Электрическое оборудование
Электрическое оборудование предназначено для тяги и торможения вагона, а так же для обеспечения функционирования другого оборудования и устройств вагона (освещение салонов, управление дверьми, компрессом и т.д.).
Электрооборудование вагона представляет собой совокупность электрических аппаратов, которые определённым образом соединяются между собой в электрические цепи.
Каждую конкретную функцию (например, включение освещения салона, выбор направления движения, проверка выполнения различных условий для приведения поезда в движение и т.д.) выполняют один или несколько электроаппаратов. При этом, цепи, образованные аппаратами, могут быть как достаточно простыми, так и весьма сложными, разветвлёнными.
Все электрические цепи вагона условно делятся на высоковольтные и низковольтные. Высоковольтные цепи питаются от контактного рельса, на котором имеется среднее напряжение – 825 В. Низковольтные цепи получают питание от аккумуляторной батареи вагона, напряжение которой порядка 70 В.
Высоковольтные электрические цепи условно делятся на силовые и вспомогательные.
К силовым относят цепи тяговых электрических машин (электродвигателей).
Высоковольтные вспомогательные – это цепи электродвигателя компрессора, печи кабины машиниста и др.
Высоковольтные цепи смежных вагонов не соединяются между собой, т.е. функционируют только внутри данного вагона.
Низковольтные цепи условно делятся на цепи управления и вспомогательные.
Они включают в себя контроллер и пульт машиниста («кабину») и ответную, исполнительную часть («вагон»).
Цепи управления предназначены для управления работой силовых цепей в ручном или автоматическом режиме.
Низковольтные вспомогательные цепи предназначены для управления работой высоковольтных вспомогательных цепей, а также дверей, аварийного освещения и др.
Низковольтные цепи могут обслуживать как потребности данного вагона (включение фар, красных фонарей, электропечи), так и иметь развитие по всему поезду. В этом случае управление вагонными электрическими цепями производится с помощью т.н. поездных проводов. Это даёт возможность иметь в поезде неограниченное число вагонов, каждый из которых работает совершенно одинаково, выполняя команды с пульта машиниста головного вагона. Команды передаются на вагоны по поездным проводам посредством подачи на них напряжения аккумуляторной батареи. Напряжение на поездные провода может быть подано выключателями, кнопками или специальным групповым командным аппаратом – контроллером машиниста. Таким образом управление работой электрооборудования производится по системе многих единиц.
Тяговые электрические машины (ТЭМ)
ТЭМ предназначены для преобразования электрической энергии контактной сети в механическую энергию вращения колесной пары в тяговом режиме и для преобразования механической энергии вращения колесной пары в электрическую энергию в тормозном режиме
На вагонах Ема и 81 серии установлены электрические машины постоянного тока ДК 108 и ДК 117 соответственно.
На моторных вагонах 81-722, 81-723 (Юбилейный) и 81-… (Нева) используются электрические машины переменного тока (асинхронные тяговые двигатели типа HS35533-01RB (фирма Хитачи))
Главные полюса
Главные полюса двигателя предназначены для создания основного магнитного потока, в котором вращается якорь с обмоткой. Главный полюс представляет собой стальной сердечник, на который надевается катушка из изолированного медного провода (см. рис.109.). Полюс состоит из сердечника и катушки. Сердечник изготавливается из листов электротехнической стали для уменьшения электрических потерь на вихревые токи. Зазор между якорем и главными полюсами составляет 2,5 мм. у ДК-117 и 3,25 мм. у ДК-108. Ввиду этого, у ДК-108 затруднено самовозбуждение в тормозном режиме – в режиме генерации тока. Поэтому на главных полюсах намотаны дополнительные подмагничивающие обмотки, включаемые с помощью контактора ТШ только в тормозном режиме и помогающие электрической машине быстрее самовозбудиться.
Рис.109 Главный и дополнительный полюса
1-главный полюс;2- катушка; 3-сердечник; 4-дополнительный полюс
Дополнительные полюса
Дополнительные полюсы предназначены для создания магнитного потока, уменьшающего реакцию якоря, улучшающего коммутацию двигателя и его технические характеристики. Дополнительные полюса устанавливаются между главными.
Дополнительный полюс состоит из литого сердечника (3) и катушки (2).
Катушки дополнительных полюсов - однослойные из шинной меди на ребро. Число витков - 15.
Якорь
Якорь предназначен для создания вращательного момента двигателя и тормозного момента генератора. Якорь представлен на рис.111.
Рис.111 Якорь ТЭД ДК-117
Якорь состоит из вала (1), коллектора (2), обмотки (3), вентилятора (4), сердечника (5).
Вал двигателя изготавливают из стали 45.
Сердечник (5) предназначен для укладки в него обмотки якоря (3) и является частью магнитной цепи двигателя. Сердечник собирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов листы изолируют один от другого тонким слоем лака. Листы собирают в общий пакет, который насаживают на вал якоря на шпонке. В каждом листе имеются: отверстие со шпоночной канавкой для насадки на вал якоря; вентиляционные отверстия и пазы для укладки обмотки якоря. Верхняя часть пазов имеет форму «ласточкиного хвоста» для клинового крепления обмотки.
Обмотка (3)
В двигателе ДК-117 применяется петлевая обмотка, а в ДК-108 волновая обмотка. Чтобы обмотка не выпадала из пазов, в пазовою часть забивают текстолитовые клинья, а переднюю и заднюю части обмотки укрепляют проволочными бандажами, которые после намотки пропаивают оловом.
Коллектор (2) Коллектор предназначен для распределения тока по проводникам якоря таким образом, что в проводниках, находящихся под «северным» полюсом, ток протекает в одном направлении, а в проводниках, находящихся под «южным полюсом», – в другом. Это необходимо для получения максимального вращающего момента двигателя.
Кронштейны щёткодержателей крепятся к подшипниковому щиту и предназначены для крепления щёткодержателей со щётками, а также входящих в двигатель проводов и перемычек.
.
Щетки и щеткодержатели
Для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щеточный аппарат - щетки и щеткодержатели. Всего четыре щеткодержателя и восемь щеток. Общий вид щеткодержателя и щеток представлен на рис.113.
Щетки (1) имеют прямоугольную форму. Применяются исключительно электрографитированные, обладают хорошими коммутирующими свойствами, значительной механической прочностью и способностью выдерживать большие перегрузки.
Щетки устанавливают в щеткодержатели (2). Для снижения переходного сопротивления между щеткодержателем и щеткой, к щетке прикрепляют медный гибкий проводник сечением 2,5 мм2, который крепят к щеткодержателю.
Рис.113 Щеткодержатель со щетками
Одним из условий хорошей работы щеток является надежный контакт между щеткой и коллектором, который достигается при помощи нажимного пальца (3), смонтированного на щеткодержателе и качественной притиркой щеток к поверхности коллектора.
Щеткодержатели укрепляют на изоляторах (4) непосредственно к подшипниковому щиту, имеют гребенку для возможной регулировки зазора между коллектором и щеткодержателем.
Щеткодержатели состоят из литого латунного корпуса.
Если ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а 4 пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление действия выталкивающей силы.
Таким образом, зная направление тока в проводнике и это простое правило, можно определить направление вращения якоря электродвигателя, а если изменить направление тока в якоре или в главных полюсах, то изменится и направление выталкивающей силы, действующей на проводник с током.
Если рамку, сделанную из проводника, закрепить на оси и подключить её к источнику ЭДС, то по проводнику начнёт протекать ток, создавая вокруг него магнитное поле. Взаимодействие магнитного поля, созданного полюсами, с магнитным полем вокруг проводника приведёт к возникновению выталкивающей силы. Если, допустим, под северным полюсом направление тока в рамке «от нас», то на верхнюю часть рамки будут действовать силы, направленные влево, а под южным – вправо. В результате взаимодействия этих сил создаётся вращающий момент и рамка начинает вращаться вместе с осью в направлении действия выталкивающей силы.
При этом рамка и ось будут вращаться рывками каждые пол-оборота. Если же на оси закрепить несколько подобных рамок (по окружности) и обеспечить подачу на них питания строго в момент нахождения рамки под полюсами, то вращение оси будет непрерывным. Таким образом, если данную ось (вал) соединить через карданную муфту с редуктором колёсной пары, то она начнёт вращаться, приводя в движение вагон. Если в два раза увеличить количество полюсов, то вращающий момент (сила тяги) увеличится также вдвое.
Принцип работы ДК-108, ДК-117 в тяговом режиме:
основан на использовании взаимодействия тока, протекающего по проводникам якоря, с магнитным потоком главных полюсов. В результате взаимодействия, на каждый проводник с током действует электромагнитная сила, величина которой прямо пропорциональна току и магнитному потоку F ~ (I, В), где I – ток якоря, В – магнитная индукция.
Направление силы определяется по правилу левой руки. Сила создает вращающий момент Мвр., который приводит якорь с проводниками во вращение.
