Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
Исходя из этого все резьбовые соединения в тяговых аппаратах
должны быть надежно предохранены от саморазвинчивания, контактные соединения не должны допускать в эксплуатации снижения контактного нажатия. Тяговые аппараты испытывают на обнаружение резонансных частот, вибростойкость, продолжительную
вибропрочность, на воздействие одиночных ударных нагрузок до 3g.
Повышенная загрязненность. Большинство ТЭА практически не-
возможно полностью защитить от внешних загрязнителей. Герметизация ВВК или других аналогичных камер недопустима. Воздух
в таких камерах, имеющих малый объем, интенсивно ионизируется
в результате нагревания и коммутационного дугообразования. Это
способствует перебросам электрической дуги на корпус или токоведущие части соседних аппаратов. Поэтому ВВК требуется естественный или принудительный воздухообмен с окружающей средой,
в результате которого ТЭА существенно загрязняются. Из-за повышенной загрязненности для тяговых аппаратов принимают расчетные расстояния перекрытия в 2,5…3 раза большие, чем для аппаратов общетехнического назначения.
Большое воздействие на состояние изоляционных поверхностей
ТЭА оказывает конденсация влаги и образование изморози при резких колебаниях температуры. Неблагоприятные последствия воздействия этих факторов особенно усиливаются в переходные времена
года. Поэтому в ТЭА применяют изоляцию с пониженной гигроскопичностью, на все детали, подверженные коррозии, наносят антикоррозионные покрытия, а в состав типовых испытаний включают
испытания на влагостойкость.
Широкий диапазон температур рабочей среды. Россия обладает об-
ширной железнодорожной сетью, которая располагается в различных
климатических зонах, а значит, работает в широком температурном
диапазоне. Для всех аппаратов ЭПС магистральных железных дорог
в соответствии с ГОСТ 9219–88 принимают наибольшую температуру
окружающего воздуха Т
матическое исполнение УХЛ3) и Тв
= 60 °С, наименьшую Тв
в mах
= – 60 °С (УХЛ1, УХЛ2).
min
= –50 °С (кли-
min
Нестабильность напряжения. Нестабильность входных напряже-
ний оказывает сильное влияние на работу электроаппаратов. Обычно отклонения входного напряжения от его номинального значения
U
строго нормируют.
ном
Нормы колебаний напряжений на токоприемниках магистральных
электровозов постоянного тока допускают отклонения напряжения
в пределах от 4000 В до 1900 В, переменного тока 29000 В до 18750 В.
11
При работе по системе многих единиц колебания напряжения в цепях управления на зажимах аппаратов могут составлять от 110 %
до 50 %. Эти отклонения существенно превышают установленные
для промышленных установок. Ужесточение соответствующих нормативов на отклонения или технически затруднено, или экономически не оправдано. При проектировании ТЭА нестабильность питающего напряжения учитывается, например, применяют усиленную
изоляцию, расчеты электрических приводов производят на напряжение ниже номинального. Особенно чувствительны к нестабильности
питания бесконтактные электроаппараты, в первую очередь, магнитные усилители, поэтому их стараются применять преимущественно
в цепях реостатного торможения ЭПС переменного тока и тепловозов.
Нестабильность давления в пневматических сетях. В коммутаци-
онных аппаратах широко используют электропневматические приводы, в которых основная сила создается сжатым воздухом. По ГОСТ
9219–88 номинальное давление сжатого воздуха для тяговых аппаратов установлено Р
= 0,5 МПа. Не представляется возможным
ном
точно выдерживать это давление, поэтому нормированы его отклонения: от Р
= 0,35 МПа до Р
min
= 0,675 МПа. Кроме того, аппарат
mах
в продолжении 1 мин без повреждений должен выдержать испытательное давление Р
= 1,5; Р
исп
= 0,75 МПа.
