Общие сведения

В процессе эксплуатации управление тепловозом осуществляется переключениями в электрических цепях, которые выполняются специальными устройствами - электрическими аппаратами.

По функциональному назначению электрические аппараты, устанавливаемые на тепловозе, подразделяются на коммутационные, управления, регулирования, защиты и контроля, вспомогательные.

Коммутационные аппараты предназначены для выполнения переключений в силовых электрических цепях. К ним относятся поездные контакторы, реверсор, тормозной переключатель, контакторы ослабления возбуждения, выключатель батареи и др.

Аппараты управления осуществляют различные функции управления электрическими цепями передач тепловозов. К аппаратам управления относятся реле, регуляторы, контроллеры, кнопочные выключатели и др.

Аппараты регулирования служат для создания гиперболической характеристики, а также ограничения напряжения и тока тягового генератора. Система регулирования тягового генератора на современных тепловозах предусматривает систему замкнутого автоматического регулирования мощности, тока и напряжения. Основными элементами этой системы являются амплистат, трансформаторы постоянного тока и напряжения, индуктивный датчик, селективный узел, в котором используются полупроводниковые кремниевые выпрямители. На тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока в системе регулирования применяются блоки с использованием тиристоров, магнитных и транзисторных элементов.

Аппараты защиты и контроля реагируют на предельные значения каких-либо параметров или режимов работы. К ним относятся реле заземления, максимального тока, предохранители и др.

К электрическим вспомогательным аппаратам относятся зажимы, соединения, арматура и др.

Электрические аппараты на подвижном составе работают в очень тяжелых условиях, так как они испытывают вибрацию и тряску, значительные колебания температуры, воздействие влаги, пыли масла. В связи с этим помимо общих требований надежности, простоты, взаимозаменяемости и т.д. к аппаратам предъявляются и особые требования.

1. Аппараты должны выдерживать тряску (вибрацию) в широком диапазоне частот, амплитуд и ускорений. Кроме дополнительных механических нагрузок, тряска может вызвать самопроизвольное срабатывание аппарата, разрегулировать его и ослабить крепления, поэтому конструкция аппарата должна исключать возможность появления подобных дефектов.

2. Электрические аппараты должны работать при температуре от -50 до +70 °С и относительной влажности не более 95 % при температуре 25 °С, поэтому детали аппаратов должны иметь надежные антикоррозионные покрытия, а применяемые смазки - обеспечивать работоспособность аппаратов.

3. Электрические аппараты должны надежно работать при значительных колебаниях напряжения в силовой цепи и в цепи управления, а также при колебаниях давления в магистрали сжатого воздуха. Снижение напряжения в цепи управления допускается до 80 % номинального, а колебания давления сжатого воздуха - от 75 до 135 % номинального.

4. Аппараты должны надежно работать при загрязнении окружающего воздуха пылью, влагой, парами масла и топлива. Эти примеси осаждаются на аппаратах и нарушают их изоляцию, вызывают повышенный износ движущихся и трущихся деталей, загрязняют контактные поверхности.

Ограниченные габаритные размеры тепловоза влияют на конструкцию электрических аппаратов. Большая часть аппаратов устанавливается в специальных шкафах (высоковольтных камерах) и на пульте управления тепловоза. Основное требование, предъявляемое к размещению аппаратов в камерах - обеспечение удобства обслуживания и ремонта при минимальных габаритных размерах.

Электрическим контактом называется место перехода тока из одной детали в другую, а сами детали, осуществляющие этот переход, называются контактами. Контакты являются основными элементами коммутационных аппаратов.

Контакты подразделяются на подвижные и неподвижные. К неподвижным контактным соединениям относятся такие, которые в процессе работы не разъединяются (соединения шин, кабельных наконечников, проводов на зажимах и др.). К подвижным контактным соединениям относятся контакты аппаратов, которые в процессе работы разъединяются.

