Электрические аппараты и схемы локомотивов. Лекция 1 Общие сведения об электрических аппаратах. Электромагнитные и электропневматические контакторы Электрические аппараты, устанавливаемые на тепловозе,
 Скачать 8.15 Mb.
|
|
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ, в которых условно изображены электрические машины или их элементы и те из агрегатов и проводов, которые необходимы для осуществления функционального принципа изображенного узла (системы). ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ, в которых, кроме того, показаны аппараты управления и защиты и переходные соединения в соответствии с монтажем на тепловозе и дана маркировка соединений. Исполнительные схемы наиболее широко используются при изучении новых систем, монтаже на тепловозе, настройке узлов и отдельных их элементов, при поиске повреждений. Для чтения исполнительных схем необходимо понимать функциональную взаимосвязь узлов, агрегатов, элементов. Разработка исполнительных схем базируется на принципиальных схемах и показывает, как надо исполнять те или иные соединения, чтобы система, узел, комплекс выполняли свое целевое назначение. МОНТАЖНЫЕ, в которых показаны действительное расположение машин и аапаратов на тепловозе, прокладка проводов и кабелей, их марки и сечения, способы их крепления. Эти схемы составляются только по узлам в соответствии с расположением того или иного оборудования тепловоза и являются по существу узловыми рабочими чертежами, которые необходимы при установке и монтаже электрооборудования на тепловозе. В России и в большинстве других стран принято вправо от якоря главного генератора (ГГ) располагать узел тяговых электродвигателей (ТЭД) с включенными в их цепь элементами автоматического управления и защиты. Слева от якоря генератора размещают узел его возбуждения и регулирования и далее в том же направлении узел вспомогательного генератора (ВГ) и аккумуляторной батареи (АБ). Крайнюю левую часть чертежа занимает комплекс узлов управления, где показаны: развертка контроллера, цепи питания катушек всех аппаратов, питаемых через контроллер и через автоматы и кнопки управления, элементы взаимосвязи и взаимной блокировки аппаратов. При изображении схем принято считать все электрические цепи разомкнутыми (нормальными) и в соответствии с этим приняты названия контакторов: «замыкающие» (З) – разомкнутыми, когда катушка аппарата не получает питания, и «размыкающие» (Р) – размыкающиеся при питании катушки током, достаточным для действия электромагнита аппарата. Для разработки схемы или разбора существующей, необходимо знать назначение, устройство и работу каждого узла и его элементов, функциональную взаимосвязь и условные обозначения, принятые для графического воспризведения различных видов схем.  Под электрической схемой (ЭС) единицы подвижного состава принято понимать совокупность установленных на ней электрических машин, аппаратов и проводов (кабелей), их соединяющих. ЭС обеспечивает возможность дистанционного управления дизелем, передачей и иными агрегатами тепловоза, осуществляет их защиту от опасных режимов работы. Электрическая схема автоматически регулирует ряд параметров силовой установки. У тепловозов с электрической передачей мощности сама передача является частью электрической схемы. Пол мере развития отечественного тепловозостроения совершенствовались и электрические схемы тепловозов, что связано с появлением не существовавших ранее машин и аппаратов (совершенствованием элементной базы), накоплением опыта проектирования ЭС, а также с изменяющимися требованиями к характеристикам тепловозов. К изменениям, связанным с совершенствованием элементной базы, относятся:
- замена регуляторов напряжения СРН и ТРН полупроводниковыми БРН и АРН; - установка диодов зарядки батареи, которая позволила отказаться от реле обратного тока и контакторов батареи;
В области схемных решений отметим:
Наряду с несомненным прогрессом в области конструирования электрических схем нельзя не отметить отсутствие должной унификации как в области схемных решений (один и тот же алгоритм осуществляется различными схемами), так и в области номенклатуры электрических аппаратов (аналогичные аппараты имеют различную конструкцию). Отсутствует единая система обозначений аппаратов и элементов схем (аналогичные аппараты и элементы имеют различные обозначения). Это связано с тем, что тепловозы выпускались на нескольких локомотивостроительных заводах, не принадлежащих МПС; при этом должного стандарта по электрическим схемам министерством издано не было. Структура электрической схемы тепловоза. Цепи ЭС тепловоза с электрической передачей подразделяются на высоковольтные и низковольтные. Высоковольтные цепи включают в себя: - тяговый генератор (ТГ); - тяговые электродвигатели (ТЭД); - на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока также и выпрямительную установку (ВУ); - соединяющие их кабели и контакты силовых электрических аппаратов (на тепловозах 2ТЭ116 и ТЭМ7А также и цепи, связанные с получающими питание от ТГ электрическими машинами – электродвигателями охлаждения ТЭД и теплоносителей дизеля на 2ТЭ116, электродвигателем второго компрессора на ТЭМ7А). Напряжение в этих цепях может достигать 600 В, они гальванически не связаны с другими цепями тепловоза (на тепловозах с передачей постоянно-постоянного тока – за исключением момента проворота коленчатого вала дизеля); в отличие от всех остальных цепей в них не устанавливают плавких вставок и автоматических выключателей, так как защита их от опасных режимов работы осуществляется при помощи специальных реле (РЗ, РМ). На тепловозах с гидравлической передачей и дизель-поездах высоковольтные цепи отсутствуют. Низковольтные цепи включают в себя: - электродвигатели привода агрегатов дизеля, обеспечивающих его запуск и работу (топливоподкачивающих и маслопрокачивающих насосов); - цепи управления дизелем и передачей; - цепи освещения, сигнализации и контрольно-измерительные приборы (кроме амперметра и вольтметра ТГ). НВ цепи получают питание при неработающем дизеле от аккумуляторной батареи (АБ), при работающем – от вспомогательного генератора (ВГ), на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока – от стартер-генератора (СТГ). Схемы электроснабжения низковольтных цепей всех современных тепловозов практически аналогичны. Минусы АБ и ВГ соединены между собой; при остановленном дизеле напряжение ВГ равно нулю и цепи получают питание от АБ; диод заряда батареи (ДЗБ) при этом препятствует замыканию батареи через якорную цепь ВГ. После запуска дизеля получает питание реле (контактор) регулятора напряжения (РН) – полупроводникового блока, питающего обмотку независимого возбуждения ВГ (СТГ) и регулирующего силу тока в ней таким образом, чтобы напряжение ВГ (СТГ) поддерживалось независимо от частоты вращения якоря и нагрузки на постоянном уровне, несколько превышающем напряжение АБ (если напряжение АБ равно 64 В, то 75 В, если 96 В, то 110 В, если 90 В, то 115 В (ЧМЭ3), если 50 В, то 60 В (Д, Д1). После включения регулятора напряжения потенциал плюса ВГ (СТГ) становится выше потенциала плюса АБ, диод заряда батареи открывается, и низковольтные цепи начинают получать питание от ВГ (СТГ). Одновременно начинается заряд аккумуляторной батареи через сопротивление заряда батареи СЗБ, которое ограничивает силу зарядного тока (чрезмерный зарядный ток приводит к выкипанию электролита элементов АБ). Данная схема обладает очевидным недостатком: при получении низковольтными цепями питания от АБ в цепь этого питания входит СЗБ, что обуславливает бесполезный дополнительный разряд батареи. Этот недостаток устранён в схеме тепловоза 2ТЭ116: СЗБ на этих тепловозах шунтировано диодом; через сопротивление проходит только ток заряда батареи, а разряд происходит через диод. На дизель-поездах ДР1 (всех индексов) шунтирование СЗБ при запуске осуществляет специально для этого предназначенный контактор КЗБ.  Рис. Упрощённые схемы питания низковольтных цепей: а – дизель-поезда, тепловоза с гидравлической передачей, тепловоза с электрической передачей постоянно-постоянного тока (М62); б – тепловоза с электрической передачей переменно-постоянного тока (2ТЭ116); АБ – аккумуляторная батарея; ПР – плавкий предохранитель; СЗБ – сопротивление заряда батареи; ДЗБ – диод заряда батареи; РУ11 – реле управления; РН – регулятор напряжения; ВГ – вспомогательный генератор; АМК – автоматический выключатель компрессора; КРН, КДК, КУДК – контакторы; К – электродвигатель компрессора; СТГ – стартер-генератор; Н1-Н2, С1-С2 – обмотки возбуждения Характерные особенности питания низковольтных цепей тепловозов с передачей переменно-постоянного тока. 1.Такие тепловозы оборудуются тормозными компрессорами с электрическим приводом. Пуск электродвигателя компрессора 9К) на тепловозах 2ТЭ116 и ТЭП70 реостатный: сначала замыкается контактор КДК (на ТЭП70 – КТК2), контакт которого шунтирует балластное сопротивление. Замыканием и размыканием контакторов управляет несложная схема, включающая в себя реле давления сжатого воздуха в главных резервуарах, реле времени индукционного типа и промежуточное реле управления. Несколько сложнее схема безреостатного запуска компрессора на тепловозах ТЭМ7А: перед пуском и после остановки компрессора кратковременно отключается регулятор напряжения, после чего напряжение, подводимое к К падает почти до нуля (кроме того, часть тепловозов ТЭМ7А оборудована дополнительным компрессором, ЭД которого получает питание от высоковольтных цепей). В любом случае электродвигатель компрессора соединяется непосредственно с плюсом СТГ: таким образом исключается возможность получения питания электродвигателем от АБ – этому препятствует ДЗБ, так как замыкание батареи через якорную цепь столь мощной машины, как К, привело бы к недопустимо глубокому её разряду и повреждению изоляции соединительных кабелей. Цепь электродвигателя компрессора – единственная низковольтная цепь, которая может получать питание от СТГ и не может получать его от АБ. На дизель-поездах, оборудованных компрессором с механическим приводом (перевод такого компрессора в режим холостого хода осуществляется подачей воздуха к разгрузочным устройствам), имеется, в отличие от тепловозов с передачей постоянно-постоянного тока и с гидропередачей, электрическая схема управления компрессором: сжатый воздух к разгрузочным устройствам пропускает электропневматический вентиль. Такая конструкция обеспечивает возможность электрической синхронизации компрессоров головных вагонов, так как пневматическая синхронизация на дизель-поездах трудноосуществима ввиду удалённости компрессоров друг от друга и необходимости в большом количестве межвагонных пневматических соединений. 2.Поскольку СТГ осуществляет проворот коленчатого вала при запуске дизеля, мощность его значительно больше мощности ВГ; на статоре СТГ укладывается пусковая обмотка последовательного возбуждения, которая обеспечивает возбуждение СТГ при провороте коленчатого вала. Сила тока в пусковой обмотке равна силе якорного тока и в процессе проворота быстро изменяется, в результате чего в обмотке независимого возбуждения наводится значительная трансформаторная ЭДС. Во избежание воздействия её на РН обмотка независимого Возбуждения подключается к РН только по окончании пуска. Для этих целей на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока устанавливают не реле, а контактор регулятора напряжения (КРН). 3.На тепловозах и дизель-поездах имеются и иные цепи, гальванически не связанные с вышеописанными и друг с другом: цепи возбуждения тягового генератора и его возбудителя (часть этих цепей гальванически связана с низковольтными), цепь привода вентилятора холодильника дизеля (тепловозы ТГМ3 и т.п.), цепи отопления салонов (дизель-поезда ДР1) и т.д. Лекция 9,10 Силовые цепи возбуждения тяговых электрических машин. Цепи включения тягового режима и управления движением тепловоза. Большинство тепловозов, эксплуатируемых локомотивными депо, оборудовано электрической передачей мощности. Первые серийные тепловозы американского производства (советское обозначение Да) поступили в СССР во время Второй мировой войны. В пятидесятые годы ХХ века было начато производство отечественных тепловозов ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, оборудованных передачей, принципиально не отличающейся от передачи тепловозов Да. Из ныне эксплуатируемых серий подобной, но несколько модернизированной передачей оборудованы тепловозы ТЭМ2 различных индексов, ТЭМ15, ТЭМ17, ТЭМ18. Развитие преобразовательной техники (в первую очередь, появление достаточно мощных полупроводниковых выпрямителей) произвело революцию в электрической передаче мощности. В середине шестидесятых годов ХХ века СССР был начат серийный выпуск тепловозов нового поколения: М62, ТЭ10 и ТЭП60, имевших значительно более совершенную передачу. Широкое