ном
Значительные нестабильности давлений требуют больших кон-
структивных запасов. В электропневматических приводах эти запасы особенно велики вследствие большого удельного веса и значительной нестабильности внутренних сил трения. Последние носят
случайный характер, так как зависят от не всегда стабильного качества смазки, случайных температурных условий, качества и состояния уплотнительных манжет, большого числа других факторов, также имеющих случайный характер.
12
2 Основы теории электрического контакта
2.1 Назначение и классификация электрических контактов
Любая электротехническая установка состоит из элементов, так
или иначе связанных между собой. Соединение проводящих звеньев
электрической цепи, обеспечивающее протекание электрического
тока при наличии источника ЭДС, осуществляется с помощью электрических контактов.
ГОСТ 2774–44 определяет электрический контакт, как «место пе-
рехода тока из одной токоведущей части в другую».
В электроаппаратах контактами называют токоведущие части, при
соприкосновении которых замыкается электрическая цепь.
По ГОСТ 9219–88 контакты аппаратов можно разделить на две
группы:
– коммутирующие контакты, предназначенные для включения,
отключения и переключения электрических цепей;
– соединительные контакты, которые служат только для соеди-
нения различных звеньев электрической цепи (т. е. для обеспечения
протекания тока от одного звена к другому).
Коммутирующие контакты могут находиться в замкнутом (соот-
ветствующая цепь включена) или разомкнутом (соответствующая
цепь отключена) состоянии.
По своему назначению коммутирующие контакты в сильноточ-
ных аппаратах можно разделить на главные и дугогасительные. Обычно главные контакты шунтируются дугогасительными, в процессе размыкания цепи главные контакты выходят из соприкосновения
ранее, чем дугогасительные, поэтому образование дуги происходит
только на дугогасительных контактах (по такому принципу работают контакты линейных контакторов электровозов переменного тока
серий ВЛ80Т, ВЛ80С). Таким образом, главные контакты защищены
от воздействия дуги и служат для надежного пропускания рабочих токов и токов короткого замыкания в замкнутом состоянии.
На ЭПС функции коммутирующих контактов почти всегда сов-
мещаются: они выполняют функции и токоведущих и дугогасительных контактов.
13
Некоторые типы коммутирующих контактов представлены на
Подвижные
Контакты
рисунке 2.1.
а б
Рисунок 2.1 – Некоторые типы коммутирующих контактов:
а – линейные контакты контактора;
б – релейные контакты на плоских пружинах
Основным требованием, предъявляемым к соединительным кон-
тактам, является надежность в длительной эксплуатации. Соединительные контакты должны длительно, в пределах срока службы всего
аппарата без повреждений допускать протекание токов нормального режима и кратковременных токов аварийных режимов работы.
Контактирующие проводники (контакт-детали) в соединитель-
ных контактах могут быть либо неподвижны друг относительно друга
(хотя контакт в целом может и перемещаться с определенной скоростью), либо перемещаться относительно друг друга без размыкания
цепи, как, например, это имеет место в роликовом или в щеточном
контакте.
Контакты ТЭА классифицируют по:
– характеру работы (рисунок 2.2);
– виду поверхности соприкосновения (рисунок 2.3);
– по способу нажатия (рисунок 2.4).
Неподвижные Скользящие
(разрывные)
Рисунок 2.2 – Классификация контактов по характеру работы
14
Плоские
(поверхностные)
Линейные
Точечные
Контакты
Щеточные
Штыревые
Упругие
Жесткие
Рисунок 2.3 – Классификация контактов
по виду поверхности соприкосновения
Контакты
без предваритель-
ного нажатия
Рисунок 2.4 – Классификация контактов по способу нажатия
с предваритель-
ным нажатием
Неподвижные контакты предназначены для постоянного элек-
трического соединения (т. е. работают как соединительные), бывают разборными и неразборными и всегда замкнуты.
Скользящие контакты нашли широкое применение в токосъем-
ных устройствах, но могут использоваться и в коммутационных аппаратах.
Подвижные контакты работают как коммутирующие и широко
применяются во многих группах электроаппаратов.
