Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
Эти зависимости имеют ориентировочный характер, так как они
учитывают только одну (хотя и характерную) составляющую токов КЗ.
Основные технические данные блока дифференциальных реле
БРД-356, применяемого на грузовых электровозах ВЛ80С, приведены в таблице 8.5 [4].
Таблица 8.5 – Основные технические данные аппарата БРД-356
Наименование параметра Значение
Номинальное напряжение силовой цепи, В 25000
Напряжение контактов в цепи переменного тока, В 380
Номинальный отключаемый ток контактов (при cosφ ≥ 0,4), А 5
Напряжение контактов в цепи постоянного тока, В 50
Номинальный отключаемый ток контактов в цепи постоянного тока
(при постоянной времени Т = 0,05 с), А
Собственное время срабатывания реле при скорости нарастания тока
6
А/с, с, не более
1,3·10
Ток уставки ΔI, А
0,01
500
5
+−50
30
8.4 Способы замедления работы реле
Для замедления электромеханических реле используют:
– воздушное демпфирование якоря (реле перегрузки вспомога-
тельных машин);
– электромагнитное демпфирование (установка на магнитопро-
воде реле кольца из меди, латуни или алюминия);
– закорачивание катушки реле с включением в его цепь:
резистора R, в этом случае реле замедляется как при включении,
так и при выключении (рисунок 8.7, а);
RC-контура – выдержка только при отключении реле (рисунок 8.7, б);
– закорачивание катушки диодом VD – выдержка при отключе-
нии (рисунок 8.7, в).
Реле, в которых выдержка по времени осуществляется электро-
магнитным демпфированием, называются реле времени.
При срабатывании реле магнитный поток Ф
вой 2 (рисунок 8.8). Якорь отпадает в момент t1, который и определяет выдержку времени. Выдержку времени можно увеличить, если:
– ослабить отключающую пружину, тогда магнитный поток отпадания якоря уменьшится с величины Ф
ОТП1
к увеличению времени срабатывания с t1 до t2;
спадает по кри-
Н2
до Ф
ОТП2
, это приведет
171
а б
R L
R L
K
C
K
в
L
VD
Рисунок 8.7 – Схемы замедления работы реле
– уменьшить начальный воздушный зазор, тогда магнитный поток увеличится с ФН2 до ФН1 и в процессе отключения реле будет изменяться по кривой 1, это приведет к увеличению времени срабатывания с t1 до t3, а при ослаблении отключающей пружины – с t2 до t4.
Момент времени t4 соответствует максимальной выдержке реле времени 2 – 3 с.
Ф
Н1
Ф
Н2
172
1
2
Ф
ОТП1
Ф
ОТП2
t
t
0
1
t
2
3
Рисунок 8.8 – Настройка уставки реле времени
t
t
4
8.5 Реле неэлектрических величин
К группе неэлектрических реле относят:
– тепловые реле;
– температурные реле (терморегуляторы);
– реле давления (регуляторы давления);
– воздухоструйные реле;
– центробежные реле;
– виброрегуляторы напряжения.
Тепловые реле применяют для защиты от перегрузок вспомогательных машин, особенно асинхронных короткозамкнутых двигателей. Принцип действия тепловых реле основан на деформации биметаллической пластинки при нагревании ее током защищаемой цепи.
Реле срабатывает при нагрузке цепи, превышающей его уставку, причем тем быстрее, чем больше перегрузка.
Температурные реле используют для автоматического регулирования температуры воздуха в пассажирских помещениях вагонов электропоездов. По принципу работы бывают:
– жидкостные, реагирующие на расширение жидкости в замкнутом объеме, воздействующие на контакты с помощью сильфона;
– с биметаллическими элементами;
– ртутные, в которых контакты замыкаются ртутным столбиком.
Реле давления предназначены для автоматического включения
контакторов мотор-компрессоров при падении давления сжатого воздуха в главных резервуарах до минимального уровня (7,5 атм) и выключения их при повышении давления до максимального (9,0 атм).
Положения конструктивных элементов реле во включенном и выключенном состояниях показаны на рисунке 8.9.