Определение направления ЭДС индукции (правило правой руки):
Если в магнитное поле поместить проводник и перемещать его так, чтобы он пересекал силовые линии внешнего магнитного поля, то в проводнике возникнет электродвижущая сила, называемая ЭДС индукции. ЭДС индукции возникнет в проводнике даже в том случае, если сам проводник останется неподвижным, а перемещаться будет магнитное поле, пересекая проводник своими силовыми линиями. Если проводник, в котором наводится ЭДС индукции, замкнуть на какую-либо внешнюю цепь, то под действием этой ЭДС по цепи потечёт электрический ток, называемый индукционным током. Явление возникновения ЭДС в проводнике при пересечении его силовыми линиями магнитного поля называется электромагнитной индукцией. Иными словами: электромагнитная индукция - это процесс превращения механической энергии в электрическую.
Направление ЭДС определяется по Правилу правой руки:
Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в неё входили силовые линии магнитного поля от обмоток возбуждения, а отогнутый большой палец направить по направлению вращения якоря, то 4 вытянутых пальца укажут направление ЭДС.
Принцип работы ДК-108, ДК-117 в тормозном (генераторном) режиме:
основан на использовании явления электромагнитной индукции. Согласно этому явлению, в проводниках якоря, пересекающих силовые линии магнитного поля главных полюсов, индуктируется электродвижущая сила Е – ЭДС индукции, величина которой прямо пропорциональна скорости вращения якоря и величине магнитного потока полюсов: Е ~ (n, Ф), где n – скорость вращения якоря, Ф – основной магнитный поток.
Направление ЭДС определяется по правилу правой руки. Так как все проводники якоря соединены последовательно, то ЭДС всех проводников складываются, создавая ЭДС генератора. Таким образом, при движении вагона на выбеге, за счет остаточного магнитного потока главных полюсов, тяговая электрическая машина вырабатывает ЭДС, то есть превращается в генератор. При замыкании цепи якоря на нагрузку (пуско-тормозное сопротивление) по проводникам начинает протекать ток, имеющий направление, совпадающее с направлением ЭДС. С этого момента начинается взаимодействие проводника с током и магнитного поля (возникает электромагнитная сила). В результате этого взаимодействия к якорю прикладывается момент силы, направление которого противоположно направлению вращения якоря (определяется по правилу левой руки) . Следовательно, скорость вращения якоря будет уменьшаться.
Устройство
На рисунке: 1 - вал, 2,6 - подшипники, 3,8 - подшипниковые щиты, 4 - лапы, 5 - кожух вентилятора, 7 - крыльчатка вентилятора, 9 - короткозамкнутый ротор, 10 - статор, 11 - коробка выводов.
Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).
Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.
Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется "беличьей клеткой". В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.
Принцип работы
При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся. Частота вращения этого потока прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.
,
Результирующий магнитный поток статора вращается вокруг ротора и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, направление движения которого определяется по правилу правой руки. Этот ток в свою очередь взаимодействует с магнитным потоком статора, в результате чего возникает сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки. Под действием силы Ампера начинается вращение ротора в направлении вращения магнитного поля статора. При этом возникает так называемое скольжение.
Скольжение s - это величина, которая показывает, насколько частота n1 вращения магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n2, в процентном соотношении. 
Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n2 ротора относительная разность частот n1-n2 становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента.
Принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе.
Асинхронный тяговый двигатель так же является обратимым, то есть в тормозном режиме работает как генератор и преобразует механическую энергию вращения колесной пары в электрическую энергия.
Для перевода двигателя в режим генерации электроэнергии к обмоткам статора подключаются три одинаковых конденсатора.
Поскольку на роторе присутствует остаточная намагниченность, то при его вращении в статорных обмотках возникнет ЭДС индукции, а поскольку к обмоткам подключены конденсаторы, будет иметь место соответствующий емкостный ток, который станет намагничивать ротор. При дальнейшем вращении ротора произойдет самовозбуждение, благодаря чему в обмотках статора установится трехфазный синусоидальный ток, а на валу ротора возникнет тормозной момент.
Способы изменения скорости и направления вращения якоря (ротора).
Для увеличения скорости вращения якоря в тяговых машинах постоянного тока необходимо увеличить силу тока. Из закона Ома понятно, что для увеличения силы тока нужно либо уменьшить сопротивление, либо увеличить напряжение.
I=U/R,
где I – сила тока,
U – напряжение,
R – сопротивление.
Изменение величины сопротивления производится с помощью реостатного контроллера. Так как напряжение контактной сети постоянно, то изменение напряжения можно производить с помощью переключения групп тяговых двигателей с последовательного соединения на параллельное.
При большой скорости вращения якоря в магнитном поле на его обмотках образуется противо-ЭДС, что приводит к уменьшению тока якоря, а следовательно и к уменьшению скорости его вращения. Для уменьшения противо-ЭДС необходимо уменьшить магнитный поток Ф полюсов двигателя. Для этого часть тока отводится от обмоток возбуждения по шунтирующей цепи и магнитное поле тяговых двигателей ослабляется.
Для изменения направления вращения якоря двигателя постоянного тока необходимо изменить направление движения тока в обмотках возбуждения или в обмотках якора. Тогда направление силы Ампера, определяемое по правилу левой руки, так же изменится на противоположное.
Наиболее распространенные способы регулирования скорости вращения ротора асинхронного двигателя: изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.
Частота вращения ротора, выраженная через скольжение, определяется формулой:
Отсюда видно, что для увеличения частоты вращения ротора n 2 нужно увеличить частоту вращения магнитного поля n 1. Для увеличения частоты вращения поля нужно изменить частоту питающего напряжения на полюсах статора.
Направление вращения ротора асинхронного двигателя определяется направлением вращения его магнитного поля, а направление вращения магнитного поля обуславливается последовательностью фаз (А, В, С) трехфазной сети. Для изменения направления вращения двигателя достаточно изменить направление вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Это достигается изменением порядка поступления импульсов тока в отдельные обмотки.
Тяговый двигатель
Тяговый электродвигатель переменного тока - трехфазный, асинхронный с короткозамкнутым ротором, четырехполюсный с инверторным управлением (переменное напряжение и частота) предназначен для преобразования в тяговом режиме потребляемой из контактной сети электрической энергии в механическую энергию вращения ротора для обеспечения вращения колесных пар вагона и обратного преобразования в режимах реостатного и рекуперативного торможения вагона механической энергии в электрическую.
Электродвигатель относится к классу самовентилируемых, имеет вентилятор, устанавливаемый на валу ротора на стороне противоположной выходному валу.
Ротор.
В качестве подшипников применяется компактная подшипниковая система компании Hitachi, позволившая увеличить интервал времени между проведением текущего ремонта.
Поскольку управление двигателем осуществляется при помощи оборудова-ния инверторного управления VVVF, имеется возможность контроля вибрации и температуры.
Контроль частоты вращения двигателя обеспечивает датчик скорости, кото-рый установлен на боковой поверхности двигателя (противоположной ведущей шестерни).
Двигатель состоит из статора и ротора.
Статор.
Корпус статора представляет собой механическую конструкцию с элементами крепления двигателя на тележке. В статоре намотана трехфазная обмотка с вакуумной пропиткой лаком, в которой использован изоляционный материал.
Ротор выполнен в виде короткозамкнутой обмотки. Стержни обмотки ротора изготовлены из медно-цинкового сплава. Вал двигателя выполнен из хромиро-ванной молибденовой стали.
| № | характеристика | ДК-108 | ДК-117 |
| 1 | Номинальное напряжение в тяговом режиме, В | 375 | 375 |
| 2 | Номинальное напряжение в генераторном режиме, В | 750 | 750 |
| 3 | Номинальная мощность, Вт | 66 | 110 |
| 4 | Расчетное ослабление поля, % | 35 | 28 |
| 5 | Используемое ослабление поля, % | 55 | 50 |
| 6 | Ток часового режима, А | 202 | 330 |
| 7 | Тип обмотки якоря | волновая | петлевая |
| 8 | Воздушный зазор между полюсом и якорем, мм | 3,25 | 2,5 |
| 9 | Масса, кг | 630 | 700 |
| 10 | Суммарная величина сопротивления обмоток при температуре 200 С, Ом | 0,13 | 0,07 |
АТП Параметры:
| Режим | Часовой |
| Мощность (кВт) | 170 |
| Напряжение (В) | 530 |
| Скорость вращения (об/мин) | 1269 |
| Частота (Гц) | 43 |
| Скольжение (%) | 1.6 |
| Максимальная рабочая частота | 3766 |
| вращения (об/мин) | |
| Максимально допустимый ток (А) | 321 |
| Вес (кг) | 720 |
Асинхронный тяговый двигатель в сравнении с двигателем постоянного тока имеет большую мощность при том же весе. Кроме того конструкция асинхронного двигателя проще и надежней. Преимуществом асинхронного двигателя перед коллекторным является отсутствие коллекторно-щеточного узла.
