Общие сведения об электрических аппаратах тепловозов

Контактные аппараты. Устройство и элементы конструкции.

Контактные элек­трические аппараты в общем случае состоят из сле­дующих основных частей: контактов, привода, дугогасящего устройства и панели (основания). Однако не все перечисленные элементы могут в обязательном порядке входить в состав контактного аппарата. Например, реле, как правило, не имеют устройств дугогашения, а у таких аппаратов, как пре­дохранители и резисторы, отсутствуют приво­ды и т. д.

Контакты предназначены для замыкания и размыкания электрических цепей, находящихся под током или без него. Различают неподвижные и подвижные контакты. Для приведения в движение подвижных контактов и соединения их с неподвижными служат приводы аппаратов. Устройства дугогашения позволяют быстро погасить электрическую дугу, возникающую при размыкании контактов аппарата под током. Основание или панель служат для размещения и закрепления на них всех элементов аппарата.

Приводы электрических аппаратов

Перемещение подвижных контактов аппарата осуществляется под действием привода. Различают непосредственные и косвенные приводы, индивидуальные и групповые.

Непосредственный (или ручной) привод имеют кнопки, разъединители, рубильники и другие аппараты, рассчитанные на малые токи и напряжения, или переключаемые без тока. В непосредственном приводе сила подвижной части аппарата прикладывается человеком с помощью рукоятки, кнопки или педали.

К аппаратам с непосредственным приводом так же относится контроллер машиниста.

Контакторы и реле имеют дистанционный – косвенный привод. Наиболее распространенными косвенными приводами являются электромагнитный и электропневматический.

Дистанционные косвенные приводы позволяют исключить опасность соприкосновения обслуживающего персонала с высоковольтным оборудованием, а также автоматизировать управление агрегатами тепловоза.

Привод, управляющий замыканием, только одного подвижного контакта с неподвижным контактом, называется индивидуальным, а привод, воздействующий одновременно на группу контактов, называется групповым.

Электромагнитный привод

В электромагнитном приводе используются сила притяжения якоря к сердечнику электромагнита или сила, перемещающая якорь внутри сердечника.

Наибольшее распространение получили аппараты с замкнутым магнитопроводом и поворотным перемещением якоря (рис. 4). Такие приводы состоят из катушки 1 с сердечником 2, к которому под действием магнитного поля, создаваемого катушкой при протекании по ней тока, притягивается якорь 4. Магнитопроводом служит ярмо 3.

Рис. 4. Устройство электромагнитного привода:

1– катушка; 2 – сердечник; 3 – ярмо; 4 – якорь

Сила тяги электромагнита описывается следующим выражением:

где k – постоянный коэффициент;

S_δ – площадь сечения воздушного зазора между сердечником и якорем;

F – магнитодвижущая сила;

Δ – величина воздушного зазора.

Необходимо отметить, что, исходя из этого выражения, сила тяги электромагнита в начальный момент (при полностью отведенном от сердечника якоре) и при полном срабатывании привода (прилегании якоря к сердечнику) будет меняться очень значительно из-за влияния уменьшающейся величины воздушного зазора. Именно поэтому так сильно отличаются величины токов, необходимых для срабатывания привода и для его удержания в полностью включенном состоянии. Такой своеобразный эффект гистерезиса характерен практически для всех электромагнитных реле и контакторов.

Виды схем

Различают следующие виды схем:

– принципиальные схемы, – на которых показано соединение между собой всего электрооборудования, но не указано конкретное подключение проводов.

– исполнительные схемы, – на которых показано конкретное подключение каждого провода и маркировка всех проводов.

– монтажные схемы, – на которых показаны трассы в высоковольтной камере, по которым должны прокладываться все провода.

В электрической схеме различают следующие виды цепей:

– силовые цепи, в которые входят главные электрические машины и аппараты (тяговые электродвигатели, тяговые генераторы, главные контакты силовых контакторов, реверсора и т.д.).

– цепи управления, объединяющие катушки приводов аппаратов, блок – контакты, контакты органов управления и защиты и др.

– вспомогательные цепи, в которые входят двигатели и генераторы вспомогательных устройств локомотива, средства управления ими и их защиты (двигатели компрессоров, вентиляторов, масляных и топливных насосов и др.)

– цепи освещения, соединяющие все осветительные устройства локомотива и средства управления ими.

Такое деление цепей является условным, поскольку отдельные элементы одного аппарата могут входить в различные цепи.

Требования, предъявляемые к электрическим схемам локомотивов

1. Все операции по управлению локомотивом должны быть простыми, легко запоминающимися, удобными и выполнимыми с помощью минимального количества органов управления.

2. Должны быть обеспечены заданные последовательности переключения аппаратов при перестановке органа управления из одного положения в другое как в прямом, так и в обратном направлении;

3. Отказ какого-либо аппарата не должен привести к неправильному режиму, представляющему опасность (движение локомотива не в заданном направлении, тяговый режим вместо тормозного, короткое замыкание и т.д.)

4. Возможность работы по системе многих единиц. При этом неисправность какого-либо одного из локомотивов не должна влиять на работу других тепловозов.

Цепи набора позиций

После приведения тепловоза в движение для увеличения его скорости машинист поворачивает контроллер на пульте, воздействуя при этом на регулятор числа оборотов дизеля. Обычно регулятор снабжен специальными тяговыми электромагнитами, которые в разной, не повторяющейся комбинации, включаются на каждой позиции контроллера, изменяя определенным образом затяжку всережимной пружины регулятора. В результате этого регулятор перестраивается на новое значение поддерживаемого числа оборотов коленчатого вала и, как следствие, изменяет положение реек топливных насосов высокого давления, изменяя тем самым подачу топлива в цилиндры дизеля. Это приводит в конечном итоге к изменению частоты вращения его коленчатого вала, а значит, к изменению напряжения тягового генератора и скорости тепловоза. Сигнал на включение того или иного электромагнита регулятора подается контактами контроллера машиниста при повороте штурвала на определенную позицию.

Общие сведения об электрических аппаратах тепловозов

Управление режимами работы тепловоза, его агрегатами и системами практически полностью осуществляется с помощью переключе­ний в электрических цепях: в цепях тяговых и вспомогательных электрических машин, вспомогательных меха­низмов, в системах автоматического управления, регу­лирования и защиты. Эти переклю­чения выполняются специальными устройствами – электрическими ап­паратами.

Электрическим аппаратомназывают электротехническое устройство, выполняющее функции коммутации, регулирования, стабилизации электрических, механических или иных нагрузок.

Все тепловозные электрические аппараты могут быть разделены по их рабочему напряжению на высоковольтные и низковольтные. Первые включены в силовые цепи тяговых электрических машин и рассчитаны на большие значения напряжений и токов. Вторые включают в цепи управления тепловоза, напряжение которых составляет 75 или 110 В в зависимости от серии локомотива, такие аппараты рассчитаны на сравнительно небольшие величины рабочих токов.

Кроме того, электрические аппараты, устанавливаемые на тепловозе, можно разделить по функциональному назначению на несколько групп: коммутационные, аппараты управления, регулирования, защиты и контроля.

Коммутационные аппараты предназначены для выполнения переключений в электрических цепях. К ним относятся:

– реле;

– контакторы;

– переключатели.

Реле предназначены для дистанционного управления коммутацией низкоточных и низковольтных цепей.

Коммутационные аппараты, обеспечивающие возможность дистанционного управления коммутацией сильноточных и высоковольтных цепей,называются контакторами.

Характерной особенностью реле и контакторов является наличие у их контактной системы только двух возможных состояний: включено и выключено.

Переключателем называется коммутационный аппарат, контактная группа которого может находиться в трех и более положениях, которые у некоторых аппаратов называются позициями. Как правило, контактные группы переключателей включают несколько контактов; различные положения (позиции) переключателя отличаются комбинацией замкнутых и разомкнутых контактов.

Различают переключателисиловые, выполняющие переключения в силовых (сильноточных) цепях и имеющие, как правило, специальное приводное устройство с дистанционным управлением, и ручные (пакетные) переключатели, применяемые для одновременной коммутации нескольких слаботочных цепей.

К аппаратам управления относят двухпозиционные (как правило) устройства для переключения цепей управления коммутационными аппаратами - ручные рубильники,тумблеры,кнопки,автоматические выключатели. Последние одновременно выполняют функцию защиты электрических цепей.

Сюда же могут быть отнесены широко применяемые на локомотивах электропневматические вентили, обеспечивающие дистанционное управление как пневматическими приводами силовых коммутационных аппаратов, так и другими агрегатами силовой установки тепловоза.

Аппараты защиты предназначены для защиты как электрических цепей, так и агрегатов силовой уставноки тепловоза от аварийных режимов работы. Защита электрических цепей осуществляется автоматическими выключателямииплавкими предохранителями. Слаботочные автоматические выключатели одновременно могут использоваться в качестве аппаратов управления работой схемы. Защита агрегатов силовой установки тепловоза от аварийных режимов работы осуществляется специальными реле-реле заземления,реле боксования,температурные реле,реле давления. Как правило, эти реле имеют специальное исполнение и совмещают функции датчиков, измеряющих значения некоторых параметров состояния силовой установки, и функции исполнительных реле, осуществляющих комутацию цепей управления силовыми аппаратами при достижении недопустимого значения контролируемого параметра.

Аппараты регулирования используются в системах автоматического регулирования различных параметров состояния силовой установки тепловоза. Различают релейные(контактные) аппараты (датчики-реле давления, датчики-реле температуры, регуляторы напяжения, реле времени) и бесконтактные аппараты(тиристорные и транзисторные регуляторы напряжения, магнитные усилители, трансформаторы, электронные блоки системы автоматического регулирования напряжения тягового генератора). В последние годы все большее применение в системах автоматики локомотивов находят средства микропроцессорной техники.