Работу подвижного контактного соединения характеризуют следующие основные параметры:

контактное сопротивление, определяемое переходным сопротивлением (зависит от физических свойств материала контактов,

Рис. 12.1. Последовательность замыкания контактов: а - касание; б - полное включение: 1 - неподвижный контакт; 2 - подвижный контакт; 3 - пружина; 4 - рычаг; А, О - оси; Ь' и Ь" - точки на подвижном и неподвижном контактах, соответствующие точке соприкосновения Ь; d - точка включенного положения

состояния поверхности, формы контакта и давления) и сопротивлением поверхностных пленок (зависит от чувствительности материала контактов к химическим реакциям, при которых под воздействием температуры, состава атмосферы, вида замыкания образуются поверхностные пленки). Контактное сопротивление определяет значение допустимого тока: при токе, превышающем допустимое значение, контакты нагреваются и контактное сопротивление резко возрастает, что может привести к подплавлению или свариванию контактов;

начальное нажатие - усилие, создаваемое контактной пружиной в точке первоначального сопротивления контактов;

конечное нажатие - усилие, создаваемое контактной пружиной в точке конечного касания контактов (при полностью включенном контакторе);

раствор {разрыв) - кратчайшее расстояние между контактными поверхностями подвижного и неподвижного контактов в разомкнутом состоянии;

провал - расстояние, которое мог бы пройти подвижной контакт от момента соприкосновения с неподвижным, если убрать неподвижный контакт;

притирание - процесс совместного скольжения и перекатывания контактов от точки соприкосновения до конечного рабочего положения.

На рис. 12.1 представлены различные стадии процесса замыкания контактов. При повороте рычага 4 вокруг оси Л соприкосновение подвижного 2 и неподвижного 1 контактов происходит в точке Ъ. При дальнейшем перемещении рычага 4 пружина 3 сжимается, подвижный контакт 2 поворачивается вокруг оси О, а линия контакта перемещается к точке положения включения d. Форму подвижного и неподвижного контактов выбирают такой, чтобы расстояние b'd было больше расстояния b"d, где й'и Ь" - точки на подвижном и неподвижном контактах, соответствующие точке соприкосновения Ъ. Благодаря этому в процессе включения аппарата происходит притирание - проскальзывание подвижного контакта по неподвижному. При этом с поверхности контактов снимается пленка окисла, несколько сглаживаются неровности и увеличивается поверхность непосредственного контакта. Все это приводит к уменьшению переходного сопротивления контакта.

Классификация контактов приведена в табл. 12.1.

На рис. 12.2 показаны различные формы соприкасающихся поверхностей контактов. В табл. 12.2 представлены различные контакты, применяемые в аппаратах тепловозов.

При размыкании контактов, по которым протекает ток, сила нажатия уменьшается, из-за чего переходное сопротивление рез-

Таблица 12.1

Рис. 12.2. Формы контактов: а - точечный; б - линейный", в - поверхностный

ко увеличивается. В результате происходит сильный нагрев поверхностей соприкосновения контактов. Окружающий воздух нагревается и ионизируется, т. е. становится проводником, поэтому между контактами, хотя они и не соприкасаются, цепь не размыкается, и ток некоторое время течет через ионизированный воздух, вследствие чего возникает электрическая дуга.

Температура центральной части электрической дуги очень велика и может достигать 6000.25000 К. При горении дуги могут произойти оплавление контактов, перенос металла. Во избежание повреждения контактов и выхода аппарата из строя дугу необходимо как можно быстрее погасить. В то же время практически любая электрическая цепь имеет индуктивность, и при изменении тока в ней возникает ЭДС самоиндукции, пропорциональная скорости этого изменения. Поэтому при очень быстром гашении дуги могут возникнуть опасные перенапряжения в цепи.

Основное средство гашения дуги - это увеличение ее длины. При малых напряжениях и токах дуга гаснет, когда расстояние между контактами становится достаточно большим. При разрыве цепей с большим током даже при небольших напряжениях для гашения дуги необходим такой раствор контактов, который кон-

Таблица 12.2

структивно трудно осуществить. В этих случаях в тепловозных аппаратах применяют способ магнитного гашения дуги, основанный на взаимодействии токов в дуге и магнитного поля.

Электромагнитное дугогаси-тельное устройство представлено на рис. 12.3. Длина дуги увеличивается до тех пор, пока она не погаснет. Так как дуга возникает в точке размыкания контактов, то само место контакта не подвергается действию дуги. Между полюсами и дугой располагаются стенки дугогасительной камеры 4 из дугостойкого материала (обычно асбоцемента), которые защищают полюсы от оплавления дугой и, отводя тепло от дуги, способствуют ее гашению. В цепь тока, разрываемого контактами, включают катушку 1 с сердечником 2, к которому с двух сторон примыкают стальные полюсы 3. Между полюсами возникает магнитное поле, направление которого выбирают так, чтобы дуга под действием поля перемещалась вправо. При этом дуга переходит с поверхности контактов на специальные дугогасительные рога 5 и б, холодная поверхность которых также способствует ее гашению. Дугогасительная камера препятствует распространению электрической дуги на близко расположенные металлические части.

Дугогасительную камеру часто разделяют перегородками для более эффективного гашения дуги. Перегородки расщепляют дугу на несколько параллельных пучков, которые, соприкасаясь с холодными перегородками, дополнительно охлаждаются.

Замыкание или размыкание контактов контакторов или реле связано с их перемещением. Устройство, приводящее в движение подвижной контакт, называется приводом. В зависимости от типа электрического аппарата применяют непосредственный, электромагнитный, электропневматический и электродвигательный приводы.

Непосредственный (ручной) привод применяют в контроллерах машиниста, рубильниках, выключателях и т.д.

Электромагнитный привод получил распространение в электрических аппаратах, где требуется небольшой ход подвижной системы и относительно небольшое усилие благодаря простоте и надежности работы.

Рис. 12.3. Электромагнитное дугогасящее устройство: 1 - дугогасительная катушка; 2 - сердечник; 3 - полюсы; 4 - дугогасительная камера; 5, б - дугогасительные рога

Схема аппарата с электромагнитным приводом представлена на рис. 12.4. Перемещение подвижной системы создается за счет притяжения якоря 4 к сердечнику 3 электромагнита. Магнитный поток, создаваемый катушкой 2 при протекании по ней тока, замыкается через ярмо 1, сердечник, якорь и воздушный зазор х. Когда цепь катушки аппарата разрывается, якорь перемещается в исходное положение пружиной 5.

Электропневматический привод применяется в аппаратах, где требуется большое усилие нажатия при значительных перемещениях. При перемещениях до 50 мм применяют диафраг-менные приводы (рис. 12.5, а), а при больших перемещениях - поршневые (рис. 12.5, б).

Принцип работы пневматического привода следующий: при пуске воздуха в рабочую камеру 1 поршень 8 перемещает шток 5 (или диафрагма прогибается, перемещая шток), связанный с подвижным контактом аппарата, который в конце хода поршня займет замкнутое положение.

При выпуске воздуха под действием пружины поршень переместится вместе со штоком в начальное положение, вследствие чего подвижной контакт разомкнет цепь.

Такие аппараты, как реверсор, тормозной переключатель, имеют двухпозиционные приводы, т. е. приводы, имеющие два фиксированных положения. Выпуск воздуха из рабочей камеры не изменяет положения этих аппаратов и переход в другое положение возможен только после подачи воздуха во вторую рабочую камеру.

Электродвигательный привод применяется при большом числе позиций. На тепловозных аппаратах такие приводы не используются.

⇐ | Основные неисправности и ремонт вспомогательных электрических машин | | Устройство и ремонт тепловозов | | Коммутационные аппараты | ⇒