Недостатком асинхронного двигателя при эксплуатации в метрополитене является необходимость установки дополнительного оборудования (инверторов) для преобразования постоянного тока в переменный.
Лекция 2
Токоприемники рельсовые
Токоприемник рельсовый предназначен для нижнего токосъема с контактного рельса при любых скоростях и любых атмосферных условиях.
Контактная пластина токоприемника скользит по нижней поверхности контактного рельса, обеспечивая надежный токосъем.
Токоприемник рельсовый ТР–3
Общий вид токоприемника представлен на рис.1
Рис.1 Токоприемник ТР-3
1- башмак; 2- контактная пластина; 3,4- левый и правый кронштейн; 5- башмакодержатель; 6- соединительная пластина; 7- две пружины; 8- два шунта; 9- палец для удочки; 10- валик ;11- узел крепления кабеля ТР
Токоприемник монтируется на деревянном брусе, который является изолятором. Брусья токоприемника крепятся болтами по два с каждой стороны вагона к приливам букс колесных пар. Всего на вагоне четыре токоприемника
Держатель башмака с левым и правым кронштейнами связан валиком. Поэтому держатель башмака может поворачиваться по валику.
Левый и правый кронштейны соединены друг с другом стальной соединительной пластиной, расположенной снизу. Поверхности соприкосновения держателя башмака с башмаком имеют гребенку для регулировки высоты подвески башмака над уровнем головки ходового рельса. В нижней части башмака имеются контрольные лунки для определения степени износа контактной пластины. Скосы контактной пластины обеспечивают плавность входа башмака ТР под контактный рельс.
В верхней части держателя башмака имеются приливы с гнездами для установки в них пружин, каждая из которых другим концом упирается в гнезда левого и правого кронштейна. Пружины токоприемника удерживают башмак в верхнем положении и создают необходимое контактное нажатие башмака на контактный рельс.
На правом кронштейне установлен контактный палец, на который надевается втулка подвижного кабеля электродепо «удочка», для подачи высокого напряжения на вагон в условиях депо. К левому кронштейну крепится силовой кабель ТР.
Держатель башмака соединен двумя гибкими медными шунтами с соединительной пластиной кронштейнов, чтобы ток не шел по осевому соединению.
Для отжатия башмака ТР от контактного рельса в левом кронштейне имеется отверстие, куда вставляется штырь, фиксирующий башмак в крайнем нижнем положении.
На новых вагонах установлен пневматический цилиндр для дистанционного отжатия башмаков.
Силовые кабели всех ТР соединены в соединительной коробке, поэтому при наличии напряжения хотя бы на одном токоприемнике, все остальные токоприемники вагона так же будут под напряжением.
Токоприемник рельсовый ТР-7Б с пневматическим приводом
Основными деталями токоприемника ТР-7Б являются основание (2), рычаг с башмаком (3), кронштейн с вилкой (7), пневматический привод (4), пружины (6), механизм ручной фиксации башмака в отжатом положении (5).
Токосъем осуществляется контактной поверхностью башмака, который крепится к рычагу (3) при помощи четырех болтов.
Для подачи на токоприемник, в условиях депо, высокого напряжения с помощью подвижного кабеля в его конструкции предусмотрена контактная вилка, закрепленная на кронштейне (7) болтами.
Рычаг (3) шарнирно связан с кронштейном (8) на котором крепится пневматический привод (4). Кронштейн с приводом устанавливается па основании (2).
Основание и кронштейн имеют рифленые поверхности, обеспечивающие надежное фиксированное положение кронштейна относительно основания. Конструкция основания и кронштейна дают возможность перемещения последнего относительно основания на 30 мм. Рычаг и основание имеют электрическое соединение с помощью гибкого токопроводящего прово
1 2
8
7
6
3
5
4
В рабочем положении прижатие башмака к контактному рельсу осуществляется при помощи двух пружин (6), сила натяжения которых регулируется, и увеличивается при закручивании регулировочных болтов.
Управление отжатием токоприемников дистанционное с пульта машиниста. Пневматический привод изолирован от токопроводящих частей токоприемника изолирующей прокладкой. Для подсоединения пневмопривода к воздушной магистрали пневмосистемы вагона в крышке цилиндра имеются отверстия.
При подаче сжатого воздуха из пневмомагистрали вагона в цилиндр привода токоприемника шток пневмопривода, перемещаясь вниз, отжимает башмак от контактного рельса. В отжатом положении токоприемник удерживается сжатым воздухом. Возвращение токоприемника в рабочее положение осуществляется путем выпуска воздуха из цилиндра.
Конструкция токоприемника обеспечивает также и ручную фиксацию башма-
ка в отжатом положении.
ГЛАВНЫЙ РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ ГВ-10
Главный разъединитель ГВ-10 предназначен для ручного отключения силовой цепи вагонов от токоприемников. Выключатель однополюсный, ножевого типа. Включение и выключение разъединителя производят реверсивной рукояткой, которая может быть вставлена или снята только при фиксированном положении разъединителя (горизонтальное положение – «Включен»; вертикальное – «Выключен»). ГВ-10 установлен на раме кузова вагона с левой стороны в районе второго дверного проема без изоляторов и дополнительно, по соображениям техники безопасности, соединен с кузовом гибким медным шунтом.
Ножом является неподвижный контакт, а подвижный контакт – две подпружиненные пластины.
Главный разъединитель смонтирован в металлическом ящике с откидной верхней крышкой. На изоляционной панели (1) установлены два зажима (2,3) для крепления наконечников силовых проводов.
В верхнем зажиме (2) крепится неподвижный контакт – нож, соединенная проводом с токоприемником.
Подвижный контакт (две подпружиненные пластины) (4) шарнирно связаны с нижним зажимом. Во включенном положении пластины обхватывают с обеих сторон контактную стойку (нож) (10). Переключение подвижного контакта из одного положения в другое осуществляется при помощи ручного привода, состоящего из вала (5), изоляционной планки (6) и П-образной скобы (7). При повороте вала вращение через изоляционную планку передается на П-образную скобу, обхватывающую подвижный контакт с обеих сторон, которая поворачивает его и происходит замыкание или размыкание разъединителя.
Аккумуляторная батарея
Аккумуляторная батарея служит для питания низковольтных цепей. На вагонах 81 серии батарея состоит из 52, а на вагоне Ема из 56 щелочных аккумуляторов типа НК-80 (никель-кадмиевые 80 А/час), соединенных между собой последовательно.
Ёмкость одного аккумулятора, как и всей батареи, 80 А·ч (ампер-часов), что означает: ток разряда, скажем, 1А батарея способна отдавать 80 часов. ЭДС полностью заряженного аккумулятора 1,4В. Таким образом, ЭДС батареи на вагонах Ема - 78,4В, на 81 серии 72,8В. процессе разряда ЭДС щелочных аккумуляторов уменьшается до 1,1В.
АКБ вагона 81 серии расположены в металлическом ящике, который подвешен на изоляторах к раме кузова вагона слева в районе третьего дверного проема. Для защиты батареи от коротких замыканий на ящике имеются два плавких предохранителя (+;-).
На вагоне Ема ящик деревянный, установлен один плавкий предохранитель на номинальный ток 30А.
Аккумуляторная батарея
ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Предохранители предназначены для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и перегрузок.
Предохранители на ток от 6А до 45А ПП-28 состоят из патрона в виде изоляционной трубки (фибровой), служащей корпусом предохранителя и одновременно камерой, облегчающей дугогашение при расплавлении плавкой вставки (цинковая ленточка или медная проволока), двух втулок с резьбой для колпачков и плавкой вставки. Плавкая вставка прижимается колпачками к торцам втулок. Внутри трубки может находится мраморная крошка или кварцевый песок.
Предохранители маркируются цветными полосами, в зависимости от номинального тока:
| номинальный ток предохранителя, А | маркировка полосами |
| 4 - 6 | не маркируются |
| 10 | зеленая |
| 15 | желтая |
| 20 | две зеленых |
| 25 | красная |
| 30 | две желтых |
| 35 | белая |
| 45 | синяя |
Главный предохранитель на 500А применяется для защиты силовой цепи вагона в ходовом режиме от перегрузок и токов короткого замыкания.
Корпус предохранителя представляет собой глазурованную квадратную снаружи и круглую внутри фарфоровую трубку. В трубке находится плавкая вставка. Внутренняя полость трубки наполняется чистым и сухим кварцевым песком, полностью охватывающим рабочую длину вставки. Плавкая вставка выполняется из нескольких серебряных ленточек. При токе 1000А предохранитель сгорает примерно за 20 секунд.
В ящике с предохранителями ЯП-57Д установлен главный предохранитель и предохранитель вспомогательных цепей ПП-28 на 30А.
Аппарат подвешен к раме вагона на изоляторах (6) слева. Над ящиком установлен резиновый козырек, защищающий аппарат от попадания влаги.
Предохранители широко применяются на вагонах Ема как в цепях управления так и во вспомогательных. На вагонах 81 серии и КВР предохранителей меньше, так как используются автоматические выключатели.