Сила давления сжатого воздуха давит на диафрагму (на рисунке не показана), которая через подвижную ось 5 перемещает рычаг
7 с контактодержателем подвижного контакта 8 из положения (б)
в выключенное положение реле (в), в котором контакт 8 упирается
в винт 11. Через шток 1 перемещению диафрагмы препятствует включающая пружина 4, натяжение которой регулируется винтом 3. Когда
усилие, создаваемой пружиной 4, начнет превышать усилие на диафрагме (из-за падения давления в воздушной магистрали локомотива), реле перейдет во включенное состояние (а). Сила контактного
нажатия создается пружиной 9.
Воздухоструйные реле предназначены для контроля вентиляции
полупроводниковых преобразователей, пуско-тормозных реостатов
173
и калориферов отопления. Принцип действия основан на воздействии струи воздуха на лопасть реле (чувствительный элемент), перемещение которой передается контактной системе.
а б в
11
α
9
8
7
6
11
7
С
11
7
8
9
5
1
4
3
3
Рисунок 8.9 – Кинематические схемы реле давления во включенном
состоянии (а), в положении начала отключения (б), в выключенном
состоянии (в)
Центробежные реле применяют для защиты от повреждения некоторых вспомогательных машин при чрезмерно высокой их частоте
вращения (например, приводных двигателей с преобладающим параллельным и независимым возбуждением в случае нарушения цепей возбуждения). Центробежные реле используют также в системах
управления пуском некоторых вспомогательных машин, например
фазорасщепителей ЭПС однофазно-постоянного тока.
174
9 Токоприемники
9.1 Общие сведения
По конструктивному исполнению токоприемники бывают:
– пантографные;
– дуговые;
– штанговые;
– боковые.
Конструктивная схема многошарнирных рычажных токоприемников (пантографов) позволяет в опущенном или поднятом (рабочем) положениях компактно располагаться на крыше подвижного
состава. Пантографы–это основной тип токоприемников, применяемых на магистральном электроподвижном составе и рельсовом
городском транспорте. Дуговые токоприемники ранее широко применялись на трамваях и некоторых видах промышленного ЭПС, скорость которых ограничивалась 60 км/ч, а токи – 250 А. Штанговые
токоприемники массово используются в троллейбусах, так как допускают отклонения экипажа до 4 м от оси контактной сети. Боковые
токоприемники применяют в тяговых сетях, в которых контактный
провод располагается сбоку от подвижного состава, либо используется контактный рельс, чаще всего это карьерные и рудничные железные дороги, а также метрополитен.
Требования, предъявляемые к токоприемникам:
– не должно происходить перегрева конструктивных элементов
токоприёмника и контактного провода;
– не должно происходить даже кратковременного отрыва полоза
токоприёмника от контактного провода;
– износ контактного провода и контактных поверхностей полоза должен быть наименьшим и равномерным.
Чтобы токоприемники обеспечивали устойчивый контакт с проводом, сила Fк нажатия полоза на провод должна быть достаточно
большой, однако ее нельзя увеличивать выше определенного предела, так как большая сила F
да, его повышенному износу, износу контактных деталей токоприемника. При прочих равных условиях износ зависит от силы трения
Fтр в месте контакта. При медном проводе и контактных деталях
приводит к отжатию контактного прово-
к
175
токоприемника коэффициент трения может превышать 0,16 – 0,20,
а при угольно-графитных вставках полоза составляет 0,10 – 0,15 [1].
Сила трения Fтр вызывает момент, опрокидывающий токоприемник. Увеличение силы Fк, а следовательно, и Fтр приводит к необходимости повышать прочность и особенно жесткость всей шарнирной
конструкции токоприемника. Активное (при подъеме) статическое
нажатие на контактный провод установлено для токоприемников серии Т, устанавливаемых на электровозы серий ВЛ10, ВЛ11 не менее
100 Н и серии Л (электровозы ВЛ80 всех индексов, электропоезда)
не менее 60 Н. Эти силы вызывают подъем токоприемника. Пассивное нажатие (при опускании токоприемника) должно быть соответственно не более 130 и 90 Н. Поперечная жесткость токоприемников обоих типов не менее 17 Н/мм.
