Схемы управления стрелочными электроприводами переменного тока: Методические указания к лабораторной работе Т-9 по курсу «Станционные системы автоматики и телемеханики»

Страницы работы

Содержание работы

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТРЕЛОЧНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторной работе Т-9

по курсу «Станционные системы автоматики и телемеханики»

Целью работы является изучение схем управления стрелочными электроприводами (СЭП) переменного трехфазного тока. Эти схемы были разработаны на кафедре «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ПГУПС совместно с отделом электрической централизации проектного института «Гипротранссигналсвязь» и получили широкое распространение на сети железных дорог Российской Федерации и стран СНГ.

1. Основные сведения

До 80-х годов на железных дорогах нашей страны применялся, как правило, стрелочный электропривод постоянного тока (СЭППТ) как с центральным, так и с местным питанием рабочей цепи. Широкое распространение СЭППТ объясняется, прежде всего, тем, что источник постоянного рабочего тока может быть легко резервирован аккумуляторной батареей. Однако с повышением надежности энергоснабжения постов электрической централизации это преимущество перестало иметь существенное значение. Более того, в настоящее время широко внедряется, так называемая «безбатарейная» система питания рабочих цепей СЭППТ.

Другим преимуществом СЭППТ является простота схем управления и их экономичность по расходу аппаратуры и использованию кабеля. Так, известная схема управления СЭППТ с центральным питанием рабочих цепей, применяемая в блочной маршрутно-релейной централизации, построена с использованием четырех реле и позволяет производить перевод стрелки и получать контроль трех ее положений по двум линейным проводам.

Однако многолетняя эксплуатация указанной схемы показала, что наряду с положительными качествами она имеет ряд существенных эксплуатационных недостатков:

— СЭППТ требует установки на посту ЭЦ мощных выпрямителей для питания рабочих цепей;

— конструкция сериесного двигателя постоянного тока, применяемого в СЭППТ, сложна из-за наличия щеточно-коллекторного узла, вследствие чего двигатель имеет высокую стоимость, низкую технологичность изготовления и недостаточную эксплуатационную надежность;

— схема СЭППТ с центральным питанием допускает возникновение ложного контроля положения стрелки, остановившейся в промежуточном положении, когда в зазоре между угольной щеткой и медной пластиной коллектора возникает электрическая дуга, обладающая вентильными свойствами;

— управляющая аппаратура СЭППТ имеет низкую эксплуатационную надежность и малый срок службы из-за интенсивной эрозии контактов реле постоянным рабочим током, особенно при пуске привода и его реверсировании из среднего положения;

— применение одинакового рода тока в контрольной и рабочей цепях не исключает возможность получения ложного контроля положения стрелки, что может быть вызвано перекрытием электрической дугой фронтового и тылового контактов пусковых реле;

— в схеме возможен ложный контроль положения стрелки при неправильном включении линейных проводов на кроссовом стативе поста ЭЦ или в путевом ящике у привода.

Перечисленные недостатки СЭППТ устраняются при установке в стрелочном приводе асинхронного трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором серии МСТ (МСТ-0,25, МСТ-0,3 и МСТ-0,6) специального изготовления. Электродвигатели этой серии выполнены с повышенным активным сопротивлением ротора, что позволило увеличить кратность пускового момента по отношению к номинальному до 2,5 — 3. Это необходимо для преодоления инерции остряков стрелки и движущихся частей привода при его пуске. Изменение направления вращения асинхронного электродвигателя достигается за счет переключения фаз в любой паре проводов. Отсюда следует, что схема управления стрелочным электроприводом трехфазного тока (СЭППТ) должна иметь как минимум три линейных провода, на которые накладывается контрольная цепь. Удовлетворение этого требования по минимальному расходу кабеля влечет за собой необходимость установки у привода реверсирующего реле, которое переключается в зависимости от порядка следования фаз в линейных проводах.

Такая схема СЭПТТ получила название схемы с местным реверсированием (рис. 1). В отличие от нее в схеме СЭППТ с центральным реверсированием (рис. 2) реверсирующее реле не устанавливается, при этом число линейных проводов в схеме возрастает до пяти.

2. Схемы управления стрелочным электроприводом переменного тока

В схеме (см. рис. 1) управления СЭПТТ с местным реверсированием для перевода привода и контроля трех его положений (двух крайних и промежуточного) использованы три линейных провода Л1, Л2 и Л3. Управляющая цепь этой схемы содержит нейтральное пусковое реле НПС (НМПШ-1200/250), поляризованное пусковое реле ППС (ПМПУШ-I50/I50) и вспомогательное реле В (НМШ2-4000).

