Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
7 Нагружающие аппараты
7.1 Резисторы
Резисторы (реостаты) применяют в силовых цепях ЭПС для пу-
ска тяговых двигателей, нагрузки их при реостатном торможении,
шунтирования обмоток возбуждения двигателей для ослабления возбуждения, а также в качестве стабилизирующих и переходных, для
ограничения пускового тока вспомогательных машин, в качестве добавочных в цепи катушек реле и других аппаратов.
Реостаты собирают из элементов, которые объединяют в ящи-
ки или монтируют на панелях и каркасах, отдельных или общих с
другими аппаратами. Элементы одной и той же конструкции и размеров выполняют с различным сопротивлением. При этом в продолжительном режиме они имеют различный ток, но обычно одинаковую мощность.
Применяемые на отечественном подвижном составе в цепях вы-
сокого и низкого напряжения резисторы можно подразделить на две
группы:
– для больших нагрузок, используемые преимущественно в си-
ловых цепях и рассчитанные на ток от 30 до 250 А;
– для малых нагрузок, используемые в цепях вспомогательных ма-
шин, управления и других и рассчитанные на ток до 30 А.
В резисторах первой группы в качестве материала сопротивления
используют сплавы высокого омического сопротивления из зигзагообразной изогнутой ленты. Как правило, это фехраль – сплав железа, хрома и алюминия, имеющий удельное сопротивление около
1,26 Ом·мм2/м и температурный коэффициент 1,5·10-5 °С-1.
На отечественном ЭПС чаще всего применяют ленточные рези-
сторы типа КФ (рисунок 7.1).
Рисунок 7.1 – Элемент ленточного резистора типа КФ
151
Элементы резисторов КФ имеют унифицированную конструкцию
эл
P
I
r
∞
∞
=
Ir
и подразделяются на несколько типоразмеров, в таблице 7.1 приведены данные одного из них.
Таблица 7.1 – Технические параметры элемента 6ТЕ.662.014
резистора типа КФ
Мощность
при температуре
350 °С, Вт
2870 1,05 80 21,4 8,5 6,62
Сопротивление, ОмЧисло
витков
Длина
ленты, м
Шаг, мм Масса, кг
Ток продолжительного режима элемента данной мощности зави-
сит от его сопротивления [3]
– длительная мощность элемента, Bт;
где Р
∞
, (7.1)
rэл – сопротивление элемента, Ом.
Мощность Р∞ при заданном допустимом превышении температу-
ры τ
определяется теплоотдачей А (Вт/°С), которая зависит от ус-
доп
ловий вентиляции. Максимальные местные превышения температуры для резисторов первой группы допускаются до 800 °С. Однако при
расчете пусковых или тормозных реостатов принимают τ
≤ 250 …
доп
450 °С [1] по соображениям пожарной безопасности и сохранности
окраски различных конструкций, находящихся вблизи резисторов.
При изменении допустимого превышения температуры новое зна-
чение длительного тока можно найти из соотношения
'
τ
доп
'II
=
∞∞
, (7.2)
τ
доп
где τ
и τ´
доп
– допустимые превышения температуры при токах со-
доп
ответственно I∞ и I'∞.
Допустимая продолжительность перегрузок может быть прибли-
женно найдена из уравнения нагревания однородного тела, в котором
теплоотдачу, Вт/°С, определяют по току продолжительного режима
2
⋅
эл
∞
A
152
=
, (7.3)
τ
доп
а постоянную времени как
AA
c cG
⋅
T
= =
, (7.4)
где с – удельная теплоемкость материала элемента; для фехралевых
ленточных резисторов может быть принята 700 Вт·с/°С·кг;
G – масса активного материала в элементе, кг.
Для элементов КФ в связи с колебаниями массы фехраля в эле-
менте при практически одинаковой мощности продолжительного
режима значение Т изменяется от 5 до 10 мин.