Установленные контактные нажатия очень малы для токов, снимаемых токоприемниками. При обычно практикуемой одиночной
работе токоприемника наибольший ток, А,
I
где к
– коэффициент эксплуатационной перегрузки локомотива;
пэ
max
= к
, (9.1)
пэ nп Iнд
nп – наибольшее число параллельных цепей двигателей;
Iнд – номинальный ток ТЭД, А.
Для электровозов постоянного тока I
≈ 2000…3000 А. Между
max
проводом и токоприемником при небольших скоростях и металлических накладках полоза площадь контакта Sк составляет не более
1,0 … 1,4 см2 на один полоз. Наибольшая и номинальная плотность
тока соответственно:
j
j
где N
– число полозов токоприемника. Обычно Nп = 1 у токопри-
п
к max
к ном
= I
/(Sк ·Nп), (9.2)
max
= I
/(кпэ·Sк·Nп), (9.3)
max
емников электровозов переменного тока и электропоездов;
Nп = 2 – электровозов постоянного тока.
Для токоприемников серии Т j
≈ 630…1215 А/см2, j
к max
к ном
≈
≈ 420…715 А/см2. Полученные плотности тока избыточны для любых
стационарных контактных соединений без интенсивного принудительного охлаждения. Плотности тока заметно ниже при двух контактных проводах. В идеальном случае общая площадь соприкосновения может быть увеличена вдвое и вдвое снизятся плотности тока:
176
j
≈ 315…620 А/см2, j
к max
≈ 210…360 А/см2. Но даже эти плотности
к ном
тока очень велики и значительно превышают расчетные для обычных
контактных соединений. К тому же токи между несколькими контактными поверхностями распределяются неравномерно, т. е. местные плотности тока еще выше.
Давление на контактный провод, Н/см2, составит
p
При токоприемнике серии Т и одном контактном проводе p
= Fк /(Sк ·Nп). (9.4)
к
≈
к
≈ 36…50 Н/см2 и при двух контактных проводах pк ≈ 18…25 Н/см2.
При двух контактных проводах и токоприемнике серии Т мощность удельных потерь в режиме номинальной нагрузки ΔPн =
0,18…1,6 Вт/см2 и наибольшей нагрузки ΔP
= 0,4…3,2 Вт/см2. Та-
max
кие удельные потери недопустимы для стационарных контактов.
Они существенно превышают удельные потери в различных электротехнических устройствах в случае их принудительного воздушного охлаждения. Перемещение полоза по проводу улучшает условия теплорассеяния, и оплавления контактного провода обычно не
происходит. Однако температура в месте контакта может превышать
250…270 °С, т. е. температуру отжига твердотянутой меди провода.
При этом повышается пластичность меди и снижается ее прочность.
На рабочей поверхности провода возникает «наволакивание» меди,
что делает поверхность негладкой. Это особенно заметно при переходе с медных накладок на угольные.
Повышенные плотности тока в контакте токоприемника и создаваемые ими избыточные мощности потерь заставляют ограничивать
токи, допустимые при стоянке локомотива. В этом случае ток, А,
I
где I
– ток первой маневровой позиции локомотива.
1м
≈ 1,2(к
ст
всп nп Iнд
+ I1м), (9.5)
Коэффициент относительной мощности вспомогательных
устройств
к
где ΣР
– номинальная суммарная мощность нагрузки вспомогатель-
всп
всп
= ΣР
, (9.6)
всп/Рн
ных цепей ЭПС. Обычно для электровозов постоянного
тока к
≈ 0,03 – 0,05, переменного тока к
всп
≈ 0,06 – 0,10.
всп
Обычно nп · Iнд /Iст ≈ 8 – 10. Предусмотренная разница между значениями Iст для зимних и летних условий вызвана тем, что зимой
177
появляется дополнительная нагрузка от отопления, а лучшее охлаждение контакта токоприемника позволяет несколько увеличить ток.
Высокие нагрузки современных токоприемников при стремлении снижать их массу приводят к возникновению заметной мощности потерь, а следовательно, и к превышениям температуры их деталей, достигающих для контактных пластин и вставок 180 °С.