На вагонах 81 серии кроме главного предохранителя для защиты вспомогательных цепей применяются следующие предохранители: Л20 для защиты высоковольтных вспомогательных цепей (30А), ПА1 и ПА2 для защиты АКБ (два на 45А), П11 для защиты цепей КРУ и КРМК (20А), П6 для защиты цепи вторичного преобразователя (30А), П5 для защиты цепи привода БВ (20А),П2 для защиты двигателя МК (10А), П10 для защиты печи (5А), П4 для защиты БПСН (30А), П8 и П9 для защиты цепи ламп освещения салона (оба на 10А).
ИНДУКТИВНЫЙ ШУНТ
ИШ предназначен для сохранения заданного коэффициента ослабления поля тяговых двигателей при колебаниях напряжения в контактном рельсе.
Индуктивные сопротивления шунта и обмоток возбуждения тяговых двигателей равны, поэтому изменение напряжения в контактном рельсе не вызовет дисбаланс токов между цепью ослабления поля и обмотками возбуждения.
В случае восстановления напряжения после его кратковременной просадки отсутствие индуктивного шунта повлекло бы за собой протекание тока якорей двигателей преимущественно через сопротивление, шунтирующее обмотку возбуждения. Через обмотку возбуждения возрастающий ток не пошел бы, так как обмотки обладают большим индуктивным сопротивлением. Отсутствие тока в обмотке возбуждения повлекло бы за собой исчезновение магнитного потока Ф главных полюсов, и, следовательно, исчезнет противо-ЭДС в якорях (Е ~ nФ). Отсутствие противо-ЭДС в якорях двигателей, при выведенных пуско-тормозных сопротивлениях, повлекло бы за собой резкое возрастание тока в силовой цепи со всеми вытекающими из этого последствиями.
Шунт выполнен из шести катушек, намотанных из медной шины. Три из них включены в цепь 1-3 ТЭД, три – в цепь 2-4 ТЭД.
Катушки закреплены на одном сердечнике. Сердечник набран из 180 пластин электротехнической стали. Пластины имеют толщину 0,5 мм и изолированы друг от друга для уменьшения потерь на вихревые токи.
ИШ расположен под вагоном на его оси за первой тележкой.
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (БВ)
Предназначен для оперативного отключения силовой цепи при коротких замыканиях и перегрузках в моторном режиме. Установлен с правой стороны вагона за первой тележкой. Состоит из четырех автоматических выключателей. В каждой группе тяговых двигателей установлены два автоматических выключателя.
Каждый автоматический выключатель оборудован приводом, с помощью которого восстанавливается его включенное положение после сработки.
Автоматические выключатели срабатывают при токах порядка 1200А, а при сработке максимальной токовой защиты отключаются при помощи привода при токе 800±40А.
Старые БВ имеют механический шаговый привод для возврата. Так же используются БВ с пневмоприводом.
На новых вагонах установлены электромагнитные необслуживаемые быстродействующие выключатели Secheron (Швеция).
Достоинством БВ является то, что он сам, своим расцепителем обрывает силовую цепь за очень короткое время, без использования линейных контакторов.
После срабатывания БВ на вагоне необходимо разобрать цепь управления. Для этого низковольтные блок-контакты БВ включены в цепь питания катушки РПЛ.
Контакторы
Конта́ктор (лат. contāctor «соприкасатель») – это двухпозиционный («включен» и «отключен») коммутационный аппарат, предназначенный для частых дистанционных включений и отключений электрической цепи, в том числе и под током. При помощи контакторов реализуется дистанционное управление электрооборудованием.
Коммутация – это изменение соединений в электрических цепях (включение, отключение, переключение), выполняемое при помощи специальной аппаратуры (в электротехнике).
Различают контакторы с индивидуальным приводом (пневматические и электромагнитные) и контакторы, установленные в аппаратах с двух и многопозиционным приводом (кулачковые контакторы).
По назначению контакторы различают на линейные, ослабления поля, вспомогательной высоковольтной цепи и так далее.
Контакторы обязательно имеют устройство для гашения электрической дуги, образующейся при разрыве цепи под током. Это устройство состоит из электромагнитной катушки (катушка электромагнитного дутья) и дугогасительной камеры.
Контакторы, кроме силовых контактов, разрывающих силовую цепь, могут иметь и дополнительные контакты – блокировочные (блок-контакты), включенные в низковольтные цепи. Блок-контакты предназначены для автоматизации работы электрических цепей.
Блок-контакты бывают нормально замкнутые (н.з.) и нормально разомкнутые (н.р.). Нормально замкнутая блокировка замкнута, когда силовые контакты разомкнуты, т.е. когда привод контактора не возбуждён, а нормально разомкнутая блокировка замкнута, когда контактор включён и его силовые контакты замкнуты.
Включение контактора
При подаче питания на катушку электропневматического вентиля включающего типа воздух из магистрали управления поступает через вентиль в полость цилиндра и давит на поршень. Поршень, сжимая пружину, перемещается вверх, перемещаются шток и тяга. Происходит включение силовых контактов и перемещение подвижного контакта относительно неподвижного под действием притирающей пружины. Одновременно происходит переключение блокировочных контактов.
Отключение контактора
При снятии питания с катушки электропневматического вентиля воздух из цилиндра аппарата выходит в атмосферу. Под действием пружины и собственного веса контактор отключается. Одновременно происходит переключение блокировочных контактов. При размыкании силовых контактов возникает электрическая дуга, которая гасится в дугогасительной камере.
Возникновение дуги связано с тем, что в момент размыкания контактов поверхность касания контактов и нажатии их друг на друга, настолько уменьшается, что сопротивления контактов в переходном слое возрастает и при разрыве тока в этом месте поверхность контактов сильно нагревается. Вследствие наличия горячего катода появляется поток электронов, ионизирующий окружающий воздух и в результате ток не разрывается, а поддерживается через ионизированную среду. В качестве дугогасительных устройств для контакторов применяются специальные камеры из огнеупорных материалов, в которых дуга гасится при помощи магнитного дутья.
Принцип гашения дуги при помощи магнитного дутья основан на физическом законе о взаимодействии между током и магнитным потоком.
При отключении контактора между размыкающими контактами появляется электрическая дуга. Вокруг дуги образуется магнитное поле, которое взаимодействует с полем дугогасительной катушки так, что дуга вытесняется из этого поля по направлению к дугогасительным рогам и перекидывается на них. Затем дуга начинает двигаться по дугогасительным рогам до тех пор, пока не произойдет ее разрыв.
Дугу можно рассматривать как проводник, который свободно перемещается в магнитном поле, при этом магнитное поле создается специальными дугогасительными катушками. Направление движения свободного проводника в магнитном поле определяется по правилу левой руки; следовательно, выбором соответствующего направления движения тока в катушке электромагнитного дутья можно заставить дугу выдуваться в желаемом направлении.
Дугогасительные рога предназначены для защиты рабочих контактов от обгорания.
Для лучшего гашения дуги дугогасительные камеры выполняются с продольными или поперечными перегородками.
Электромагнитные контакторы
Электромагнитные контакторы включаются за счет силы электромагнита. При протекании тока по катушке электромагнита создается магнитная сила, которая притягивает якорь к сердечнику. Происходит замыкание силовых контактов и одновременно переключение низковольтных блокировочных контактов.
При снятии питания с катушки электромагнита за счет действия противовеса или отключающей пружины якорь отходит от сердечника. Размыкаются силовые контакты и одновременно переключаются блокировочные контакты цепи управления. При размыкании силовых контактов возникает электрическая дуга, которая растягивается между контактами, переходит на дугогасительные рога и выдувается магнитным потоком дугогасительной катушки в камеру, где и гаснет.
По конструкции все электромагнитные контакторы аналогичны, но отличаются техническими данными и конструкцией блокировочных контактов в зависимости от параметров цепей, в которые они включены.
Электромагнитные контакторы применяются в силовой цепи ТЭД (КШ1, КШ2, КСБ1, КСБ2) высоковольтной вспомогательной цепи (КК, КУП, КВЦ, КПП) и цепи управления (К-6, К-25, Р1-5).
Контакторы силовой и вспомогательной цепи размещены в металлических ящиках под вагоном. Ящики закрываются съемными кожухами с войлочным уплотнением.
Контакторы цепей управления размещены на отдельных панелях, установленных в кабине машиниста и в ящике с контакторами силовой цепи.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОНТАКТОРЫ
Групповые переключатели
Групповыми переключателями называют аппараты, состоящие из групп контакторных элементов, которые переключаются от воздействия профилированных шайб (5), насаженных на один вал (рис.45), приводимый во вращение общим приводом.
По числу позиций групповые переключатели делятся на двух и многопозиционные.
В зависимости от числа позиций, переключаемых приводом, групповые переключатели имеют пневматические, электродвигательные или ручные приводы.
Двухпозиционные переключатели (реверсор и переключатель положений вагонов 81 серии), имеют пневматический привод, двухпозиционный переключатель педаль безопасности имеет педальный (ножной привод); многопозиционный переключатель (реостатный контроллер, переключатель положений вагонов Ема) имеет электродвигательный привод, а многопозиционный переключатель (контроллер машиниста) – ручной привод.
Вал кулачкового барабана для групповых контакторов (рис.45) выполнен из стали. На среднюю часть вала, имеющего квадратное сечение, насажены кулачковые шайбы (5), прессованные из пластмассы. Профиль каждой кулачковой шайбы имеет выступы, впадины и скосы. При нахождении ролика кулачкового элемента на выступе шайбы контакты кулачкового элемента разомкнуты, при нахождении ролика во впадине контакты замкнуты, а при нахождении на скосе - идут на замыкание или размыкание.
Рис. 45 Кулачковый вал двухпозиционного группового аппар
КОНТРОЛЛЕР МАШИНИСТА КВ70 (81 серия)
Служит для задания различных ходовых и тормозных режимов ведения поезда, а так же для изменения направления движения путём подачи напряжения на командные реле и поездные провода с целью дистанционного управления приводами контакторов и групповых коммутационных аппаратов, находящихся на вагонах. Кроме этого, через контроллер машиниста блокируются схемы управления дверей поезда, белыми фарами и красными сигнальными фонарями, а также сигнализации и восстановления защиты. Переключение цепей управления в контроллере осуществляется кулачковыми элементами, которые переключаются кулачковыми шайбами. Контроллер имеет два вала: реверсивный и главный на одной оси.
Реверсивный вал предназначен для задания направления движения вагону или поезду. Имеет три положения: Ноль, Вперед, Назад. Переключается съемной реверсивной рукояткой, которая вставляется в специальный паз (11) на верхнем основании при нулевом положении вала.
Главный вал имеет семь фиксированных позиций: три на ход – Ход1, Ход2, Ход3; нулевое и три на тормоз- Тормоз1, Тормоз1А, Тормоз2. На рукоятке главного вала имеется фиксатор, без нажатия на который нельзя перевести главный вал из тормозных положений в нулевое.
Рукояткой привода главного вала задаются режимы работы цепей управления, а следовательно и режимы работы тяговых электрических машин как в ходовом, так и в тормозном режимах.
Главный и реверсивный валы механически сблокированы между собой таким образом, что главный вал нельзя повернуть при нулевом положении реверсивного, а реверсивный нельзя повернуть при рабочих (не нулевом) положениях главного вала.
КВ 70 находится в кабине машиниста справа и расположен горизонтально.
Между основаниями (1) в подшипниках установлен вал. Основания между собой соединены стальными рейками. Левая часть вала – реверсивный вал с профилированными кулачками, правая часть вала – главный вал с профилированными шайбами. По обе стороны валов на рейках (3,9) закреплены кулачковые элементы цепи управления ЭУ1 и КЭ48 (4,5,6,10).
Кулачковые элементы главного вала переключаются от воздействия профилированных шайб, кулачковые контакторы реверсивного вала переключаются изоляционными колодками.
Рис.80 Контроллер машиниста КВ70
КОНТРОЛЛЕР МАШИНИСТА КВ55 (Ема)
По конструкции и назначению аналогичен КВ70, но имеет третий вал РЦУ (разъединитель цепей управления), который приводится во вращение реверсивной рукояткой. Все три вала так же расположены на одной оси. Контроллер КВ55 расположен вертикально в кабине машиниста.
РЕВЕРСОР ПР-772
Предназначен для изменения направления вращения тяговых двигателей путем изменения направления тока в обмотках якорей или в обмотках возбуждения. Реверсор состоит из двух стальных рам, соединенных между собой стальными рейками.
В ящике с реверсором установлен также шунт силового амперметра.
Реверсор состоит и двух штампованных боковин (1). В боковинах установлены подшипники (2) с кулачковым валом и профилированными шайбами. По обе стороны вала на рейках (3) закреплены 8 кулачковых элементов типа КЭ-47 (5), включенных в силовую цепь и 4 кулачковых элемента типа ЭУ1 (4), включенных в цепь управления. Рейки крепятся к боковинам каркаса. К задней раме привода прикреплен двухпозиционный пневматический привод с двумя электропневматическими вентилями включающего типа. Сжатый воздух подводят к ящику с реверсором через орешковый изолятор. Реверсор поворачивается в одно из фиксированных положений после подачи питания на соответствующую катушку привода (6).
Внутри аппарата крепится шунт амперметра, к которому подключен амперметр для контроля величины тока силовой цепи.
Реверсор расположен справа под вагоном между вторым и третьим дверным проемом.
Переключатель положений ПКГ–761 (пневматический контроллер групповой, 81 серия)
1-аппарат ППС; 2- аппарат ПМТ; 3- кулачковый барабан; 4- электропневматический вентиль; 5-привод пневматический; 6-кулачковый элемент ЭУ-1; 7-кулачковый элемент КЭ-47; 8-рейка; 9-рама; 10-реле РПУ
Переключатель положений предназначен для переключения групп ТЭД с последовательного (сериесного) соединения на параллельное и с тормозного положения на моторное. Общий вид аппарата изображен на рисунке.
Под одним кожухом смонтировано два аппарата: ПМТ и ППС.
ПСП - переключатель сериесно-параллельный и ПМТ - переключатель моторно-тормозной .
Каждый из аппаратов по конструкции аналогичен реверсору.
ПМТ предназначен для переключения групп ТЭД с тормозного положения на моторное и наоборот. Имеет два положения:
- ПТ- тормозное;
- ПМ- моторное.
Исходное положение аппарата ПМТ – ПТ.
ПСП предназначен для переключения групп ТЭД с последовательного соединения на параллельное. Имеет два положения:
- ПС- последовательное;
- ПП- параллельное.
Исходное положение аппарата ППС- ПС.
Каждый аппарат состоит из:
- двухпозиционного электропневматического привода, катушки которого включены в схеме управления;
- кулачкового вала с профилированными шайбами, по обе стороны от которого на рейках установлены кулачковые элементы силовой цепи КЭ-47 и цепи управления ЭУ-1;
- на корпусе аппарата ПМТ установлен датчик тока ДТ-143, включенный в силовую цепь для контроля тока в тормозном контуре;
- на корпусе аппарата ППС установлено реле РПУ, которое предназначено для восстановления работоспособности БПСН после срабатывания защиты и для проверки схемы управления ходового режима без подачи высокого напряжения на вагон (контакт РПУ включен в схеме управления в цепь 1-го провода параллельно контактам НР);
Аппарат подвешен к раме вагона на изоляторах справа.
РЕОСТАТНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ЭКГ-39 (Электрический контроллер групповой, 81 серия)
Реостатный контроллер предназначен для последовательного выведения из цепи ТЭД пуско–тормозных сопротивлений в ходовых и тормозных режимах, а также для ослабления магнитного поля ТЭД в ходовом режиме.
Аппарат кулачкового типа, многопозиционный. На ХОД имеет 36 позиций, на ТОРМОЗ – 18 позиций. Вращение вала РК происходит в обе стороны: с 1-й по 18-ю позиции – в прямом направлении, с 18-й(19) по 1-ю(36) позиции – в обратном направлении.
Реостатный контроллер смонтирован на раме, состоящей из трех силуминовых боковин (1,4,11) закрепленных на двух металлических угольниках (10). В двух крайних боковинах установлены подшипники, в которых вращается кулачковый вал с профилированными шайбами (6). С обеих сторон вала к боковинам крепятся рейки (3) с установленными на них кулачковыми элементами (2) типа КЭ–47 силовой цепи и кулачковыми элементами (5) типа ЭУ1 цепи управления.
Кулачковый вал РК приводится во вращение электродвигателем (13) типа ПЛ–072 (СДРК–серводвигатель РК). Усилие от двигателя на кулачковый вал передается через двухступенчатый редуктор. Первая ступень червячная (12) (в закрытом корпусе и масляной ванне) с передаточным числом 25, вторая ступень зубчатая (9) (открытая) с передаточным числом 1,74. Общее передаточное число редуктора 25×1,74=43,5. Редуктор уменьшает скорость вращения и увеличивает вращающий момент кулачкового барабана.
Вал редуктора соединен с валом СДРК муфтой. При работе электродвигателя СДРК кулачковый барабан (6) вращается и его профилированные шайбы воздействуют на ролики кулачковых элементов, контакты которых при этом замыкаются или размыкаются и производят переключения в силовой цепи и в цепи управления.
Угол разворота вала на одну позицию 19°, количество позиций при вращении в одну сторону 18, угол полного разворота с 1 по 18 позицию 332°.
Вал вращается как в прямом, так и в обратном направлении, итого 36 позиций. Время вращения кулачкового вала с первой по 18-ю позицию без контроля РУТ 2,8-3,2 с. Остановить вал РК на позиции возможно путем замыкания обмотки якоря СДРК накоротко.