Схема управления стрелкой с двигателем переменного тока

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХПРОВОДНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТРЕЛОЧНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Исследование двухпровод­ной схемы управления стрелочным электроприводом (блочный монтаж) с двигателем постоянного тока.

Двухпроводная схема управления стрелочным электроприводом применяется при релейной централизации с центральными зависимостями и центральным питанием.

Эта схема совместно с электроприводом выполняет следующие функции:

а) перевод остряков стрелки из одного крайнего положения в другое, а также возвращение их из промежуточного положения в любое крайнее;

б) запирание остряков стрелки в маршруте;

в) контроль положения остряков стрелки при нахождении их в плюсовом, минусовом и промежуточном положении;

г) доведение остряков стрелки до крайнего положения в случае занятия подвижной единицей стрелочного изолированного участка после начала перевода;

д) исключение возможности перевода остряков стрелки при занятом стрелочном изолированном участке и в случае замыкания ее в маршруте.

В схеме (рис. 1) применяются следующие приборы:

ППС – поляризованное пусковое стрелочное реле типа ПМП-150/150, предназначено для: отключения реле НПС, обеспечивая однократный кратковременный режим его работы в пусковой цепи; изменения полярности питающего напряжения в рабочей цепи; исключения появления ложного контроля при перепутывании линейных проводов;

НПС – нейтральное пусковое стрелочное реле типа НМП-220/02, служащее для включения рабочей или контрольной цепи и обеспечения довода стрелки до крайнего положения в случае занятия изолированного участка во время перевода;

ОК, ПК, МК – контрольные реле, предназначенные для контроля плюсового, минусового и промежуточного положений стрелки (реле ОК типа КМ-3000, а ПК, МК – НМ1-1800);

ВЗ – реле взреза, фиксирует наличие контроля положения стрелки и выполняет дополнительные функции по контролю состояния негабаритных участков, положению охранных стрелок, отсутствию передачи стрелки на местное управление;

СКТ – изолирующий контрольный трансформатор;

С2 – изолирующий конденсатор исключающий замыкание постоянной составляющей тока, выделяемой на реле ОК, через обмотку изолирующего трансформатора.

R2 – ограничивающий резистор, служащий для защиты трансфор­матора СКТ при коротком замыкании между линейными проводами.

Конструктивно эти приборы расположены в стрелочном пуско­вом блоке ПС и блоке С исполнительной группы БМРЦ. Кроме этого, в путевой ко­робке у стрелочного электропривода расположены:

Р – реверсирующее реле типа ППРЗ-5000, служащее для реверсирования электродвигателя путем выбора соответствующей обмот­ки возбуждения ; последовательно с реле Р включен ограничивающий резистор R4 =18 кОм, т.к. реле ППРЗ-5000 переключает поляризованный якорь при напряжении 15-25 В, а рабочее напряжение в линии 220-250 В;

ВС — выпрямительный столбик, диод с последовательно включенным резистором сопротивлением 1000 0м, осуществляющие однополупериодное выпрямление для питания контрольного рале ОК.

Двухпроводная, схема управления стрелочным электроприводом состоит из следующих цепей:

пусковой (управляющей) цепи, построенной на реле НПС и ППС;

рабочей цепи включения стрелочного электродвигателя;

Контрольная цепь. Все контакты реле на схеме (рис. 1) показаны в состоянии, когда стрелка находится в плюсовом положении и имеет контроль этого положения. Датчиком положения стрелки являются контакты автопереключателя, а приемником – реле ОК.

В двухпроводной схеме управления стрелкой применяется контрольная цепь переменного тока с полярной избирательностью. В схеме контак­тами автопереключателя в зависимости от положения остряков изме­няется полярность включения Д2 относительно реле ОК. В результа­те на реле 0К выделяется постоянная составляющая, полярность ко­торой зависит от положения стрелки. Так, при плюсовом положении стрелки в положительный полупериод напряжение контрольной цели приложено к реле ОК и параллельно включенному ВС. При такой полярности приложенного напряжения ВС обладает большим сопротивлением. Ток в этот полу­период проходит, в основном, через обмотку реле 0К. В отрицательный полупериод реле ОК шунтируется низким прямым сопротивлением ВС. Таким образом, при плюсовом положении стрелки ток через ре­ле ОК проходит только в положительный полупериод. Через нейтра­льней и поляризованный контакты, реле ОК и поляризованный контакт реле ППС включается реле ПК. На табло горит зеленая лампочка (позиция I на рис.2).

