога подвижных контактов.

Включением контактора КЗ управляет электронный блок защиты БЗ, который подает питание на две включающие катушки. В первый момент они соединены параллельно через блок защиты, их магнитный поток замыкается по вертикальной магнитной цепи через рабочие воздушные зазоры. Под действием электромагнитных сил якорь 6 притягивается к сердечникам 1 (см. рис. 6), а рычаг якоря нажимает на вертикальный толкатель 4 (см. рис. 5), который замыкает главные контакты.

После того как якорь притянется к сердечникам, электронный блок защиты БЗ переключит катушки с параллельного на последовательное соединение. Уменьшающийся ток катушек вызывает снижение магнитного потока, который теперь замыкается на горизонтальной магнитной цепи. Но этого потока достаточно, чтобы удерживать якорь в притянутом положении и обеспечивать нормальное нажатие главных контактов.

Аварийное срабатывание (отключение) контактора, так же как и его включение, производится блоком защиты. При опасном броске тока в силовой цепи на блок защиты поступает соответствующий сигнал от датчиков тока или от дифференцирующего трансформатора, дифференциального реле. Блок защиты подает напряжение на размагничивающую (отключающую) катушку 4, одновременно обесточивая включающие катушки.

Якорь моментально отбрасывается от сердечников, разрывая главные контакты. Отрывают якорь от сердечника две мощные отключающие пружины 5 (см. рис. 5). Короткое замыкание в силовой цепи вызывает сильное магнитное поле дугогасительных катушек, электрическая дуга между главными контактами выдувается в камеры, растягивается и гаснет.

СИЛОВЫЕ КОНТАКТОРЫ

Контактор 1 КП.005. На электропоездах с электрическим торможением в последнее время в качестве линейных, линейно-тормозных, тормозных и контакторов ослабления возбуждения применяют электропневматичес- кий контактор 1 КП.005. Он собирается на изоляционной стойке 24 (рис. 7), в верхней части которой закреплен кронштейн с неподвижным главным контактом 25. На том же кронштейне устанавливают дугогасительную катушку с сердечником и дугогасительный контакт 6, изолированный от главного контакта.

В цилиндре привода 17 имеются поршень, шток и отключающая пружина. Сжатый воздух в цилиндр поступает от электропневматического вентиля 15, расположенного в горизонтальном положении (традиционное расположение вентилей на старых контакторах — вертикальное). Верхняя часть штока соединена с изолятором 19, на котором укреплены главный и дугогасительный подвижные контакты, дугогасительный рог, держатель и притирающая пружина. Подвижные контакты расположены на держателе. Силовые провода подходят к контактору с задней стороны стойки 24: один провод к кронштейну неподвижных контактов, другой при помощи шунта 21 соединен с подвижными контактами.

Как известно, силовые контакторы, групповые переключатели и другие аппараты имеют низковольтные блокировочные контакты. На контакторах 1 КП.005 применено герконное устройство. Геркон — это герметически запаянная стеклянная колба, в которой расположены контактные элементы (они могут замыкаться и размыкаться). К двум зажимам колбы подходят провода внешней цепи.

Текстолитовая панель (рис. 8) с двумя герконами (один запасной) зафиксирована на стойке контактора 24. На изоляторе 19 укреплен постоянный магнит. Когда изолятор поднимается при включении контактора, он располагается напротив герконов. Как только геркон попадает в магнитное поле, его контакты мгновенно замыкаются, причем быстродействие устройства приближается к срабатыванию электронных приборов. При отключении контактора магнит перемещается вместе с изолятором вниз, и геркон размыкается.
Герконное устройство за несколько лет эксплуатации зарекомендовало себя очень хорошо, его нельзя качественно сравнивать с электромеханическими реле.

Реле-повторители служат для размножения основного сигнала. Они применяются очень широко в электрических схемах новых электропоездов. Устройство включается или выключается в зависимости от замыкания или размыкания геркона. Повторитель представляет собой реле небольших размеров, размещенное под прозрачным кожухом, с несколькими парами контактов. На самом силовом контакторе, кроме геркона, блокировочных устройств нет.