Реостатный контроллер на вагоне 81-й серии может переходит с 18 на 1-ю позицию по короткому пути, но только при возврате на первую позицию при несобранной схеме. На новых вагонах установлен реостатный контроллер с изменённым приводом: отсутствует двигатель ПЛ-072 и редуктор, вместо них установлен шаговый электродвигатель, осуществляющий разворот кулачкового вала пошагово на одну позицию по команде электронного реле РУТ.
Работой РК управляют следующие аппараты:
Реле СР1 (стоп-реле). Предназначено для подачи напряжения на якорную обмотку СДРК.
Реле РВ1 (реле времени). Предназначено для подачи напряжения на обмотку возбуждения СДРК.
Реле РР (реле реверсирования). Предназначено для изменения направления вращения якоря СДРК.
Реле РУТ (реле ускорения, торможения). Контролирует темп вращения РК.
На схеме управления цифрами обозначены КЭ РК, которые показывают, на каких позициях РК данный КЭ замкнут.
Например: РК1–6–контакты КЭ замкнуты с 1-й по 6-ю позиции, а разомкнуты с 7-ой по 18-ю позиции РК.
Контакт РКМ всегда замкнут между позициями РК. Контакт РКП замкнут на любой позиции РК.
Исходное положение РК–1-я позиция.
Аппарат подвешен к раме вагона на изоляторах справа.
РЕОСТАТНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ЭКГ-17 (Ема)
По конструкции аналогичен ЭКГ-39, за тем лишь исключением, что ЭКГ-17 не может переходить с 18 на 1 позицию в прямом направлении (отсутствует круговое вращение вала), так как первая боковина имеет прилив, а в зубчатое колесо второй ступени редуктора ввернут болт. На 18 позиции РК болт упирается в прилив, исключая тем самым проворот вала дальше 18 позиции.
ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЙ ЭКГ-18 (Ема)
Предназначен для изменения режимов работы силовой цепи, т.е. для переключения её с последовательного (сериесного) соединения групп тяговых электрических машин в ходовом режиме на параллельное соединение, а также для переключения силовой цепи из ходового режима в тормозной и обратно.
Конструктивно и внешне близок к реостатному контроллеру, но имеет круговое одностороннее вращение и четыре позиции: ПС и ПП – ходовые, ПТ1 и ПТ2 – тормозные. Углы поворота вала при переходе с позиции на позицию составляют:
ПС - ПП 60°
ПП - ПТ1 80°
ПТ1 - ПТ2 60°
ПТ2 - ПС 160°
В переключателе положений применен двигатель ПЛ-072Д (серводвигатель переключателя положений – СДПП) на номинальное напряжение 24В. Дополнительно к электродинамическому, применён электромагнитный фрикционный тормоз. Катушка электромагнита включена последовательно обмоткам СДПП, поэтому при снятии напряжения с электродвигателя катушка электромагнита обесточивается, и усилием пружины фрикционные диски входят в зацепление и затормаживают вал двигателя.
Принцип действия электродинамического тормоза основан на том, что после обрыва цепи питания СДПП ток протекает по замкнутой цепи, в которую входят обмотка возбуждения и якорная обмотка. Этот ток вызван электродвижущей силой (противо-ЭДС), которая индуктируется в проводниках якорной обмотки при вращении ее в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения. При этом направление тока в якоре меняется на противоположное, по сравнению с рабочим режимом. В результате возникает момент, направление которого противоположно направлению вращения якоря, что вызывает затормаживание якоря.
При сбросе с ходовых режимов переключатель положений остается на той позиции, на которой находился (ПС или ПП).
При сбросе с тормозных режимов переключатель положений автоматически переходит на позицию ПС.
Зависимость работы переключателя положений и реостатного контроллера от положения главного вала КВ видна из следующей таблицы:
| режим | Положение главного вала КВ | Переключатель положений | Реостатный контроллер |
| ХОД | Ход-1 | ПС | 1 |
| Ход-2 | ПС | 1→18 | |
| Ход-3 | ПП | 18→4 (19→33) | |
| ТОРМОЗ | Тормоз-1 | ПТ1 | 1 |
| Тормоз-1А, Тормоз-2 | ПТ1 | 1→18 | |
| ПТ2 | 18→1 (19→36) |
Реле
В общем случае, реле – это такое устройство, которое контролирует изменение какого-либо параметра (тока, напряжения, давления воздуха, температуры, времени и т.д.), и при достижении им определённого значения реле срабатывает, например, переключает контакты, производит механическое воздействие на что-либо и т.п.
Реле на электроподвижном составе применяют для автоматизации процессов управления, для защиты силовых цепей, сигнализации, а также в качестве низковольтных электромагнитных коммутационных аппаратов.
Действие реле, производимое им в соответствии с его основным назначением, называют срабатыванием. Значение входного параметра, при котором происходит срабатывание - уставкой реле. В одних случаях в реле регулируют уставку на притяжение якоря (РП 1-3, РП 2-4, РПЛ и пр.), в других случаях – на отпадение (РУТ, реле времени). Уставка может изменятся по разному, например, изменением натяжения возвратной пружины или изменением величины зазора между якорем и сердечником, количеством короткозамкнутых витков (реле времени).
Переход реле в первоначальное состояние, в котором оно находилось до срабатывания, называется возвратом.
Реле имеет ряд основных и дополнительных органов.
К основным органам относятся:
Воспринимающий - предназначен для непосредственного восприятия контролируемого явления и последующего воздействия на исполнительный орган (катушка, диафрагма, биметаллическая пластина и пр.);
Исполнительный - осуществляет скачкообразное изменение состояния исполнительных электрических цепей (частным случаем исполнительного органа являются контакты);
Замедляющий - обеспечивает требуемое замедление действия реле;
Регулировочный - служит для изменения уставки реле.
К дополнительным органам относятся удерживающие и восстанавливающие устройства.
На вагонах метрополитена применяются следующие реле:
- Тока
- Напряжения
- Времени
- Давления
- Электротепловые реле тока (ТРТП-115Р)
По характеру действия различают реле мгновенного действия и реле с выдержкой времени. Реле мгновенного действия включаются или отключаются мгновенно при подаче или снятии напряжения с катушки, а реле с выдержкой времени через некоторое время, называемое выдержкой времени.
Реле включены в силовую цепь, вспомогательную и цепи управления.
Электромагнитные реле, применяемые в качестве низковольтных коммутационных аппаратов имеют конструкцию, аналогичную электромагнитным контакторам, но без силовых контактов и без дугогасительного устройства. Они срабатывают при подаче напряжения на катушку. При этом переключаются их контакты, которые могут быть нормально-замкнутыми и нормально-разомкнутыми.
Общий вид одного из реле показан на рис.61.
Электромагнитное реле состоит из: Г-образного ярма (1), катушки с сердечником (2), якоря (3). Якорь реле поворачивается на призматической опоре и оттягивается от сердечника отключающей пружиной (4). К якорю прикреплены на изолирующих колодках подвижные контакты (5) с притирающей пружиной. Подвижные контакты замыкаются с неподвижными контактами (6) при включении реле.
Термореле компрессора (ТРК)
Реле тока электротепловое с ручным возвратом - ТРК (тип ТРТП-115Р. ТРТП - тепловое реле тока промышленного назначения), предназначено для защиты двигателя мотор-компрессора от токов недопустимой продолжительности.
Воспринимающим органом теплового реле является биметаллическая пластина. При длительном протекании тока более 7А пластина нагревается и изгибается, что приводит к размыканию контактов в цепи питания катушки контактора компрессора. Контактор КК отключается, размыкая силовой контакт в цепи питания двигателя мотор-компрессора, обесточивая его. Возврат реле в исходное положение (замыкание контакта) происходит только вручную при нажатии на кнопку на корпусе реле
Номинальный ток несрабатывания 7А. При токе в 9А сработает примерно через 20 минут. При токе в 45А сработает через 2 секунды.
ТРТП-115Р так же используется в БПСН.
РУТ
Реле ускорения и торможения контролирует ток силовой цепи ТЭД в ходовом и тормозном режимах и, управляя работой реостатного контроллера, автоматически контролирует темп вывода ПТС и сопротивлений ослабления поля из силовой цепи ТЭД. РУТ не допускает бесконтрольного вывода ПТС и, как следствие, – бесконтрольного и лавинообразного увеличения тока силовой цепи.
Реле имеет на общем сердечнике пять катушек: две токовые катушки (силовые), каждая из которых включена последовательно с одной из групп тяговых двигателей, и три катушки напряжения, включенные в цепи управления (подъемная, регулировочная и авторежимная).
Силовые катушки предназначены для удержания якоря реле в притянутом положении до тех пор, пока ток в силовой цепи не снизится до величины, на которую отрегулировано реле. При действии только токовых (силовых) катушек реле регулируют на отпадание якоря при токе 310 - 320А. Эта величина называется основной уставкой РУТ. (На Ема 260А)
Подъемная катушка включается между позициями реостатного контроллера и предназначена для притягивания якоря реле.