Пусковая цепь. В данной схеме применена пусковая цепь с использованием двух пус­ковых реле: нейтрального НПС и поляризованного ППС. Для перевода стрелки в минусовое положение ДСП поворачивает стрелочную рукоятку (или срабатывает минусовое управляющее реле МУ) (позиция 2 на рис.2). Замыкается цепь возбуждения реле НПС по высокоомной обмотке с проверкой выполнения всех логических условий безопасного перевода стрелки:

а) свободности изолированного участка (СП↑);

б) незамкнутости ее в маршруте (3↑);

в) отсутствии передачи данной стрелки на местное управление (МИ↑).

Реле НПС после возбуждения выключает контрольную цепь, вклю­чает рабочую цепь и поляризованное пусковое реле ППС. Реле ОК выключается, стрелка теряет контроль (позиция З на рис.2). Реле ППС своим контактом отключает реле НПС и подготавлива­ет цепь возбуждения его при обратном переводе. Однако реле НПС удерживает свой якорь в притянутом положении до включения элек­тродвигателя за счет замедления, создаваемого конденсатором С1. Диод Д1 исключает разряд конденсатора С1 через обмотку реле ППС.

Рисунок 2 – Временная диаграмма работы реле при переводе стрелки

Рабочая цепь. В данной схеме применена двухпроводная рабочая цепь вклю­чения электродвигателя с местным реверсированием. Местное ревер­сирование обеспечивается реле Р, контактами которого выбирается необходимая обмотка возбуждения электродвигателя. Управление ре­ле Р осуществляется путем изменения полярности питающего напряже­ния в рабочей цепи при каждом переводе стрелки. Первоначально че­рез фронтовые контакты НПС включается питающее напряжение в рабо­чую цепь. Оно поступает на реле Р и параллельно включенный ВС с резистором, положение якоря этого реле соответствует полярности питающего напряжения. Затем, после срабатывания реле ППС, его кон­тактами изменяется полярность питающего напряжения в рабочей це­пи. С этого момента до переключения контактов реле Р резистор RЗ защищает ВС от пробоя, т.к. он оказывается включенным в проводя­щем направлении. Реле Р переключает контакты, которыми выбирает соответствующую обмотку возбуждения и включает двигатель (позиция 4 рис. 2).

После включения электродвигателя ток в рабочей цепи увеличи­вается до 2-3 А. За счет чего реле НПС блокируется рабочим током двигателя, проходящим по его низкоомной обмотке, и будет удерживать нейтральный якорь в притянутом положении до тех пор, пока будет работать элек­тродвигатель. Этим обеспечивается довод стрелки до крайнего положения в случае занятия изолированного участка после начавшегося перевода.

В начальный момент перевода размыкаются контрольные и замыкаются рабочие контакты автопереключателя подготавливая схему к обратному переводу либо реверсу из среднего положения. После завер­шения перевода остряков стрелки и механического запирания их раз­мыкаются рабочие контакты автоперекдючателя и замыкаются контро­льные. В результате размыкания контакта 11-12 выключается элек­тродвигатель (поз. 5 на рис.2). Ток в рабочей цепи уменьшается до 0,015 А, который проходит через обмотку реле Р. Реле НПС отпуска­ет свой якорь, его контактами выключается рабочая цепь и замыка­ется контрольная.

В результате переключения контактов автопереключателя поляр­ность включения ВС относительно реле ОК изменилась и на реле ОК теперь выделяется постоянная составляющая отрицательной полярнос­ти. Через контакты ОК и ППС включается минусовое контрольное реле МК (поз. 6 на рис. 2).

В случае передачи стрелки на местное управление срабатыва­ет децентрализующее реле Д и выключается реле местного управления МИ. Перевод стрелки в этом случав производится в результате сра­батывания стрелочного реле местного управления СМУ и соответству­ющего положения поляризованного контакта этого реле.

Двухпроводная схема управления стрелкой постро­ена так, что в ней полностью исключена возможность формирования ложной информации — контроль несоответствующего положения. Поэтому всякое повреждение контрольной цепи приводить к потере контроля. Кроме этого, схема надежно защищена от самопроизвольного перевода стрелки и, что особенно опасно, под составом.

Исключение формирования ложного контроля положения стрелки или самопроизволь­ного перевода стрелки достигается следующим:

а) отделением контрольной цепи каждой стрелки от всех источ­ников постоянного и переменного тока с помощью изолирующего
трансформатора;

б) двухполюсной коммутацией рабочей и контрольной цепи;

в) применением проверки соответствующего положения поляризованных контактов реле Р, ППС, ОК и контактов аптопереключателя;

г) применением постоянного тока для управления и переменного
тока для контроля.

Наибольшую опасность с точки зрения возможности получения лож­ного контроля представляют следующие ситуации:

а) стрелка остановилась в среднем положении;

б) в электродвигателе имеет место неплотное прилегание щет­ки к коллектору;

в) коллектор загрязнен.

При этих условиях может возникнуть устойчивый выпрямитель­ный эффект, если межконтактный зазор составляет десятые доли мил­лиметра и искровые пробои в определенные полупериоды (положитель­ные иди отрицательные) переходят в дугу.

Наличие в межконтактном зазоре коллекторной пыли или примеси щелочно-земельных элементов активизируют газовый разряд в форме искрового пробоя. Постоянная составляющая при возникновении выпрямительного эффекта в межконтактном зазоре может достигать больших значений (до 30 – 40 В). Для исключения возникновения выпрямительного эффекта применяются следующие способы:

1) уменьшение тока в цепи до значе­ния, меньшего критического тока возникновения дуги, что достига­ется путем увеличения активного сопротивления в контрольной цепи.

2) применение в качестве контрольного спе­циального реле с увеличенной мощностью срабатывания, превышающей возможный уровень мощности постоянной составляющей при возникно­вении выпрямительного эффекта в межконтактном зазоре.

В этой схеме в качестве контрольного реле ис­пользовано реле КМ-3000, имеющее мощность срабатывания 0,53 Вт, напряжение полного подъема 40 В. Дня повышения защищенности контрольной цепи в этом случае параллельно двигателю включены конденсаторы С.

Описание рабочего места.

Лабораторная работа выполняется на действующей макете, сос­тоящем из электропривода СП, путевого ящика с реверсирующим ре­ле и выпрямителем с резистором, пульта управления, смонтированных блоков ПС и С, осциллографа и измерительного прибора.

Порядок и методика выполнения работы

Изучить схему включения электропривода.

Ознакомиться с расположением аппаратуры на действующем макете.

Проверить исправность работы макета, для чего несколько раз перевести стрелку из одного положения в другое, каждый раз
проверяя наличие контроля соответствующего положения.

ВНИМАНИЕ: ВО ИЗБЕЖАНИЕ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ ПЕРЕВОД СТРЕЛКИ ДОЛЖЕН ПРОИЗВОДИТСЯ ТОЛЬКО ПРИ ЗАКРЫТОЙ КРЫШКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Проверить возможность перевода стрелки при занятии
стрелочного участка до начала перевода и во время перевода стрелки.

Убедиться в возможности реверсирования стрелки из промежуточного положения.

Произвести исследование работы схемы при сообщении и
обрыве линейных проводов, обрыве и пробое выпрямительного стол­бика, остановке стрелки в среднем положении, перепутывании линей­ных проводов.

Отчет должен содержать:

Двухпроводную схему управления стрелкой для одного из следующих положений (по указанию преподавателя):

а) стрелка находится в плюсовом (+) или минусовом (-) положении;

б) стрелка переводится из «+» в «-» или из «-» в «+» положение;

в) стрелка взрезана;

г) стрелка работает на фрикцию и возвращается в первона­чальное положение;

Краткое описание функций, выполняемых каждым реле.

Результаты исследований рабочей и контрольной цепей.

Временную диаграмму работы реле для соответствующего задания.

6 Контрольные вопросы

Объясните последовательность работы реле, если во время перевода стрелки из и «+» в «-» положение она работает на фрикцию и ДСП вынужден вернуть ее в «+» положение.

Как работает контрольная цепь?

Для чего в схеме предусмотрены следующие элементы: С1, Д1, С2, R2, RЗ, СКТ?

Какие изменения в схеме произойдут в случае пробоя ВС, обрыва Л1, перепутывания линейных проводов Л1 и Л2, короткого замыкания между Л1 и Л2, пробоя С2?

Какой электродвигатель и почему применяется в данной схеме?

Переборов. А.С. и др. Телеуправление стрелками и сигналами. — М.: Транспорт, 1981, стр. 91-94.

Казаков Л.А. Релейная централизация стрелок и сигналов — М.: Транспорт, 1978, стр. 183-186.

Станционные системы автоматики и телемеханики: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. / Вл.В. Сапожников, Б.Н. Елкин, И.М. Кокурин и др.; Под ред. Вл.В. Сапожникова. – М.: Транспорт, 1997. – 432 с.

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Станционные системы автоматики”. Часть 2; Кустов Г.М., Карачевцев В.В., Санин А.М. – Харьков – 1984.