Контактор работает следующим образом. После подачи напряжения на вентиль 15 в цилиндр 17 поступает сжатый воздух. Поршень, сжимая пружину внутри цилиндра, поднимается вместе со штоком и изолятором 19. Сначала замыкаются дугогасительные контакты 6, подключается дугогасительная катушка. При дальнейшем движении поршня замыкаются и притираются друг к другу главные контакты. За счет поворота держателя дугогасительных контактов вокруг оси они размыкаются и отключают дугогасительную катушку. Эту катушку можно держать под напряжением лишь кратковременно. Если из-за неисправности дугогасительные контакты не разомкнутся и через катушку длительно будет протекать ток, контактор сгорит.

Чтобы выключить контактор, обесточивают вентиль. Из цилиндра выходит воздух, пружина перемещает вниз подвижную систему. При этом прежде чем разомкнутся главные контакты, держатель подвижных контактов повернется и включит малые дугогасительные контакты 6, подключив дугогасительную катушку.

Затем в обесточенном состоянии отключаются главные контакты (в эксплуатации они совершенно чистые, в то время как малые дугогасительные контакты очень сильно закопчены). Отключение закончится, когда разомкнутся дугогасительные контакты.

Но полным отключением считают момент гашения дуги, так как пока она горит, через нее продолжает замыкаться силовая цепь. Возникающая дуга между расходящимися контактами переходит на дугогасительные рога под воздействием магнитного поля полюсов 2 дугогасительной катушки. Она выдувается в камеру, где удлиняется, охлаждается и гаснет. Таким образом, через дугогасительную катушку ток протекает только во время гашения дуги, пока кратковременно включены малые контакты. При включенном контакторе катушка обесточена.

Контактор 1 КМ.016. Такие аппараты применяют на электропоездах для переключения в высоковольтных цепях вспомогательных машин и отопления. Контактор имеет электромагнитный привод, поскольку он должен работать при отсутствии сжатого воздуха. Так как в цепях вспомогательных машин токи относительно малы, создаваемое электромагнитным приводом давление главных контактов оказывается вполне достаточным.
Контактор собран на изоляционной панели из пластмассы АГ-4В. В верхней части (рис. 9) расположены главные контакты с выводами проводов, в нижней части — привод и низковольтное блокировочное устройство. Ранее на аналогичных контакторах для дугогашения применяли постоянные магниты. На контакторах 1 КМ.016 вернулись к дугогасительной катушке.

Система магнитного дутья располагается на двух изоляционных стойках 10. Между ними размещены катушка с сердечником и полюса 16. Контактор имеет дугогасительные рога и лабиринтно-щелевую камеру 13 из асбоцемента. Камера снабжена запором, и чтобы ее снять, оттягивают ручку замка и поворачивают ее на 90°, тогда камера освобождается.

Неподвижный силовой контакт установлен на кронштейне, отлитом вместе с дугогасительным рогом. На якоре привода 2 закреплен пластмассовый изолятор. После подачи напряжения на катушку привода 19 якорь притягивается, главные контакты замыкаются. Одновременно ролик 4 перекатывается по изолятору 6, воздействуя на рычаг 3, переключает низковольтные блокировочные контакты 1.
Между выводами 8 и 17 силовой ток протекает через шунт 7, главные контакты, дугогасительную катушку. Для выключения контактора обесточивают катушку 19 электромагнита. Отключающая пружина 5 отрывает якорь 2 от сердечника. На якоре укреплена немагнитная прокладка, которая предотвращает прилипание якоря к обесточенной катушке. Дуга между главными контактами под действием поля дугогасительной катушки 16 выдувается вверх (в камеру), где охлаждается и гаснет.
(Окончание следует)

Инж. Б.К. ПРОСВИРИН,
Московская дорожная
техническая школа № 1

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin