2 Оборудование и приборы

Макет четырехпроводной схемы управления стрелочным электроприводом; программа автоматизированной системы обучения АОС.

3 Порядок выполнения работы

1 Изучить эксплуатационно-технические требования к схемам управления стрелочными электроприводами.

2 Ознакомиться с функциональной блок-схемой алгоритмом управления стрелочным электроприводом.

3 Определить в схеме элементы управляющей, рабочей и контрольных цепей.

4 Изучить требования к цепям схемы управления стрелочным электроприводом и проверить их выполнение в схеме.

5 Определить недостатки первого варианта четырехпроводной схемы, приведенной в АОС.

Содержание отчета

Принципиальная схема управления стрелочным электроприводом с выделением управляющих, рабочих и контрольных цепей; назначение реле схемы; краткое описание работы схемы; ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1 Эксплуатационные требования к схемам управления стрелочным электроприводом.

2 Способы выполнения технических требований к схемам управления стрелочными приводами в ранней схеме.

3 Назначение управляющих, рабочих и контрольных цепей схемы.

4 Область применения четырехпроводной схемы управления стрелочным электроприводом.

5 Назначение и принцип работы схемы реле СЗ.

Список рекомендуемой литературы

1 Станционные системы автоматики и телемеханики : учеб. / под ред. Вл. В. Сапожникова. – М. : Транспорт, 1997. – С. 98–100.

2 Телеуправление стрелками и сигналами / А. С. Переборов [и др.]. – М.: Транспорт, 1981. – С. 97–101.

3 Казаков, А. А. Станционные устройства автоматики и телемеханики / А. А. Казаков, В. Д. Бубнов, Е. А. Казаков. – М. : Транспорт, 1990. – С. 61–68.

Лабораторная работа №2

Двухпроводная схема управления стрелочным приводом постоянного тока

Цель работы. Изучить работу двухпроводной схемы управления стрелочными приводами постоянного тока одиночной и спаренных стрелок с центральным и магистральным питанием.

1 Сведения из теории

Двухпроводная схема управления стрелочным приводом постоянного тока получила широкое распространение на железных дорогах стран СНГ и других государств ввиду её экономичности по числу линейных проводов и приборов. В первоначальном варианте схемы, разработанной ещё в 1950 году В. А. Шариковым, применяли реле типов НР и КР, а затем штепсельные реле типов НШ и КШ. В дальнейшем на основе этой схемы был разработан пусковой стрелочный блок ПС 220/110 с малогабаритными реле.

Приведённая на рисунке 1 схема стрелочного пускового блока ПС-220/110 рассчитана на управление как спаренной (см. рисунок 1, а), так и одиночной (см. рисунок 1, б) стрелками при центральном питании. Пусковая цепь схемы содержит приборы: нейтральное пусковое стрелочное реле НПС типа НМП-0,2/220; поляризованное пусковое стрелочное реле ППС типа НМП-150/150 контакты стрелочных рукояток «+» и «­–» (индивидуальное управление) и контакты плюсового ПУ и минусового МУ управляющих реле (маршрутное управление); конденсатор 500 мкФ, резистор 100 Ом и диод Д1. Рабочая цепь схемы включает в себя: контакты пусковых стрелочных реле, токовую обмотку реле НПС (0,2 Ом), реверсирующее реле Р типа ППР-3000 с балластным сопротивлением 18 кОм и обмотки двигателя, подключённые к цепи через рабочие контакты автопереключателя. В схеме используется контрольная цепь переменного тока с полярной избирательностью, содержащая: источник переменного тока, трансформатор типа СКТ; конденсатор 10 мкФ с резистором R3 = 1000 Ом, включённые во вторичную обмотку трансформатора; общее контрольное реле ОК типа КМ-3000, подключённое к линейным проводам Л1и Л2 через тыловые контакты реле НПС; контрольный диод Д2 с резистором R2 = 1300 Ом, подключённые со стороны привода к линейным проводам через контрольные контакты электроприводов 1 и 3. В релейном помещении в блоках С установлены плюсовое ПК и минусовое МК контрольные реле нейтрального типа, с цепи которых проверяется соответствие положения поляризованных якорей реле ППС и ОК. Контакты этих реле используются далее в схемах электрической централизации (ЭЦ) для информации о фактическом положении стрелок.

Принцип действия вентильной контрольной цепи и её расчёт приведён в [1], [2]. Одна полуволна переменного тока напряжением 165 В проходит по цепи: вывод II.1 трансформатора СКТ, R3, C, обмотка реле ОК, вывод II.4; вторая полуволна проходит через цепь, параллельную обмотке ОК: вывод II.4, тыловой контакт реле НПС, линия Л2, контрольные контакты приводов 3 и 1, резистор R2, диод Д2, контрольные контакты приводов 3 и 1, контакты поляризованного якоря реле Р, линия Л1, тыловой контакт реле НПС, ёмкость 10 мкФ, резистор R3 к выводу II.1 . Постоянная составляющая полуволны переменного тока, проходящая через обмотку реле ОК, вызывает срабатывание его нейтрального и поляризованного якорей от тока прямой полярности. В минусовом положении стрелок контрольными контактами приводов 1 и 3 диод Д2 будет включён относительно обмотки реле ОК во встречном направлении. Это вызовет срабатывание нейтрального и переключение поляризованного якорей реле ОК в противоположное положение.

