Схема электровоза вл80с вспомогательные машины
Аппараты высоковольтных силовых и вспомогательных цепей электровоза BЛ80C
5.1. Общие сведения об электрических аппаратах электровоза BЛ80C
Электрический аппарат — это электротехническое устройство, которое служит для включения и отключения электрических цепей, с целью управления электровозом и регулирования параметров работы его электрического оборудования, а также для защиты этого оборудования от аварийных режимов.
По принципу действия электрические аппараты можно условно разделить на две основные группы: контактные и бесконтактные.
Контактные аппараты — выполняют свои функции с помощью механического разрыва электрической цепи своими подвижными контактами (контакторы, реле, переключатели, разъединители, тумблеры, кнопки, и др.).
Бесконтактные аппараты — выполняют свои функции без механического разъединения электрических цепей, т.е. не имеют подвижных контактов (резисторы, дроссели, датчики, и др.).
При работе электровоза в его схеме происходит большое количество переключений (реверсирование ТЭД, регулирование напряжения, подводимого к ТЭД, включение в работу вспомогательных машин и др.), связанных с соединением и разъединением электрических цепей. В результате контактные аппараты подвергаются более интенсивному износу, чем бесконтактная аппаратура, поэтому в эксплуатации именно этим аппаратам необходимо уделять повышенное внимание.
Все контактные аппараты условно состоят из двух основных частей: привода и контактной системы. Эти аппараты можно классифицировать по следующим признакам: по типу привода, форме контактов в точке касания, способу гашения дуги и по назначению в схеме электровоза.
1. Классификация электрических аппаратов электровоза по типу привода. В зависимости от вынуждающей силы, которая заставляет контакты взаимодействовать друг с другом, электрические аппараты разделяют (рис. 5.1) на: аппараты с ручным приводом, аппараты с электромагнитным приводом, аппараты с пневматическим приводом, аппараты с моторным приводом и аппараты с тепловым приводом.
2. Классификация электрических аппаратов электровоза по форме контактов в точке касания. В зависимости от формы поверхности, по которой осуществляется контакт подвижного контакта с неподвижным (по форме контактного пятна), аппараты классифицируют на: аппараты с точечными контактами, аппараты с линейными контактами и аппараты с поверхностными контактами
Контактное пятно в виде точки образуется, если контактирующим поверхностям придать форму сфер или сферы и поверхности. Точечные контакты применяют в цепях управления при токах до 8 А (у медных контактов) и до 120 А (у контактов из серебряных сплавов).
Контактное пятно в виде линии образуется, если контактирующие поверхности имеют цилиндрическую форму и соприкасаются по образующим или по цилиндрической образующей и плоскостью. Площадь соприкосновения зависит от величины деформации контактов и ширины контактов. Линейные контакты используют в силовых цепях при токах до 2000 А.
Поверхностные контакты соприкасаются не всей поверхностью, а отдельными контактными пятнами, количество, площадь и расположение которых случайны и зависят от состояния контактных плоскостей и от взаимного давления контактных поверхностей друг на друга. Например, у дугогасительных контактов ГВ касание контактов происходит по шаровой поверхности, а у разъединителей — по плоскости.
При любой форме контактов их контактная поверхность должна быть не менее 80 % от возможной, что проверяется по отпечатку, который оставляют контакты на копировальной бумаге.
3. Качественная работа контактных соединений зависит от степени их нагревания в процессе длительной работы. Чрезмерное нагревание контактов приводит к их окислению, а окисные пленки большинства металлов (кроме серебра) не проводят электрический ток, что приводит к повышению переходного сопротивления в месте контакта. В соответствии с ГОСТ 9219-88 установлены следующие превышения тем-пературы контактных соединений для температуры окружающего воздуха не выше +40 °С и при условии, что они не вызывают нагрева соседних частей выше допустимых для них температур:
— коммутирующие контакты из меди, сплавов меди и металлокерамики, а также скользящие контакты с накладками из серебра или металлокерамики — 75 °С;
— коммутирующие контакты реле при малых нажатиях (до 5 Н) с накладками из серебра или металлокерамики на основе серебра — 65 °С;
— разборные и неразборные контактные соединения внутри аппарата, контактные соединения выводов из аппарата к внешним проводам — 65 °С;
— разборные и неразборные контактные соединения внутри аппарата, контактные соединения выводов из аппарата к внешним проводам с покрытием контактной поверхности серебром — 80 °С;
— контакты и другие детали, работающие как пружины: медные — 35 °С; медные контакты разъединителей—50 °С; из бериллиевой бронзы — 110 °С; из углеродистой конструкционной стали — 45 °С.