При притягивании якоря реле к сердечнику нормально-замкнутый контакт РУТ снимает питание с СДРК. Якорь реле остается притянутым к сердечнику до тех пор, пока магнитного потока силовых катушек хватает, чтобы удерживать его, т.е. пока ток тяговых двигателей не станет равным или меньше уставки реле. Отпадание якоря реле приводит к включению двигателя СДРК, переключающего реостатный контроллер на очередную позицию.
Регулировочная катушка на вагонах 81-й серии отключена. На Ема регулировочная катушка РУТ служит для изменения уставки реле и, в зависимости от режима работы схемы, она способна уменьшить уставку до 180 А или увеличить её до 320 А. РУТрег. включается согласно с силовыми катушками на тормозных режимах при ослабленном поле для понижения уставки реле до 180А. На ходовых режимах при 100% поле тяговых двигателей катушка РУТрег. включается встречно с силовыми катушками, т.е. уменьшает магнитный поток реле. Вследствие этого якорь реле отпадает при большем токе, протекающем в силовых катушках. Уставка РУТ при этом повышается до 320А.
Авторежимная катушка включается в тормозном и ходовом режимах работы схемы для автоматического регулирования уставки реле в зависимости от веса (степени заполнения) вагона. Это необходимо для поддержания ускорения и замедления вагона постоянными при любой загрузке. Катушка включена "встречно" по отношению к силовым катушкам, то есть ослабляет их магнитный поток, вследствие чего уставка реле повышается максимально на 85А на вагонах 81 серии и на 60А на вагонах Ема, в зависимости от тока, протекающего по катушке. Изменение величины тока в авторежимной катушке осуществляет электрическая часть авторежимного устройства. На Ема катушка включается только в тормозных режимах при 100% поле.
Основными неисправностями РУТ являются пригорания контактов РУТ в цепи питания якоря СДРК или залипание якоря РУТ в притянутом положении.
При пригорании контактов контакт РУТ в цепи питания якоря СДРК не размыкается и происходит безостановочное вращение СДРК и вывод ПТС, что ведет к бесконтрольному росту тока ТЭД. Происходит сработка аппаратов защиты силовой цепи.
При залипании якоря РУТ в притянутом состоянии контакт РУТ в цепи питания СДРК остается постоянно замкнутым, не позволяя вращаться СДРК. Соответственно прекращается вывод ПТС из цепи ТЭД, как следствие ток ТЭД не увеличивается. Это ведет к отсутствию тормозного эффекта при электрическом торможении. В ходовом режиме пропадает ускорение, вагон, на котором залип якорь РУТ работает только в маневровом режиме, ПТС остаются постоянно включены, что приводит к их перегреву.
Реле РУТ
1-силовые катушки, 2-авторежимная катушка, 3-подъемная катушка,
4-регулировочная
ПАНЕЛЬ С РЕЛЕ ПЕРЕГРУЗКИ РП. На панели -семь отдельных реле (на Ема 6). Три из них имеют токовые катушки - РП1-3, РП2-4, Р3-3. Остальные реле имеют катушки напряжения (Рис.26).
РЕЛЕ ПЕРЕГРУЗКИ ЛИНЕЙНОЕ РПЛ исполняет функцию промежуточного реле на вагонах 81 серии (на Ема РПЛ находится в силовой цепи) и включается при срабатывании на вагоне любого из дифференциальных реле или быстродействующих выключателей и вызывает сработку реле РП «возврат». Катушка РПЛ подключена к 20 вагонному проводу и получает "землю" через контакты дифференциальных реле и быстродействующих выключателей.
РЕЛЕ ПЕРЕГРУЗКИ ЛИНЕЙНОЕ РПЛ (Ема) служит для защиты силовых цепей обеих групп тяговых двигателей в ходовом режиме от перегрузок и токов короткого замыкания. Реле отрегулировано на ток 900 - 950 А.
Реле перегрузки РП1-3 и РП2-4 предназначены для защиты первой и второй групп тяговых двигателей от токов короткого замыкания и перегрузок в ходовом и тормозном режимах. Уставка реле 660А. (Ема 450А).
Реле заземления РЗ-2 предназначено для принудительного отключения реле РП «возврат» при определении вагона, на котором не собралась электрическая схема. Катушка реле включена в цепь 24 вагонного провода и получает питание при нажатии на пульте машиниста кнопки "СИГНАЛИЗАЦИЯ НЕИСПРАВНОСТИ", а «землю» через нормально-замкнутый контакт линейного контактора ЛК-4.
Реле заземления РЗ-1 защищает силовую схему тормозного режима при пробое изоляции и перебросах электрической дуги на корпус тягового двигателя, или другого аппарата. Уставка реле 120-180В. Катушка реле включается между средней точкой генераторного контура и "землёй".
Реле защиты РЗ-3 предназначено для защиты силовой схемы тормозного режима при работе тиристорного регулятора от аварийных режимов. При величине тока на тиристорных регуляторах больше 460А откроется тиристор защиты и подаст питание на РЗ-3, которое сработает при токе 40-60А.
Реле возврата РП «возврат» предназначено для отключения линейных контакторов вагона, при срабатывании любого из защитных реле (РП, РЗ) и включения сигнализации о сработке РП. Якорь реле зафиксирован механическим упором валика в прижатом состоянии без питания на катушке. При сработке любого защитного реле оно своим ударником воздействует на валик, освобождая якорь РП «возврат», который отпадает под действием пружины. РП «возврат» - это единственное реле на панели, имеющее контактную систему, оно своими контактами производит переключение в схеме управления. На схеме управления эти контакты обозначаются «РП».
Катушка реле включена в цепь 17 вагонного провода через автомат А-18 и получает питание при нажатии на пульте машиниста кнопки "ВОЗВРАТ РП", реле притягивает якорь, который фиксируется упором валика.
Из рис.64 видно, что при срабатывании любого РП или РЗ ударник этого реле ударяет по уступу валика, валик поворачивается и отключается реле РПвозврат. При этом размыкаются контакты РП, расположенные на якоре реле РПвозврат (3) и включенные в цепь катушек приводов линейных контакторов. Произойдет принудительное отключение линейных контакторов, которые разомкнут свои силовые контакты в цепи ТЭД, отключая двигатели от контактного рельса.
Нормально-замкнутый контакт (4), расположенный на хвостовике якоря реле РПвозврат, включенный в цепь 18-го провода, замкнется и сработает сигнализация на пульте управления загорятся сигнальные светодиоды ЛСН и РП, а на кузове неисправного вагона загорятся зеленые лампы РП.
Для восстановления РП в рабочее положение необходимо подать импульсное питание на катушку реле РПвозврат кнопкой «Возврат РП». Якорь реле притянется к сердечнику и встанет на защелку. Разомкнется контакт РП в 18-м проводе и погаснут бортовые зеленые лампы РП (светодиоды ЛСН и РП погаснут при переводе главной рукоятки КВ в нулевое положение) и замкнутся контакты РП в цепи 1-го и 20-го проводов.
РП восстановлено.
Рис.64 Панель с реле перегрузки
1- ударник, 2- валик, 3- размыкающие контакты, 4- замыкающий контакт
Блок-контакты в цепи управления имеет только РП «возврат». В цепь управления включена катушка РП «возврат» и РЗ-2, а на вагонах 81 серии еще и РПЛ, как промежуточное реле. Для того, чтобы определить какое именно реле на панеле сработало имеются блинкеры, которые до сработки реле находятся в верхнем положении, а при сработке опускаются вниз.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ (ДР)
Дифференциальные реле предназначены для защиты силовой цепи вагона при разности токов групп ТЭД. Работают в тормозном режиме и при параллельном соединении в ходовом режиме. Срабатывает при разнице токов в группах ТЭД 120±20 А.
При срабатывании ДР на вагоне срабатывает РП через промежуточное реле РПЛ.
Рис.58 Панель с дифференциальной защитой
1-герсиконовый контактор; 2-металлическая шина; 3-регулировочный резистор; 4-клемма силового провода
Элементы дифференциальной токовой защиты смонтированы на изоляционной панели, размещенной в металлическом ящике со съемным кожухом, общий вид представлен на рис.58.
На панели установлено два герсиконовых контактора типа и два регулировочных резистора, четыре силовых контактных зажима (4), две шины (2) и контактные зажимы управления.
Герсиконовый контактор, общий вид которого представлен на рис.59…(а), состоит из герсикона (4), сердечника (3), катушки (2), угольника (1), находящегося под потенциалом подвижного контакта. Выводы катушки имеют крепеж. (Рис.59б) подвижные (9) и неподвижные (7) контакты помещены в герметичный корпус (8), заполненный защитным газом, что облегчает гашение электрической дуги, возникающей между контактами при их размыкании. В герметичном корпусе расположен якорь (6), несущий подвижный контакт (9), узел неподвижного контакта (7), два полюса магнитной системы (5). Катушки герсиконовых контакторов намотаны встречно.