Конденсатор 10 мкФ в контрольной цепи исключает замыкание постоянной составляющей выпрямленного тока через низкоомную обмотку контрольного трансформатора СКТ и резистор R3. Резистор R3 ограничивает ток в СКТ при коротком замыкании линейных проводов. Резистор R2 последовательно с диодом Д2 необходим для предотвращения короткого замыкания рабочей цепи и блокировки пускового реле при пуске стрелочного привода путём снижения величины тока в токовой обмотке реле НПС до 0,2 А.

Для индивидуального управления стрелками дежурным по станции (ДСП) на аппарате управления предусмотрены стрелочные трёхпозиционные рукоятки («+», «–» и среднее положение) или кнопки П и М. В автоматическом (маршрутном) режиме управления стрелками используются контакты реле ПУ и МУ, а рукоятки должны находиться в среднем положении.

Функциональная блок-схема алгоритма управления стрелочным приводом представлена на рисунке 2. Для перевода стрелки в минусовое положение ДСП переводит рукоятки в положение «–» (нажимает кнопку М). С проверкой условий безопасности – свободность стрелочного участка (СП↑) и отсутствие маршрута с участием стрелки (З↑) включается реле НПС по верхней обмотке 220 Ом по цепи: полюс источника питания СПБ, контакт рукоятки «–», поляризованный контакт реле ППС, диод Д1, обмотка 4–2 реле НПС, фронтовые контакты реле З и СП, полюс СМБ.

Реле НПС своими контактами отключает от линии реле ОК, а в пусковой цепи включает одну из обмоток реле ППС. Реле ППС, переключая свой поляризованный якорь, своим контактом разрывает цепь включения реле НПС, а двумя другими изменяет полярность рабочей батареи РП, РМ в линейных проводах Л1, Л2. Реле НПС удерживает свой якорь за счёт тока разряда конденсатора С = 500 мкФ. Диод Д1 исключает этот разряд через обмотки реле ППС.

В связи с изменением полярности рабочей батареи в линейных проводах и на выводах обмотки реверсирующего реле Р, расположенного в путевой коробке у привода 1, последнее переключает свой якорь и своими контактами подключает к линии обмотки двигателя МОВ и ОЯ через рабочие контакты автопереключателя. Двигатель включается и начинается перевод стрелки 1. Реле НПС включается последовательно с двигателем и за счёт рабочего тока удерживает притянутым свой якорь. В начале перевода стрелки контрольные контакты плюсового положения стрелки переключаются на рабочие, а в конце перевода рабочие контакты, замкнутые при плюсовом положении стрелки, переключаются на контрольные контакты минусового положения. Это переключение в варианте со спаренной стрелкой вызовет включение двигателя второй из спаренных стрелок 3 через рабочие контакты её привода. В варианте одиночной стрелки к линии подключается диод Д2 и подготавливается контрольная цепь минусового положения стрелки.

Током двигателя второй из спаренных стрелок 3 реле НПС продолжает удерживать свой якорь. После окончания перевода второй стрелки рабочими контактами автопереключателя ее привода цепь двигателя и реле НПС разрывается. Контрольными контактами этого привода к линии подключается диод Д2. Реле НПС после замедления 0,25 с выключается и тыловыми контактами в блоке ПС подключает к линии Л1, Л2 контрольную цепь с реле ОК. В связи с тем, что контактами реле Р и контрольными контактами приводов обоих стрелок контрольный диод Д2 подключен к линии Л1, Л2 во встречном направлении, постоянная составляющая тока в обмотке реле ОК изменит свое направление.

Реле ОК включается и переключает свой поляризованный якорь. Создается цепь для включения нейтрального контрольного реле МК, в которой проверяется соответствие положение якоря реле ОК с положением переключенного еще в начале работы схемы якоря реле ППС.

Работа схемы при переводе стрелок 1, 3 из минусового положения обратно в плюсовое происходит по такому же алгоритму. Если по какой-нибудь причине перевод стрелки не завершился и стрелка находится в среднем положении, то схема позволяет вернуть стрелку в исходное состояние. ДСП поворотом рукоятки или включением кнопки П включает другую обмотку реле ППС, которое своими контактами переключит направление питания рабочей батареи в линейных проводах. Реверсирующее реле Р возвратит свой якорь в исходное плюсовое положение, а своими контактами через замкнутые рабочие контакты привода подключит питание к обмоткам двигателя ПОВ и ОЯ. В результате реверсирования двигателей приводы возвратят остряки стрелок в исходное плюсовое положение.