применение устройств переменного тока (прежде всего магнитных усилителей) позволило успешно решить проблему полноты использования свободной мощности дизеля, исключив при этом из схемы тепловоза ненадёжные и дорогостоящие вибрационные аппараты. Дальнейшее развитие полупроводниковой техники привело к появлению в середине семидесятых годов ХХ века серийных тепловозов с передачей переменно-постоянного тока: сначала 2ТЭ116, а затем ТЭП70 и ТЭМ7А. Передача этих тепловозов выгодно отличается от передачи постоянно-постоянного тока большей компактностью, надёжностью и простотой в обслуживании. Появление такой передачи сделало возможным создание тепловозов с мощностью дизеля 4000 л.с. в секции и даже 6000 л.с. (опытные тепловозы ТЭП75, ТЭП80, ТЭ136, 2ТЭ126). Электрическая передача. Электрическая передача любого тепловоза состоит из тягового генератора (ТГ), ротор которого приводится во вращение коленчатым валом дизеля, тяговых электродвигателей (ТЭД), якори которых через тяговые редукторы приводят во вращение колёсные пары, и системы возбуждения тягового генератора. Тяговые генераторы всех тепловозов имеют независимое возбуждение от специальной электрической машины – возбудителя. На тепловозах, электровозах, электропоездах, городских трамваях, троллейбусах, применяют тяговые электродвигатели последовательного возбуждения, которые имеют высокую устойчивость к боксованию и реализуют большую силу тяги. Магнитный поток полюсов статора такого двигателя, если пренебречь насыщением, пропорционален силе якорного тока, в связи с чем при увеличении частоты вращения якоря, сопровождающем развитие боксования, вращающий момент якоря снижается больше, чем у двигателя независимого (параллельного) возбуждения. Такое снижение вращающего момента якоря и соответственно силы тяги способствует прекращению боксования. Специфической особенностью службы тяговых электродвигателей является широкий диапазон изменения частоты вращения якоря в процессе работы. В процессе разгона тепловоза частота вращения якорей ТЭД возрастает, увеличивается и их противоЭДС, что приводит к уменьшению силы якорного тока, а следовательно, и реализуемой мощности ТЭД. Для поддержания мощности тягового электродвигателя Р = UI на постоянном уровне требуется соответствующее повышение напряжения, подводимого к ТЭД, т.е. возрастание напряжения ТГ. Последнее достигается тем, что система управления возбуждением ТГ повышает силу тока, протекающего по его обмотке возбуждения.  Рис. Зависимость вращающего момента М на валу якоря от частоты вращения n при неизменном подведённом напряжении для двигателей последовательного (а) и независимого (параллельного) (б) возбуждения.  Рис. Зависимость напряжения тягового генератора U от силы тока I в его якорной цепи, формируемая системой автоматического регулирования тяговой передачи: Umin и Umax, Imin и Imax – соответственно минимальные и максимальные значения напряжения тягового генератора и силы тока в его якорной цепи, Р – мощность тягового электродвигателя. Напряжение генератора невозможно повышать до сколь угодно большой величины. Этому препятствует насыщение его магнитной системы. В какой-то момент разгона сила якорного тока ТЭД упадёт настолько, что для поддержания мощности ТГ его напряжение придётся повысить до предельной величины. Для обеспечения возможности продолжения разгона ослабляют поле ТЭД: параллельно его обмоткам возбуждения подключают сопротивления, в которые ответвляется часть якорного тока. Сила тока возбуждения и магнитный поток полюсов ТЭД резко уменьшаются, снижаются противоЭДС двигателей, сила якорного тока возрастает. Во избежание повышения мощности ТГ и превышения ею мощности дизеля система регулирования тяговой передачи снижает силу тока в обмотке возбуждения ТГ, напряжение последнего падает, и мощность остаётся на прежнем уровне. По мере дальнейшего разгона сила якорного тока вновь уменьшается, система автоматического регулирования передачи повышает напряжение ТГ и по достижении им максимальной величины параллельно обмоткам возбуждения ТЭД подключают ещё одну группу сопротивлений, вследствие чего магнитный поток полюсов ТЭД уменьшается, сила якорного тока возрастает, система автоматического регулирования передачи снижает напряжение ТГ, и далее процесс повторяется. |