Плоскими называются контакты, при пересечении которых друг
с другом образуется контактная поверхность, чаще всего прямоугольная. Так, контактная поверхность в виде прямоугольника образуется
при соприкосновении контактов быстродействующего выключателя
(рисунок 2.5 [2]). Несмотря на то, что фактическая площадь (суммарная площадь контактных пятен) соприкосновения плоских контактов всегда меньше геометрической площади поверхности, которую
они образуют, плоскостные контактные соединения всегда характеризуются небольшим контактным сопротивлением даже при малых
контактных нажатиях. Поэтому плоские контакты часто применяют
в сильноточных аппаратах с малым контактным нажатием, например, ручных разъединителях. С другой стороны, поверхностные контакты могут допускать без повреждения очень большие контактные
15
нажатия, благодаря чему контактное сопротивление снижается до
минимума, что делает их востребованными в некоторых мощных
автоматических выключателях. По выполняемым функциям поверхностные контакты могут быть как коммутирующими, так и соединительными. Плоские коммутирующие контакты применяют в сильноточных цепях свыше 1000 А, плоские соединительные – в цепях
различного уровня напряжений. Главный недостаток плоских контактов – отсутствие притирания в процессе работы, поэтому их стараются не использовать в аппаратах, разрывающих цепи под нагрузкой, а также в аппаратах с большой частотой срабатывания.
Линейными называются контакты, при замыкании которых друг
с другом или с плоскостью образуется узкая сильно вытянутая прямоугольная поверхность, в которой основная доля контактных пятен располагается вдоль линии длиной в ширину контакта. В таких
контактах создаются высокие удельные нажатия и поэтому легко
обеспечить смятие окисленных контактных выступов и получить относительно низкое контактное сопротивление при сравнительно небольших нажатиях. Другое важное достоинство – наличие притирания. Линейные контакты могут быть только коммутирующими, их
основная область применения – тяговые электроаппараты, работающие в цепях от 10 до 1000 А.
Рисунок 2.5 – Плоские контакты
быстродействующего выключателя
Примеры различных видов линейных контактов приведены на
рисунке 2.6 [2, 3].
Точечные контакты. При соприкосновении двух сферических
контактов или сферического контакта с плоской поверхностью обра-
16
зуется точечное контактное соединение, площадь которого вследствие смятия металла контактов ограничивается окружностью. Точечные контакты обеспечивают высокие удельные силы давления
в контактной зоне и малое контактное сопротивление даже при небольших контактных нажатиях. Поэтому точечные контакты широко
используют в аппаратах, где сила нажатия мала (реле, блокировочные
контакты), а рабочие токи не превышают 10 А. Лимитирование по
токовой нагрузке вызвано небольшой площадью контактной зоны,
образуемой точечными контактами. Как и линейные, точечные контакты работают с притиранием и могут быть только коммутирующими. Точечный контакт аппарата цепей управления приведен на рисунке 2.7 [2].
а б в г
а
Рисунок 2.6 – Различные виды линейных контактов:
а – линейные контакты контактора на 750 А;
б – линейные контакты с металлокерамической накладкой а
толщиной 1…2 мм контактора свыше 750 А;
в – скользящие линейные контакты для реверсора до 200 А;
г – скользящие линейные упругие контакты для цепей управления до 10 А
Щеточные контакты по характеру работы являются скользящи-
ми и представляют собой разновидность линейных контактов. Применяются при больших токах и малых контактных нажатиях. Пример щеточного контакта приведен на рисунке 2.8 [2].
2
1
Рисунок 2.7 – Точечный контакт цепей управления:
1 – контакт (материал – серебро);
2 – контактодержатель (материал – бронза)
17
Рисунок 2.8 – Щеточный контакт
Штыревые контакты являются разновидностью поверхностных,
но в отличие от них обеспечивают объемное контактное соприкосновение, а по характеру работы могут быть исключительно жесткими.
Штыревые контакты не требуют значительных контактных нажатий
и применяются в цепях любой токовой нагрузки для различных видов штепсельных соединений. Пример штепсельного контактного
соединения приведен на рисунке 2.9 [2].
Рисунок 2.9 – Штепсельные поверхностные контакты
Тяговые характеристики контактов (зависимость силы давления F
от перемещения δ) в зависимости от реализованного способа их нажатия приведены на рисунке 2.10.
Жесткие контакты применяются в быстродействующих ТЭА (реле
ускорения, виброрегуляторы).
Упругие контакты без предварительного нажатия в ТЭА не при-
меняются в связи с несовместимостью с условиями их работы.
Упругие контакты с предварительным нажатием нашли широкое
применение в разрывных ТЭА.
Предварительное нажатие контактов позволяет:
– исключить отскок контактов при включении;
– противодействовать вибрации контактов;
– компенсировать электродинамическую силу отталкивания;
18
– частично стабилизировать нажатие контактов при их износе;
– реализовать притирание контактов.
Нажатие
50
0
0 50 100
жесткие;
упругие без предварительного нажатия;
упругие с предварительным нажатием
Рисунок 2.10 – Тяговые характеристики контактов
при различных способах нажатия
Перемещение
2.2 Требования, предъявляемые к контактам.
Материалы контакт-деталей, их характеристики
К контактам современных электрических аппаратов предъявля-
ются следующие требования:
1) высокие электрическая проводимость и теплопроводность;
2) высокая дугостойкость;
3) стойкость к механическому износу при частых включениях
и отключениях;
4) стойкость против образования пленок с высоким электриче-
ским сопротивлением;
5) малая эрозия;
6) высокая коррозионная стойкость;
7) простота обработки, низкая стоимость.
Перечисленные требования противоречивы и почти невозможно най-
ти материал, который бы целиком им удовлетворял. В тяговом электроаппаратостроении широко применяют следующие материалы:
19
– медь;
– серебро;
– алюминий;
– вольфрам;
– металлокерамика;
– сталь;
– электротехнический уголь и графит.
Медь. Положительные свойства: высокие удельная электрическая
проводимость и теплопроводность, достаточная твердость, что позволяет применять при частых включениях и отключениях, простота технологии, низкая стоимость. Недостатки: достаточно низкая температура плавления, при работе на воздухе покрывается слоем прочных
оксидов, имеющих высокое сопротивление, требует довольно больших сил нажатия, низкая дугостойкость. Для защиты меди от окисления на рабочие поверхности контактов (в первую очередь соединительных) наносят антикоррозионные покрытия. В контактах на
большие токи иногда ставятся серебряные или металлокерамические
накладки (см. рисунок 2.6, б). Медь — самый распространенный контактный материал, используется как для соединительных, так и для
коммутирующих контактов. Твердотянутая медь как материал применяется для контактов аппаратов высокого напряжения, контакторов, автоматических выключателей и др. Сплавы меди с другими металлами (бронзы) могут применяться для изготовления токоведущих
частей аппаратов (см. рисунок 2.7). Вследствие низкой дугостойкости медь в чистом виде нежелательно применять в аппаратах, отключающих мощную дугу и имеющих большую частоту срабатываний.
Серебро. Положительные свойства: из всех материалов, приме-
няемых в ТЭА, серебро всех лучше проводит ток (коэффициент контактного сопротивления в 2,5 раза ниже, чем у меди [1]). Высокая теплопроводность. Пленка оксида серебра имеет малую механическую
прочность и быстро разрушается при нагреве контактной точки, поэтому оксиды серебра имеют почти такую же проводимость, как и чистое серебро. Контакт серебра устойчив за счет малого напряжения
на смятие, благодаря этому для работы достаточны малые нажатия
(до 0,05 Н). Недостатки: малая дугостойкость и износостойкость при
значительных токах. В чистом виде серебро применяется в слаботочных контактах (до 20 А) при малых нажатиях, например, в контактах
цепей управления (см. рисунок 2.7). В сильноточных аппаратах серебро используется для главных коммутирующих контактов, но не
в чистом виде, а в составе металлокерамики или в виде накладок, ког-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]