4. Классификация электрических аппаратов по способу гашения электрической дуги на контактах. В электрических аппаратах электровоза реализованы следующие способы гашения электрической дуги:
— принудительное удлинение дуги путем разъединения контактов, использования защитных рогов на контактах, путем воздействия магнитного поля;
— охлаждение межконтактного пространства потоком воздуха;
— дробление дуги на ряд отдельных коротких дуг деионной решеткой, встроенной в дугогасительную камеру.
Рис. 5.1. Классификация электрических аппаратов по типу привода
Рис. 5.2. Классификация электрических аппаратов электровоза по назначению в схеме
Большинство аппаратов имеют комбинированное дугогашение, т.е. в их конструкции реализовано сразу несколько способов гашения электрической дуги. Например, в контакторе главного контроллера гашение дуги осуществляется за счет ее удлинения магнитным полем катушки, а также используется дробление дуги в дугогасительной камере и охлаждение межконтактного пространства потоком воздуха.
5. Классификация электрических аппаратов по назначению в схеме электровоза (рис. 5.2). В зависимости от электрической цепи, в которую включаются главные контакты аппаратов в схеме, и выполняемых
ими функций аппараты электровоза классифицируют на следующие группы:
— аппараты высоковольтных цепей — главные контакты включены в цепь первичной обмотки тягового трансформатора, поэтому эти аппараты рассчитаны для работы под напряжением 25 кВ при длительных токах не более 400 А;
— аппараты силовых цепей — главные контакты включены в цепи питания ТЭД, они работают под напряжением не более 1200 В, но при токах свыше 1000 А;
— аппараты вспомогательных цепей — главные контакты включены в цепи питания вспомогательного оборудования электровоза от обмотки собственных нужд, они работают под напряжением не более 500 В, и при длительных токах не более 1000 А;
— аппараты цепей управления — выполняют функции управления и работают под напряжением 50 В при токах менее 50 А;
— аппараты защиты — выполняют функции защиты от аварийных режимов в различных цепях электрической схемы.
Построение электрической цепи вспомогательных машин зависит от значения напряжения и рода тока, выбранного для питания их привода, способов ограничения пусковых токов, способа обогрева кабин электровоза, характера защиты цепей от перегрузок и коротких замыканий. Электрические цепи привода вспомогательных машин на электровозах постоянного и переменного тока значительно различаются.
Электровозы постоянного тока
Рассмотрим схему вспомогательных цепей одной секции электровоза постоянного тока ВЛ11 показанную на рис. 79. Вспомогательные цепи каждой секции включают в себя электромашинный преобразователь АМ-Г, электродвигатель компрессора МК, электродвигатель вентилятора MB и восемь электрических печей Пч1—Пч8 мощностью 1 кВт каждая. Это оборудование объединено в общую цепь, для защиты которой от перегрузок и коротких замыканий применены различного рода реле (в частности, дифференциальное ДР), воздействующие на быстродействующий выключатель БВ.
Рис. 79. Принципиальная схема высоковольтных
вспомогательных цепей секции электровоза ВЛ11
Электромашинный преобразователь, состоящий из двигателя и генератора, смонтированных на одном валу, служит для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в режиме рекуперации.
Электродвигатели вентиляторов могут работать в режимах высокой и низкой скорости. При работе в режиме высокой скорости к двигателям вентиляторов подводится полное напряжение контактной сети 3000 В. Когда вентиляторы работают в режиме низкой скорости на двухсекционном электровозе и двух двухсекционных электровозах, управляемых по системе многих единиц, соединяют последовательно два двигателя вентиляторов (напряжение 1500 В на каждом двигателе), а на трехсекционном — три (на каждом двигателе напряжение 1000 В). Переключение с одного режима на другой производится специальным дистанционным двухпозиционным переключателем вентиляторов ПкВ.
Переключатели вентиляторов ПкВ могут быть кулачкового или барабанного типа . Электровозы ВЛ8 и ВЛ10 имеют переключатели, подобные по устройству реверсору. Разница заключается только в ином расположении кулачков. На электровозе ВЛ11 установлен переключатель барабанного типа.
Так как генераторы управления приводятся во вращение двигателями вентиляторов, то при переходе с высокой частоты вращения на низкую соответственно уменьшается и напряжение генераторов. Если в режиме высокой частоты вращения напряжение каждого генератора равно 50 В, то при низкой оно будет примерно в 2 раза меньше, т. е. 25 В. Чтобы не нарушать нормальной работы цепи управления, генераторы управления тоже переключают с параллельного соединения на последовательное . Для этого используют переключатель вентиляторов, на котором предусмотрены дополнительные сегменты и пальцы.
Кабины машиниста отапливаются электрическими печами Пч1—Пч8; они включены в две параллельные группы по четыре последовательно в каждой. Для обогрева недействующей кабины машиниста соединяют последовательно восемь печей: для этого нож переключателя Рз2 нужно поставить в верхнее положение и включить соответствующую кнопку Электрические печи I группы (на рис. 79 контактор К52).
На электровозах ВЛ8 и ВЛ10 установлено по шесть электрических печей в кабине; они также разбиты на две параллельные группы. Локомотивная бригада может включить одну или две группы печей.
Кожуха печей надежно соединены с кузовом электровоза, т. е. заземлены. Это предохраняет обслуживающий персонал от случайного попадания под высокое напряжение при повреждении изоляции печи.
Напряжение в контактном проводе колеблется иногда в очень больших пределах. В соответствии с этим частота вращения двигателей вентиляторов изменяется; изменяется и напряжение генераторов управления. Чтобы автоматически поддерживать напряжение генераторов постоянным, используют специальные регуляторы напряжения. В зависимости от частоты вращения двигателей эти регуляторы изменяют значение тока возбуждения, вводя в цепь возбуждения или выводя из нее резисторы или подключая их параллельно обмоткам возбуждения.
Автоматическое включение и выключение компрессоров осуществляется специальным регулятором давления. Регулятор выключает компрессор, когда давление в главных резервуарах достигает 0,9 МПа (и вновь включает, когда оно понизится до 0,75 МПа). Разность в давлении 0,15 МПа не сказывается на работе аппаратов, приводимых в действие сжатым воздухом (тем более, что ко всем аппаратам, за исключением устройств пескоподачи и звуковых сигналов, сжатый воздух подводится через понижающие редукторы), зато оказывается возможным реже включать и выключать компрессоры. Это снижает расход электрической энергии и уменьшает износ оборудования.
Для облегчения условий пуска в цепях электродвигателя вентилятора MB и преобразователя АМ-Г установлены электромагнитные контакторы К56 и К57, автоматически шунтирующие пусковые резисторы после запуска машин. Каждая из вспомогательных цепей, содержащая двигатели, имеет постоянно включенные демпферные резисторы для ограничения токов в двигателях.
Вспомогательные машины и электрические цепи включаются электромагнитными контакторами К51—К55, управляемыми кнопочными выключателями из кабины машиниста. (На рис. 79 во включенном положении находятся цепи мотор-вентилятора и мотор-компрессора.)
Электровозы переменного тока
Рассмотрим схему вспомогательных цепей восьмиосного электровоза переменного тока на примере секции электровоза ВЛ80р (рис. 80).
Рис. 80. Принципиальная схема высоковольтных
вспомогательных цепей секции электровоза ВЛ80р
Расщепитель фаз ФР присоединен параллельно к шинам XI Х2, ХЗ. Шины XI и Х2 подключены к обмотке собственных нужд трансформатора, рассчитанной на 400 В.
Пуск расщепителя фаз, как уже было сказано, осуществляется с помощью пускового резистора R. Потребителями трехфазного тока являются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором: МВ1, МВ2 — вентиляторов охлаждения тяговых двигателей; МВЗ, МВ4 — спаренных вентиляторов охлаждения выпрямительно-инверторных преобразователей, сглаживающих реакторов, радиаторов тягового трансформатора; МВ5 — вентилятора охлаждения блока стабилизирующих резисторов и выпрямительной установки возбуждения; МК — компрессора;
МН — масляного насоса системы охлаждения трансформатора.
Перечисленные асинхронные двигатели включаются соответствующими контакторами; при этом включаются конденсаторы между линейной и генераторной фазами двигателя (кроме электродвигателя МН), что облегчает запуск и условия работы двигателей, так как улучшается симметрия трехфазной системы.
Электродвигатель вентилятора МВ5 включается только в режиме рекуперативного торможения.
Отметим, что на электровозах ВЛ80 других модификаций установлено по четыре двигателя для вентиляции силового оборудования каждой секции. Охлаждение оборудования, используемого в режиме торможения, осуществляется спаренными вентиляторами.
Все двигатели защищены от перегрузок и коротких замыканий тепловыми реле. От обмотки собственных нужд получают питание печи для обогрева кабины машиниста, обогреватели санузла, нагреватели калорифера обдува лобовых стекол кабины.
В исключительных случаях допускается снижение напряжения в контактной сети до 19 000 В. Для того чтобы по-прежнему к вспомогательным машинам подводилось напряжение 400 В, с помощью переключателя Я их подключают к выводу 0 обмотки собственных нужд трансформатора. Вольтметры, включенные во вспомогательные цепи (см. рис. 79 и 80), отградуированы по напряжению контактной сети.