В каждом типоразмере предусмотрено по восемь градаций токов
в пределах от 33 до 103 А, что дает возможность, соединяя элементы
последовательно и параллельно, получать нужные сопротивления
резистора. Блок пусковых резисторов электровоза с обдуваемыми
элементами КФ выполнен с несущим каркасом, не перекрывающим
доступ охлаждающему воздушному потоку (рисунок 7.2), параметры
блока приведены в таблице 7.2.
1
2
7
6
5
4
Рисунок 7.2 – Блок пусковых резисторов с элементами КФ:
1 – лента резистора; 2 – изолированные шпильки; 3 – каркас;
4 – слюдопластовые трубки; 5 – фарфоровые шайбы;
6 – соединительные шины; 7 – выводы
Таблица 7.2 – Параметры блока пусковых резисторов электровоза ВЛ10
Количество
элементов КФ
28 1,05 20 51
Сопротивление
одного элемента, Ом
Расход охлаждающего
воздуха, м3/мин
3
Длительный ток
элемента, А
153
Уменьшение массы и габаритов резисторов приобретает боль-
шое значение для ЭПС с реостатным и динамическим торможением,
где необходимо рассеять всю мощность торможения. В связи с этим
на современных электровозах получили распространение реостаты
с интенсивным воздушным охлаждением, которое позволяет при
данной массе активного материала в несколько раз повысить мощность и одновременно значительно уменьшить габариты реостата. Такие реостаты выполняют на длительную мощность 1000 … 2000 кВт
и более в одном блоке.
Резисторы второй группы, применяемые в качестве демпферных
и пусковых резисторов вспомогательных машин и для других целей,
выполняют большей частью из нихромовой или фехралевой проволоки. На отечественном ЭПС распространение получили резисторы
CP, состоящие из фарфоровой трубки с винтовой канавкой на поверхности, на которую намотана нихромовая или фехралевая проволока. Резисторы CP выполняют с различным сопротивлением: от 2 до
200 Ом. Длительная мощность около 200 Вт при превышении температуры 250 °С и 350 Вт – при 350 °С. Комплект резисторов монтируют на асбоцементной панели или на каркасе с опрессованными
изоляцией рейками. Иногда несколько резисторов собирают на общей продольной шпильке. В качестве примера в таблице 7.3 приведены технические параметры резистора типа СР-14.
Таблица 7.3 – Технические параметры резистора типа СР-14
Сопротивление
при 20 °С, Ом
2 10,0 13,2 29 6,4 1,27
Длительный ток, А, при
мощности, Вт
200 350
Число
витков
Шаг, мм Масса, кг
Для малых нагрузок на ЭПС применяют трубчатые эмалирован-
ные проволочные резисторы различных типов.
7.2 Индуктивные шунты
Их используют для ограничения чрезмерного вытеснения тока
в цепь, шунтирующую обмотку возбуждения при неустановившихся режимах. Появляющиеся при этом броски тока должны быть [1]
I
154
≤ (1,1 – 1,2)Iнд· кп, (7.5)
max
где Iнд – номинальный ток двигателя;
к
– коэффициент конструктивной перегрузки ТЭД, кп ≤ 2.
п
Это условие выполняется при индуктивности шунта
L
= к·nсв·Lв, (7.6)
ш
где к – коэффициент, выбираемый для электровозов, к = 0,6 – 0,7,
для электропоездов к = 0,6 – 0,8;
n
– число последовательно включенных шунтируемых обмоток
св
возбуждения ТЭД;
Lв – индуктивность обмотки возбуждения двигателя.
Если используют только одну ступень ослабления возбуждения
(только одно значение коэффициента регулирования возбуждения
β), то желательно, чтобы магнитные характеристики шунта Фш (I)
и двигателя Ф (I) были подобны. При нескольких значениях β необходима широкая зона токов, при которых постоянна индуктивность
Lш (рисунок 7.3), т. е. следует применять реакторы с большим воздуш-
ным зазором. Поэтому индуктивные шунты чаще всего выполняют
с разомкнутыми и с Н-образными магнитными системами. Чтобы не
ограничивать наименьшее значение коэффициента β
, необходимо
min
иметь следующее соотношение между активным сопротивлением индуктивного шунта rш и обмоток возбуждения двигателя r
rnr⋅ ⋅β
(, ,)
≤−
09 10
ш
в св min
−β
1
. (7.7)
min
в
Ток, на который рассчитывают индуктивный шунт, устанавли-
вают исходя из анализа режимов продолжительного использования
ослабления возбуждения в условиях эксплуатации. Если таких данных нет, то за расчетный принимают ток
I
≈ Iнд ·(1 – β
р
). (7.8)
min
Индуктивные шунты с разомкнутой магнитной системой, кресто-
образной или радиальной шихтовкой сердечника рассчитывают так
же, как сглаживающие реакторы подобного типа. Условие (7.8) обычно выполняют, принимая для обмотки плотности тока j
не выше
р
2 … 2,5 А/мм2.
В магнитной системе Н-образной формы необходимую площадь
поперечного сечения сердечника S
определяют так же, как для сгла-
c
живающих реакторов.
155
60,00
РД
LL
50,00
40,00
30,00
20,00
Индуктивность, мГн
10,00
0,00
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Ток, А
обмотка возбуждения двигателя; индуктивный шунт
Рисунок 7.3 – Зависимости индуктивностей обмоток
возбуждения ТЭД и ИШ
7.3 Реакторы
Реакторы представляют собой накопители электромагнитной энер-
гии. На ЭПС однофазно-постоянного тока применяют сглаживающие и переходные реакторы, на ЭПС постоянного тока – реакторы для
устранения радиопомех, иногда реакторы для ограничения токов КЗ.
Сглаживающие реакторы представляют собой инерционное зве-
но в системах пульсирующего тока, они ограничивают переменную
составляющую тока и снижают коэффициент его пульсации кпI. Для
получения необходимого значения кпI индуктивность реактора на
один тяговый двигатель должна составлять
к
′
– коэффициент пульсации напряжения (сравнительно ста-
где к
пU
≈
к
бильный при неуправляемых вентилях выпрямительной
установки);
156
⋅
пI п
пU d
I
⋅ω
−
U
⋅
0
, (7.9)
Ud0 – выпрямленное напряжение в режиме холостого хода;
Фd
Lw
dI
= ⋅
ωП – угловая частота основной гармоники тока, ωП ≈ 4·π·fс;
LД – индуктивность тягового двигателя (почти постоянная при
постоянном ослаблении возбуждения).
Если для каждой ступени регулирования напряжения кпI ≈ const,
зависимость Lр (I) имеет характер гиперболы. Как известно, динамическая индуктивность
. (7.10)
Из уравнения (7.9) следует, что индуктивность реактора зависит
от напряжения и при его ступенчатом регулировании на каждой ступени реактор должен был бы иметь различные характеристики, что
сложно обеспечить. Поэтому стремятся получать характеристики
вида Lp (I) ≈ const в возможно более широком диапазоне тока и без
чрезмерного повышения массо-габаритных показателей. Для электровозов наиболее целесообразна конструкция сглаживающего реактора с изменяемым воздушным зазором, для получения характеристики нужного вида (рисунок 7.4).
7
6
5
4
3
2
1
Индуктивность, мГн
0
0 500 1000 1500 2000
Ток, А
Рисунок 7.4 – Характеристика сглаживающего реактора
Переходные реакторы предназначены для предотвращения КЗ
секций обмотки трансформатора при ступенчатом регулировании
напряжения на его вторичной стороне, а также для распределения
157
тока между контакторами. Такие аппараты применяют на электро-
ср
zz
возах с неуправляемыми выпрямителями (ВЛ80Т, ВЛ80С). Процесс
переключения напряжения с одной ходовой позиции Un до следующей ходовой U
пояснен в [4].
n+4
На ходовых позициях 1, 5, … n, n + 4,…33 переходный реактор ПР
выполняет функции делителя напряжения: его активное сопротивление снижает влияние неравномерности переходных сопротивлений
RКl, RK2 контакторов (переключающих выводы секций обмотки тран-
сформатора), включенных параллельно: I1(RКl + 0,5rр) = I2(RК2 + 0,5rр),
где rр – активное сопротивление реактора.
Так как rр много больше RК, ток практически делится между кон-
такторами пополам. На промежуточных позициях n+1, n+2 и n+3
включается лишь одно из плеч переходного реактора, и секция обмотки трансформатора с напряжением ΔU замыкается на него (ПР
выполняет функции делителя тока), в образовавшемся контуре ток
замыкания будет равен
E
c
где Е
– ЭДС замкнутой секции;
с
I
=
з
, (7.11)
+
zc, zр – полные сопротивления соответственно секции обмотки
трансформатора и реактора.
На промежуточных позициях n + 2 замыкание секции на реактор
будет наблюдаться в обоих тяговых обмотках трансформатора (симметричное включение). Активная составляющая сопротивления zр
не должна быть велика, так как от нее зависят электрические потери. Поэтому желательно увеличивать реактивную составляющую xр,
особенно в начальный момент замыкания контура, когда реактор
перемагничивается. Для получения высокой начальной индуктивности, от которой зависит xр, необходим безынерционный реактор,
т. е. у него не должно быть стального сердечника. Именно такие реакторы применяют на отечественных электровозах.
158
8 Реле в цепях управления
8.1 Определение, классификация, регулирование уставки реле
Реле ТЭА – аппараты управления, обеспечивающие скачкообраз-
ное, дискретное изменение управляемого показателя при заданном
изменении управляющего процесса.
Классификация реле по выполняемым функциям:
– косвенной защиты (дифференциальное реле, реле боксования,
реле перегрузки, реле максимального напряжения, реле минимального напряжения);
– распорядительные (реле ускорения, реле рекуперации, реле
автоматического пуска, реле давления, противоразгрузочное реле);
– порядково-временного связывания элементов оборудования
ЭПС (промежуточные реле и реле времени).
По способу задачи контролируемого параметра X различают реле:
– максимального типа (срабатывает, если X ≥ X
– минимального типа (срабатывает, если X ≤ X
– дифференциального типа (срабатывает, если X ≥ ΔX = X2 – X1).
По природе контролируемого параметра:
– реле контроля электрических величин;
– реле контроля неэлектрических величин.
Реле любого типа обычно имеет следующие конструктивные эле-
менты:
– чувствительные – воспринимают информацию о состоянии
контролируемого параметра;
– исполнительные – изменяют состояние реле (включение или
выключение);
– регулирующие – предназначены для изменения уставки реле.
Реле электрических величин в качестве чувствительных элемен-
тов оснащаются токовыми катушками, которые могут включаться
в контролируемую цепь последовательно (токовое реле) или параллельно (потенциальное реле).
В реле неэлектрических величин применяют различные чувстви-
тельные элементы в зависимости от природы контролируемого параметра. Так, в реле давления это может быть диафрагма, манометрическая трубка, сильфон.
min
max
);
);
159
Большинство реле выполняют по электромагнитному принципу
и их исполнительный элемент – электромагнитный привод с контактами в цепях управления.
Уставку реле регулируют, обычно изменяя натяжение пружины
или воздушный зазор между якорем и сердечником электромагнита
(рисунок 8.1). Изменяя усилия включающей пружины FП1, выключающей пружины FП2, включающих контактов FП3, выключающих контактов FП4, будет изменяться характеристика суммы сил сопротивления FС (δ), при этом между положениями включения и выключения
должен оставаться свободный зазор ΔЗ = 2…3 мм. При изменении
величины воздушного зазора с δК1 до δ
произойдет снижение силы
К2
трогания якоря (т. е. величины контролируемого параметра, при которой якорь начинает движение).
F F
F
M
+F
вкл
F
C
выкл
δ
0
C
F
П1
δ
К
F
M2
δ
(δ)
F
(δ)
M1
–F
вкл
F
П3
0
C
∆з
F
П2
выкл
F
П4
δ
0
δ
δ
δ
К1
δ
К2
Рисунок 8.1 – Тяговые диаграммы реле и способы регулирования уставки
Некоторые реле имеют дополнительные конструктивные элемен-
ты: индикаторы срабатывания, показывающие, срабатывало ли дан-
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]