По условиям эксплуатации токоприемники должны обладать
высокой собственной скоростью, т. е. малыми временами подъема
и опускания. Эта скорость зависит от скорости движения. Для токоприемников обычных типов установлено при номинальном давлении сжатого воздуха привода время подъема не более 7…10 с и время опускания не более 3,5…6,0 с.
9.2 Характеристики токоприемников
Основные механические свойства токоприемников, определяющие их взаимодействие с контактной сетью, описываются различными характеристиками.
Статическая характеристика – зависимость Fк(H) в пределах из-
менения рабочей высоты подъема, где H – высота перемещения контактной части токоприемника над его основанием при пренебрежимо
малых скоростях перемещения полоза (чтобы не учитывать влияние
инерционных сил). На силу нажатия Fк влияют силы трения в шарнирах, направляющих и других подвижных частях. Они не меняют
своего направления при изменении высоты подъема токоприемника, и поэтому статическая характеристика подъема (активная) отличается от характеристики опускания (пассивной).
В качестве примера рассмотрим статические характеристики токоприемника серии Л (рисунок 9.1). Здесь при одной и той же высоте
F
где F
(Н), Fкп(Н) – силы нажатия соответственно при опускании
ко
(Н) – Fкп(Н) = 2ΔF ≈ 2Fтр, (9.7)
ко
и подъеме токоприемника на высоту Н; ΔF – потеря силы нажатия; Fтр – приведенные силы трения.
Силы ΔF ≈ Fтр в значительной мере определяют инерционность
и стабильность характеристик токоприемника. Лучшими свойствами обладают токоприемники, у которых F
(Н) = const и ΔF стремится
к
к нулю. Наибольшие отклонения нажатия ΔFк от Fк = const не должны
превышать при одностороннем перемещении для токоприемников
серий Т и Л соответственно 15 и 10 Н, значения 2ΔF – соответствен-
178
но 25 и 20 Н. Опускающая сила в диапазоне рабочих высот для токоприемников серии Т должна быть не менее 200 Н, серии Л –120 Н.
2000
1800
Max
1600
1400
1200
1000
800
Высота, мм
600
1
2
2∆F
400
200
0
50 70 90 110
Сила нажатия, Н
Min
Рисунок 9.1 – Статические характеристики токоприемника серии Л:
1 – при подъеме (активная); 2 – при опускании (пассивная)
Колебательные процессы, обусловленные упругостью контактной сети, могут усугубляться собственными колебаниями токоприемников, нарушь их контакт с проводом. Токоприемники не должны отрываться от провода при колебаниях с амплитудой (40 ± 2) мм
частотой 0,8 Гц, наиболее характерной для условий эксплуатации.
Внутренние силы трения несколько ограничивают колебания, поглощая их энергию, однако этого недостаточно, поэтому иногда
в токоприемниках применяют специальные поглотители энергии колебаний – амортизаторы.
179
Статические характеристики снимают на ТО-3, на всех видах текущего ремонта, а также в зимний период на ТО-2 и в летний период
при замене полозов, по записи машиниста или при медленном подъеме и опускании подвижных рам.
Снятие статической характеристики рассмотрим на примере измерения статического нажатия ассиметричного токоприемника (рисунок 9.2) [17]. Динамометр 1 закрепляется на верхней раме в перевернутом положении (для учёта его собственного веса). Полоз
приводится в движение при помощи троса, рукоятки 3 и блока 4.
Показания динамометра 1 снимаются в диапазоне рабочей высоты
от 400 до 1900 мм через каждые 100 мм при плавном движении полоза в одном направлении (вверх или вниз), время движения полоза
должно быть (18 ± 1) с при равномерном движении полоза во всём
диапазоне рабочей высоты.
Имитатор
контактного провода
1
2
от пневматического
модуля
4
Рисунок 9.2 – Определение характеристики статического нажатия
1 – динамометр; 2 – пневмопривод; 3 – рукоятка; 4 – блок
3
Динамические характеристики токоприемников определяют степень возможных воздействий динамических сил Fд на силу Fк. Результирующее нажатие Fкд с учетом динамики
180
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]