Автором схемы в свое время был проведен анализ ее работы при ситуации, когда стрелка находится в среднем положении, а пусковые приборы (реле НПС) выключены, например, при перегорании предохранителя рабочей цепи. При этом состоянии приборов схемы к линии на посту ЭЦ подключено контрольное реле, а в электроприводе – обмотки двигателя с коллектором. В результате неплотного прилегания щеток электродвигателя к образовавшемуся зазору будет приложено напряжение источника контрольного тока. При определенных условиях может появиться устойчивый выпрямительный процесс за счет появления электрической дуги, приводящий к ложному срабатыванию контрольного реле. Как показали исследования [2] для угольного контакта критический ток дуги составляет 0,03 А. В первоначальном варианте схемы с реле типа НР и КР применялся способ предотвращения ложных срабатываний, основанный на ограничении тока ниже критического тока дуги. Для этого при срабатывании реле ОК от дуги на коллекторе в момент размыкания тылового контакта включался резистор 10000 Ом и выпрямительный процесс прекращался.

В схеме с пусковым блоком ПС220/110 в качестве реле ОК используется малогабаритное реле КМ-3000, у которого с целью уменьшения вероятности непереключения поляризованного якоря в 5 раз повышена мощность (530 мВт), что потребовало увеличения напряжения источника переменного тока, питающего цепь, с 110 до 170 В, а R3 = = 1000 Ом. Реализовать указанный способ на малогабаритных реле не представляется возможным из-за их большой мощности, не позволяющей увеличить величину R3 или уменьшить подводимое к контрольной цепи напряжение. Требуется решить проблему обеспечения номинального напряжения на реле ОК (40 В) и одновременно уменьшения критического тока дуги ниже 0,03 А. Для повышения защищенности контрольной цепи рекомендовано, как временная мера, параллельно обмоткам двигателя включать конденсаторы по 4 мкФ. Следует иметь в виду, что обрыв конденсаторов не контролируется и исправность их цепи должна проверяться постоянно при внутреннем осмотре электропривода. Вторым способом решения этой проблемы может быть применение реверсирующего реле комбинированного типа, чтобы нейтральным якорем отключать двигатель от линейных проводов. Однако этот способ понижает общую надежность работы схемы.

В ходе длительной, с середины прошлого века, эксплуатации большого количества схем выявились и некоторые другие недостатки двухпроводной схемы управления. Например, в ней может появиться ложный контроль при ошибочном подключении (перепутывании) линейных проводов. Это обстоятельство требует от эксплуатационного персонала повышенного внимания и четкого выполнения установленных правил работы со схемой, в частности, с линейными проводами. При отключении линейных проводов в любом месте выключаются реле ОК, ПК, включается красная лампочка и звенит звонок «потеря контроля стрелки». При ошибочном подключении линейных проводов контрольное реле ОК включается, но вследствие изменения направления включения контрольного диода Д2 относительно выводов обмоток реле ОК, последнее перебрасывает поляризованный якорь. Нарушается соответствие положения якорей реле ОК и реле ППС в цепи нейтральных контрольных реле ПК и МК. Контроль не восстанавливается. Однако, если в этой ситуации ДСП предпримет попытку восстановить контроль стрелки путем перевода стрелки с аппарата управления, то появится ложный контроль минусового положения стрелки. После поворота рукоятки в минусовое положение включится реле НПС и перебросит свой якорь реле ППС. Однако далее в рабочей цепи переключение реверсирующего реле Р не произойдет (вследствие переключения проводов), токовая обмотка реле НПС будет подключена к контрольному диоду и через 0,25 с реле НПС выключится, подключая к линейным проводам реле ОК. Последнее включается, замыкает контакты нейтрального якоря и через переведенные контакты поляризованных якорей реле ППС и ОК включится нейтральное минусовое контрольное реле МК.

На протяжении многих лет предпринимались попытки усовершенствовать схему для исключения указанной опасной ситуации. Предлагались меры как организационного, конструктивного, так и схемного характера. Среди всех предложений наиболее приемлем способ контроля правильного подключения проводов путем ввода в схему дополнительно признака, отличающего плюсовое и минусовое положения стрелки [4]. Однако до настоящего времени техническое решение этой проблемы не принято. В связи с этим после работ, связанных с линейными проводами, необходима обязательная проверка фактического положения стрелки с имеющимся на посту ЭЦ контролем.

Для удаленных групп стрелок с целью экономии кабеля применяется магистральное питание рабочих цепей электропривода. Сечение этой магистрали рассчитывается, исходя из условия перевода одной наиболее удаленной стрелки. Перевод стрелок происходит поочередно, что обеспечивается специальной схемой последовательного пуска стрелок. При магистральном питании применяется двухпроводная схема управления приводом с реверсирующим реле типа СКПР (рисунок 3). В схеме рабочая и контрольная цепи разъединены. Блокировка пусковой цепи по рабочему току не предусмотрена. Замыкание рабочей цепи контролируется токовой обмоткой реверсирующего реле. Возможны также и другие варианты схем управления стрелками с магистральным питанием.

Рисунок 3 – Двухпроводная схема управления

стрелочным приводом при магистральном питании