Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
– защелочного типа – срабатывающие при освобождении электромагнитной защелки.
На отечественном ЭПС наибольшее распространение получили
БВ первой группы (электровозы ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15 всех индексов,
электропоезда постоянного тока ЭР2, ЭТ2, ЭД2, ЭД4 всех индексов).
БВ второй группы применяются на пассажирских электровозах
серии ЧС и ЭП2К, грузовых электровозах 2ЭС4К, 2ЭС6, 2ЭС10, скоростных электропоездах ЭС1, ЭС2Г, высокоскоростных ЭВС1, ЭВС2.
Конструкцию и работу БВ с механизмом свободного расцепления
рассмотрим на примере быстродействующего поляризованного выключателя БВП-5А, который устанавливается на грузовые электровозы серий ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15 [7]. Расположение элементов в конструкции выключателя БВП-5А приведено на рисунке 6.2 [5].
16
14
15
13
12
11
9
2
8
1
7
1
2
17
18
19
10
20
21
23
22
5
3
6
4
Рисунок 6.2 – Быстродействующий выключатель БВП-5А:
1 – угольник; 2 – изолированные стержни; 3 – рама; 4 – гетинаксовый
лист; 5 – индуктивный шунт; 6 – плита; 7 – блокировочное устройство;
8 – стержень; 9 – изолятор; 10 – секция дугогасительной катушки;
11 – магнитопровод; 12 – съемные полюса; 13 – стальные пластины;
14 – дугогасительная камера; 15, 17 – шпильки; 16 – деионная решетка;
18 – тяга; 19 – шина; 20 – гетинаксовая плита; 21 – винт; 22 – ярмо;
23 – удерживающая катушка
131
Конструкция механизма свободного расцепления приведена на
рисунке 6.3 [8].
16
14
1312
11
9
10
8
Воздух
4
7
5
6
3
1
2
Рисунок 6.3 – Механизм свободного расцепления выключателя БВП-5А:
1 – якорный рычаг; 2 – включающий рычаг; 3 – оттяжная пружина;
4 – гибкий шунт; 5 – шток; 6 – цилиндр пневматического привода;
7 – изоляционный шланг; 8 – поршень; 9 – отключающие пружины;
10 – накладка; 11 – контактный рычаг; 12 – подвижный контакт;
13 – неподвижный контакт; 14 – шихтованные наконечники;
15 – магнитопровод удерживающей катушки; 16 – регулировочные болты
(магнитные пробки); 17 – планка; 18 – удерживающая катушка;
19 – размагничивающий виток; 20 – индуктивный шунт
15
3
17
18
19
20
На кинематической и электрической схемах выключателя (рисунок 6.4) показаны положение основных деталей БВ относительно
друг друга и рамы, их взаимосвязь, а также схема питания катушек
«БВ» и «Возврат БВ» [8].
Конструкция выключателя БВП-5А очень подробно описана
в источниках [3, 8, 9].
При включении БВ образуется внутренняя силовая цепь тока
(см. рисунок 6.4): ток протекает из контактного провода к наружному зажиму 8, затем через параллельно соединенные дугогасительные катушки 6 и неподвижный контакт 4 к подвижному контакту 3
и через контактный рычаг 17, гибкий шунт 37 – к внутреннему за-
132
жиму 35 (который является приливом рамы выключателя). От зажима 35 цепь тока разветвляется: часть его протекает через размагничивающий виток 26 и шину индуктивного шунта 34, часть приходит
к наружному, изолированному от рамы, зажиму 41 и далее в силовую цепь электровоза.
При отключении выключателя путь тока меняется. После того
как электрическая дуга, возникающая на расходящихся контактах,
перебрасывается с них на рога 5 и 2 дугогасительной камеры, ток из
неподвижного контакта 4 уже не протекает в подвижный контакт 3.
Через рог 5, электрическую дугу, рог 2 с шарниром, валик 12 (параллельно им включен гибкий шунт) он проходит в раму выключателя.
Из рамы ток протекает к внутреннему зажиму 35, затем разветвляется в размагничивающий виток 26, шину 34 индуктивного шунта
и приходит к наружному зажиму 41.
1
2
465
3
8
7
42
КМЭ
36
12119
+3301
31
37
БВ
БлКн7
1614 1513
24
35
25
32
38
39
РДФ2 РДФ1
406405
20
191817
26
33 34
40
41
РП29 ПкТ2
27 28
В цепь ТД
408407433
10
Воздух
3402
637
3404
Возврат БВБВ
+320
23
29
30
Рисунок 6.4 – Кинематическая и электрическая схемы БВП-5А
21 22
133
Процесс включения БВ условно можно разделить на четыре этапа [10] в зависимости от положений контактного рычага в процессе
включения (рисунок 6.5):
Первый этап (I) – нажатием кнопки «БВ» подается напряжение
50 В на удерживающую катушку, тем самым создавая магнитный поток в магнитопроводе. Однако якорь с контактным рычагом не притягивается из-за большого воздушного зазора и усилия отключающих пружин.
I III
II IV
Ф1Ф
2
Ф1Ф
2
Рисунок 6.5 – Этапы включения БВ
Ф1Ф
Ф1Ф
2
2
Второй этап (II) – нажатием импульсной кнопки «Возврат БВ»
подается напряжение 50 В на вентиль привода БВ. Сжатый воздух
давлением 5 атм поступает в цилиндр пневматического привода БВ.
В результате поршень со штоком (перемещаясь вправо) через включающий рычаг, преодолевая усилие отключающих и оттяжных (находятся внутри пневмоцилиндра) пружин, воздействует на контактный рычаг, заставляя его повернуться против часовой стрелки до
соприкосновения с нижней осью якоря.
Третий этап (III) – при дальнейшем перемещении поршня и штока пневмопривода контактный и якорный рычаги начинают поворачиваться вокруг нижней оси по часовой стрелке до соприкосновения
шихтованного якоря с шихтованными наконечниками магнитопровода. В этом положении система рычагов надежно удерживается маг-
134
нитным потоком удерживающей катушки. Силовые контакты подходят друг к другу, но еще не замкнуты.
Четвертый этап (IV) – при отпуске импульсной кнопки «Возврат
БВ» теряет питание катушка вентиля, и воздух из цилиндра привода
уходит в атмосферу. Оттяжные пружины убирают поршень со штоком в цилиндр, а включающий рычаг – в крайнее левое положение.
Одновременно отключающие – они же контактные – пружины поворачивают контактный рычаг по часовой стрелке вокруг верхней
оси якоря, и силовые контакты замыкаются.
Отключение БВ возможно в трех случаях:
– с отключением кнопки «БВ» и прекращением подачи питания
50 В на удерживающую катушку (оперативное отключение);
– при срабатывании других аппаратов защиты, которые своими
блокировками (на рисунке 6.4 показаны как РДФ1, РДФ2, РП29,
ПкТ2) разрывают цепь удерживающей катушки БВ (реализация только исполнительной функции);
– в режиме прямой защиты от КЗ (реализация распорядительной
и исполнительной функции).
Реализуя режим прямой защиты, магнитная система БВ функционирует следующим образом (рисунок 6.6). При работе электровоза
магнитный поток удерживающей катушки Фуд остается практически
постоянным (так как напряжение цепей управления изменяется незначительно). Магнитный поток размагничивающего витка Ф
р.в
все
время меняется в зависимости от тока силовой цепи, протекающего через БВ.
∑Ф = Ф"уд – Ф"
Ф"
р.б
1 2 3
Ф"
уд
I
к.э
р.б
ИШ
4 5
I
к.э
∑Ф = Ф'уд + Ф'
Ф'
Ф'
р.б
уд
В цепь
управления
р.б
6
Рисунок 6.6 – Схема потоков в магнитной системе БВ
135
В момент короткого замыкания по размагничивающему витку,
который расположен на дополнительном сердечнике («магнитный
шунт»), проходит ток IКЗ. Поток удерживающей катушки Ф
замы-
уд
кается через сердечник, полюсы и якорь. Если рассматривать потоки
независимо, то направление магнитодвижущей силы (м.д.с.) витка
выбрано так, что создаваемый им поток Ф"
в левой части направ-
р.в
лен навстречу части потока Ф"уд удерживающей катушки, а в правой
части Ф'
– согласно с потоком Ф'уд.
р.в
Следовательно, при увеличении тока в витке полный магнитный
поток, проходящий через якорь, уменьшается: ΣФ = Ф"уд – Ф"
. При
р.в
некотором значении тока он становится недостаточным для удержания
якоря. За счет усилия отключающих пружин происходит отключение
силовых контактов. Размагничивающее действие усиливается тем, что
при КЗ и быстром увеличении тока вследствие наличия шунта с большим индуктивным сопротивлением большая часть тока протекает через размагничивающий виток. Это ведет к дальнейшему уменьшению
потока Ф"уд и, следовательно, к снижению времени выключения БВ.
При отключении БВ контактный рычаг с подвижным контактом
совершает сложное движение [10]. В первый момент, соответствующий началу отключения (рисунок 6.7, а), сила Р, с которой пружина оттягивает якорь, и сила F, удерживающая его, равны. Поэтому
якорь, хотя еще соприкасается с полюсами, но уже не прижат к ним.
При дальнейшем увеличении тока I
в выключателе и уменьшении
КЗ
вследствие этого силы F якорь отходит от полюсов, и между ним и
полюсами образуется все увеличивающийся воздушный зазор (рисунок 6.7, б). С появлением зазора сила F дополнительно быстро снижается, и движение якоря ускоряется.
Отход якоря от полюсов не сопровождается одновременным расхождением главных контактов. Некоторое небольшое время после
этого они остаются еще замкнутыми. Происходит это потому, что
контактный рычаг и якорь шарнирно связаны между собой и движутся не как одно целое. Рычаг 33 якоря 19 вращается против часовой стрелки относительно оси 40. Контактный рычаг 17, упираясь своей головкой в неподвижный контакт и скользя по нему вниз,
вращается, кроме того, относительно оси 18 по часовой стрелке,
т. е. рычаги «переламываются» в точке их соединения. Лишь при
дальнейшем вращении рычагов главные контакты начинают расходиться (рисунок 6.7, в).
Промежуток времени от начала отпадания якоря до начала расхождения главных контактов называют временем «перелома» рыча-
136
гов, зависит в рассматриваемом выключателе от скорости нарастания
тока короткого замыкания. Чем медленнее нарастает ток, тем больше время «перелома». Когда ток КЗ в выключателе нарастает медленнее, то медленнее уменьшаются результирующий магнитный поток ΣФ в якоре и создаваемая им сила F. Так как после образования
воздушного зазора между полюсами и якорем эта сила не исчезает
полностью, а лишь резко уменьшается, она в этом случае более продолжительное время притормаживает отпадающий якорь, отчего рычаги 17 и 33 «переламываются» на больший угол d (см. рисунок 6.7, б)
и, следовательно, главные контакты размыкаются позже.
а б
15 18 19 20
Р Р Р
Рисунок 6.7 – Положение контактного рычага при отключении БВ
F
17 33
d
40
в
F
F
Описанный «перелом» рычагов – явление нежелательное, так как
время «перелома» увеличивает время отключения выключателя. Однако запаздывания расхождения контактов по отношению к началу
отпадания якоря трудно избежать и другими конструктивными решениями, поскольку во всех случаях должно быть обеспечено надежное давление друг на друга главных контактов. Запаздывание наблюдается во всех БВ известных конструкций. Однако во многих
из них оно обусловлено не шарнирным соединением рычагов, как
в описываемом случае, а другими конструктивными особенностями,
например, наличием провала у одного из главных контактов, наличием свободного зазора и др.
Вихревые токи сдерживают уменьшение магнитного тока, поэтому в магнитопроводе удерживающей катушки ярмо выполняют из
массивной стали, а полюсы и якорь – из листовой шихтованной. Для
регулирования тока уставки, рассчитываемой по выражению (6.1),
137
в магнитопроводе предусмотрены регулировочные болты («магнитные пробки»), при вывертывании которых ослабляется поток удерживающей катушки. Также для регулирования уставки возможно
изменять жесткость отключающих пружин. Разветвленная магнитная система с витком на отдельном сердечнике (магнитном мостике) обладает лучшей динамической характеристикой по сравнению
с другими более простыми системами (например, при расположении
витка на магнитопроводе удерживающего электромагнита).
Если на электровозах быстродействующие выключатели имеют
однократный разрыв цепи и дугогасительную камеру с выхлопом дуги
вверх, выключатели отечественных электропоездов – двухкратный
разрыв и две двухщелевые камеры с выхлопом в горизонтальном направлении. Эта конструктивная особенность определяется условиями габаритных ограничений на расположение электрооборудования
на электропоездах. На электропоездах ЭР2Т, ЭТ2, ЭД2Т установлены поляризованные выключатели БВП-105А, а на электропоездах
ЭТ2М, ЭД4М – ВБ-11 (ВБ-14). Устройство и принцип работы БВП105А подробно рассмотрены в [1, 12], выключателя ВБ-11 – [11-13].
Технические данные обоих выключателей приведены в таблице 6.1.
Таблица 6.1 – Технические данные выключателей БВП-105А и ВБ-11
Параметр Величина
БВП-105А ВБ-11
1 Номинальное напряжение, кВ 3,0 3,0
2 Номинальный ток, А 250 260
3 Предельный отключаемый ток, кА 20 20
4 Ток уставки, А 600 ± 30 650 ± 50
5 Собственное время выключателя, с 0,003…0,005 0,005
6 Время выключения, с 0,02…0,05 0,04
Этапы включения аппарата ВБ-11 показаны на кинематической
схеме на рисунке 6.8 [13]:
I этап – после включения кнопки «ВУ» напряжение подается на
удерживающую катушку 23. Протекающий через нее ток создает магнитный поток Ф
. Однако подвижные части не перемещаются из-за
уд
большого воздушного зазора.