При подаче питания на катушку якорь, укрепленный на одном из полюсов, притягивается ко второму полюсу, контакт замыкается. При снятии питания с катушки якорь отпадает и контакты размыкаются.
а) б)
Рис.59 Общий вид герсиконового контактора (а) и герсикона (б)
Через окна магнитопроводов герсиконовых контакторов проложены две металлические шины по одной от каждой группы двигателей, так что токи в них направлены навстречу друг другу и при нормальной работе двигателей приблизительно равны. Поэтому их результирующий магнитный поток равен нулю.
Подмагничивающие катушки дифференциальных реле ДР1, ДР2 включены в схеме управления в цепь 20-го провода и постоянно находятся под напряжением, недостаточным для их срабатывания, т.к. в их цепь включен резистор. Катушки создают в магнитопроводе магнитный поток недостаточный для срабатывания. Как только ток в одной из групп ТЭД станет больше, чем в другой, так сразу и ток одной из шин станет больше. Соответственно результирующий магнитный поток уже не будет равен нулю. Появившийся магнитный поток совпадет с магнитным потоком только одной из катушек (так как они намотаны встречно) и поможет ей притянуть якорь. Соответственно замкнется нормально-разомкнутый контакт одного из контакторов ДР1 и ДР2
Нормально- разомкнутые контакты ДР1, ДР2 включены в схеме управления в цепь катушки РПЛ. Катушка РПЛ получит питание и на вагоне сработает РП, произойдет отключение ЛК (разбор силовой цепи) и разберется цепь управления.
После разбора силовой цепи по шинам, пропущенным через окна магнитопроводов перестанет протекать силовой ток, соответственно на якоря герсиконовых контакторов будет воздействовать магнитное поле только их катушек, а оно является недостаточным для притяжения и удерживания якорей. Следовательно якорь сработавшего контактора отпадет от полюса и разомкнется нормально-разомкнутый контакт ДР1 или ДР2 в цепи питания РПЛ. То есть возврат дифференциального реле в исходное состояние происходит автоматически после разбора силовой цепи.
Педаль безопасности
На вагонах метрополитена в качестве педали безопасности ПБ используется выключатель НВ-701 ножного управления.
Педаль безопасности предназначена для контроля бдительности машиниста путем воздействия на реле РПБ.
Выключатель НВ-701 установлен только на головных вагонах под пультом управления.
Общий вид выключателя НВ-701 представлен на рис.96.
Выключатель НВ-701 состоит из корпуса (7) и крышки (1). Внутри корпуса расположен кулачковый барабан (3) с кулачковыми шайбами и фиксирующего механизма (5). Храповик под действием пружины (6) фиксирует педаль в нулевом положении.
При нажатии ногой на педаль (2) осуществляется поворот барабана (3), в результате кулачковые шайбы включают или выключают кулачковые элементы (4) и замыкается контакт ПБ в цепи питания РПБ в цепи управления. РПБ, получив питание, размыкает нормально-замкнутый контакт в 39 поездном проводе, снимая питание с вентилей№2 на всех вагонах. Происходит отпуск тормозов от вентилей№2 на всех вагонах. Так же замыкается нормально-разомкнутый контакт РПБ в цепи питания РВ2, необходимого для подачи питания на первый поездной провод (для назначения ходового режима).
Соответственно, при отпуске педали безопасности (когда машинист не подтверждает бдительность) теряет питание РПБ и через выдержку времени происходит отмена ходового режима и назначение торможения от вентилей№2 на всех вагонах.
При включенной аппаратуре АЛС-АРС на вагонах 81 серии питание на РПБ подается автоматически от аппаратуры АЛС-АРС без нажатия на ПБ через нормально-замкнутый контакт кулачкового элемента ПБ. Поэтому при следовании с включенной аппаратурой АЛС-АРС ПБ не нужно держать постоянно нажатой. Нажатие необходимо в определенных случаях (для подтверждения восприятия торможения от АЛС при превышении скорости (требуется кратковременное нажатие на ПБ), для следования при запрещающем показании АЛС «0» или «НЧ» на указателе АЛС и еще в некоторых случаях).
Заземляющее устройство ЗУМ
Устройство заземляющее предназначено для отвода тока высоковольтных цепей на ходовые рельсы, которые в свою очередь заземлены.
Общий вид токоотвода ЗУМ представлен на рис.15.
ЗУМ состоит из:
- двух щеткодержателей (2), соединенных между собой;
- двух медно-графитовых щеток с шунтами (1);
- двух пружин (5).
Подвод тока осуществляется по проводу через болт и кабельный наконечник (3), закрепленный на скобе. Нажатие щеток на токопринимающую дорожку регулируется пружинами.
Рис.15 ЗУМ
ЗУМ устанавливается под вагоном на корпусе каждого редуктора колесной пары с помощью шпильки (4) (см. рис.15,16).
Беговая (токопринимающая) дорожка щеток ЗУМа расположена на запорном (лабиринтном) кольце редуктора.
Электрические схемы
Электрическая цепь - это совокупность электротехнических устройств, объектов (источников, приемников электроэнергии, коммутационных, защитных аппаратов и пр.) и соединяющих их проводников, представляющих собой путь для прохождения электрического тока.
Электрическая схема - это графическое изображение электрической цепи при помощи условных символов.
Машинисты должны хорошо знать устройство, назначение, работу аппаратов, приборов, включенных в электрическую цепь, и научиться читать электрические схемы, эксплуатируемых вагонов. Уметь читать схемы, значит, уметь, пользуясь условными графическими изображениями, проследить путь тока по электрической цепи, определить связь и взаимодействие электрического оборудования. Четкое и ясное представление об электрической схеме – непременное условие правильного понимания сложных процессов, характеризующих работу оборудования вагонов. Это дает возможность машинисту правильно управлять поездом, а так же грамотно действовать при возникновении неисправностей на составе.
ПОНЯТИЕ ПОЕЗДНОГО ПРОВОДА
Поездным проводом следует считать провод, который проходит через весь состав – от первого вагона до последнего и имеет соединение в электроконтактной коробке автосцепки. Каждому поездному проводу присваивается свой номер. У каждого провода – своё назначение. Например, 10 Пр объединяет аккумуляторные батареи всех вагонов, т. о. все батареи вагонов подключаются параллельно; 1 Пр – провод ходового режима, в кабине управления через главный вал КВ на него подаётся напряжение, а на каждом вагоне к нему подключены катушки вентилей линейных контакторов ЛК1, ЛК3, ЛК4, ЛК5 и катушки контакторов шунтировки КШ1, КШ2.
Электрическое оборудование
Электрическое оборудование предназначено для тяги и торможения вагона, а так же для обеспечения функционирования другого оборудования и устройств вагона (освещение салонов, управление дверьми, компрессом и т.д.).
Электрооборудование вагона представляет собой совокупность электрических аппаратов, которые определённым образом соединяются между собой в электрические цепи.
Каждую конкретную функцию (например, включение освещения салона, выбор направления движения, проверка выполнения различных условий для приведения поезда в движение и т.д.) выполняют один или несколько электроаппаратов. При этом, цепи, образованные аппаратами, могут быть как достаточно простыми, так и весьма сложными, разветвлёнными.
Все электрические цепи вагона условно делятся на высоковольтные и низковольтные. Высоковольтные цепи питаются от контактного рельса, на котором имеется среднее напряжение – 825 В. Низковольтные цепи получают питание от аккумуляторной батареи вагона, напряжение которой порядка 70 В.
Высоковольтные электрические цепи условно делятся на силовые и вспомогательные.
К силовым относят цепи тяговых электрических машин (электродвигателей).
Высоковольтные вспомогательные – это цепи электродвигателя компрессора, печи кабины машиниста и др.
Высоковольтные цепи смежных вагонов не соединяются между собой, т.е. функционируют только внутри данного вагона.
Низковольтные цепи условно делятся на цепи управления и вспомогательные.
Они включают в себя контроллер и пульт машиниста («кабину») и ответную, исполнительную часть («вагон»).
Цепи управления предназначены для управления работой силовых цепей в ручном или автоматическом режиме.
Низковольтные вспомогательные цепи предназначены для управления работой высоковольтных вспомогательных цепей, а также дверей, аварийного освещения и др.
Низковольтные цепи могут обслуживать как потребности данного вагона (включение фар, красных фонарей, электропечи), так и иметь развитие по всему поезду. В этом случае управление вагонными электрическими цепями производится с помощью т.н. поездных проводов. Это даёт возможность иметь в поезде неограниченное число вагонов, каждый из которых работает совершенно одинаково, выполняя команды с пульта машиниста головного вагона. Команды передаются на вагоны по поездным проводам посредством подачи на них напряжения аккумуляторной батареи. Напряжение на поездные провода может быть подано выключателями, кнопками или специальным групповым командным аппаратом – контроллером машиниста. Таким образом управление работой электрооборудования производится по системе многих единиц.
Дата: 2018-12-21, просмотров: 544.