II этап – при нажатии импульсной кнопки «Возврат защиты» получает питание вентиль, и сжатый воздух поступает в пневматические
приводы 8 и 12. Поршень привода 8 поднимается и вращает тягу 10
относительно оси 11 по часовой стрелке, растягивая отключающие
138
пружины 9. Поскольку стержни 13 вместе с тягой 10 также передвигаются вверх, магнитопровод 2 начинает поворачиваться вокруг оси
4 против часовой стрелки. Поршень привода 12 под действием сжатого воздуха перемещается вниз и толкателем 14 воздействует на контактный рычаг 6 с якорем 5, поворачивая их по часовой стрелке до
прижатия якоря к полюсам электромагнита 2. В этом положении система надежно удерживается за счет магнитного потока Фуд удерживающей катушки 23. Силовые контакты подходят друг к другу, но между ними остается зазор, так как дальнейший ход контактного рычага
6 ограничивает повернутый навстречу ему магнитопровод.
III этап – после отпуска кнопки «Возврат защиты» вентиль 7 обесточивается, и сжатый воздух из приводов 8 и 12 выходит в атмосферу. Якорь 5 остается притянутым к полюсам электромагнита. Отключающие пружины 9 сжимаются и поворачивают магнитопровод
2 по часовой стрелке до замыкания главных контактов. При этом
контактный рычаг 6 воздействует на блокировочное устройство. Отключающие пружины продолжают поворачивать электромагнит 2 до
упора 1. Между якорем 5 и контактным рычагом 6 образуется зазор,
благодаря чему обеспечиваются провал и нажатие главных контактов при притянутом якоре.
I II III
10
9
8
6
5
4
2
1
11
12
13
14
16
17
Ф
Ф
уд
23
Ф
уд
р
Ф
уд
Рисунок 6.8 – Кинематическая схема выключателя ВБ-11
В случае короткого замыкания в силовой цепи и достижения тока
уставки размагничивающая катушка наводит встречный поток Фр такой величины, что результирующий поток в якоре становится меньше усилия отключающих пружин 9. Якорь 5 отрывается от магнитопровода 2. Быстро перемещаясь вверх, он ударяет по контактному
рычагу 6, и главные контакты 16 и 17 размыкаются. Отрыв подвижных контактов от неподвижных происходит без предварительного
139
перекатывания контактов. Ток уставки БВ задается регулировочными винтами, ввернутыми в магнитопровод 2.
Особенностью (можно сказать, главным недостатком) выключателей типа БВП-5, БВП-105 и ВБ-11 является то, что это аппараты
поляризованного действия, т. е. они защищают силовую цепь от токов КЗ при протекании тока только в одном направлении. Однако
в режиме рекуперации ток в силовой цепи тяговых двигателей протекает в обратном направлении (от двигателей – в контактную сеть).
В этом случае изменяется направление прохождения магнитных потоков по магнитной системе выключателя и автоматический разрыв
силовой цепи при КЗ становится невозможным.
Поэтому на электровозах и электропоездах с рекуперативным торможением в силовую цепь устанавливают еще один аппарат защиты –
быстродействующий контактор.
Принцип действия БВ защелочного типа рассмотрим на примере выключателя 12НС, применяемого на электровозах серий ЧС
постоянного тока. Согласно кинематической схеме выключателя
(рисунок 6.9) [1] подвижный контакт 1 находится под действием отключающей пружины 2, стремящейся разомкнуть контакты 1 и 3,
т. е. отключить БВ.
Выключатель включается при одновременной подаче напряжения
на соленоид 11 и вентиль 13. После возбуждения катушки соленоида 11 якорь опускается, и тяга 9 оттягивает шток 8 от ролика 17, прижимая его к ролику 7. Электромагнитный вентиль 13 подает сжатый
воздух в цилиндр 16 под поршень 14, который, преодолевая действие
пружины 15, начинает подниматься. Выступ штока упирается в ролик 7 двуплечего рычага 6 и поворачивает рычаг по часовой стрелке.
При этом рычаг будет перемещать изоляционную тягу 5, защелку 19 с
храповиком 20 и подвижным контактом 1 вправо, сжимая регулировоч-
ную 18 и отключающую 2 пружины. Контакты 1 и 3 замыкаются. Сила их
нажатия зависит от натяжения пружины 18, усилие которой регулируют
болтами 4. Так задается уставка БВ. С поршнем и подвижной системой
БВ связаны также два блокировочных устройства, состоящие из четырех пар подвижных блокировочных контактов, помещенных в корпусе.
В случае выключения БВ вручную или при срабатывании блокировок аппаратов защиты (дифференциальных реле, реле перегрузки
тяговых двигателей или отопления поезда) размыкается цепь катушек вентиля 13 и удерживающего электромагнита 11. Якорь электромагнита поднимается, и тяга 9 прижимает шток 8 к ролику 17, освобождая двуплечий рычаг 6.
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]