Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тяговые аппараты и электрическое оборудование. Курс лекций
.pdf
7
6
5
4
3
2
Падение напряжения, В
1
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Ток, А
разрывные; неподвижные
Рисунок 2.15 – Зависимость ΔUК от характера работы контактов
2.6 Кинематика подвижных контактных систем
Проектирование подвижных коммутирующих контактов начина-
ется с разработки их кинематической схемы, к которой предъявляются следующие требования:
– обеспечение начального раствора контактов, т. е. минимально-
го расстояния между подвижным и неподвижным контактами в разомкнутом положении;
– обеспечение необходимой величины провала контактов, т. е.
расстояния между точкой начального соприкосновения контактов
и точкой предельного положения подвижного контакта при устранении неподвижного.
Раствор контактов выбирают из следующих условий:
– номинального напряжения UН между контактами в разомкну-
том положении;
– степени возможного загрязнения межконтактного простран-
ства;
– степени ионизации межконтактного пространства в процес-
се работы.
Раствор контактов h рассчитывают по эмпирической формуле
31
h = K1UН + K2, (2.8)
, K2 – эмпирические коэффициенты.
где K
1
При низкой интенсивности загрязнения и ионизации межкон-
тактного пространства K1 = 2,2…2,9, K2 = 8…11, при высокой –
K1 = 4,3…7,0, K2 = 12…16.
Провал обеспечивает:
– процесс притирания контактов;
– надежную работу контактов при их износе.
Притирание контактов – это процесс перекатывания поверхно-
сти подвижного контакта по поверхности неподвижного, сопровождающийся скольжением, при котором удаляются пленки, ухудшающие электрическую проводимость контактной зоны.
Другая положительная роль притирания состоит в том, что при
разрыве контактов под током электрическая дуга, появляющаяся
между ними, горит не в одной точке, а перемещается по зоне притирания. При этом:
– поверхности контактов меньше повреждаются в процессе го-
рения дуги;
– дуга быстрее охлаждается.
Количественно зону притирания контактов оценивают через пе-
рекат, величина которого зависит от интенсивности появления окислов на контактных поверхностях и дугообразования. Для линейных
контактов ТЭА перекат варьируется от 10 до 25 мм.
На рисунке 2.16 показаны различные положения подвижного 1
и неподвижного 2 линейных контактов в процессе включения.
В положении, показанном на рисунке 2.16, а, контакты раздвинуты
на величину раствора. Рисунок 2.16, б соответствует моменту их соприкосновения, а рисунок 2.16, в – окончанию процесса включения
в точке А. При замыкании вследствие углового перемещения α подвижной контакт катится по неподвижному и одновременно скользит
по нему влево, в результате чего расстояние по неподвижному контакту меньше, чем по подвижному, т. е. АБ1 < АБ (рисунок 2.16, в).
Для обеспечения описанного процесса включения в тяговых ап-
паратах применяют кинематическую систему с притирающей пружиной. Рассмотрим процесс притирания контактов при включении
индивидуального контактора (рисунок 2.17) [3]. Рычаг подвижного контакта 1 вращается вокруг оси 01. Ось вращения держателя 3
подвижного контакта находится на конце рычага 1. Притирающая
пружина 2, работающая на сжатие и имеющая некоторое началь-
32
ное натяжение, вставлена между выступами держателя 3 и рычага 1.
В разомкнутом положении контактов под действием этой пружины
держатель поворачивается против часовой стрелки до упора в выступ У1 рычага 1.
а б в
2
1
α
5
3
4
Б
А
α
Б
1
Б
А
Рисунок 2.16 – Притирание линейных контактов в процессе работы:
1 – подвижный контакт; 2 – неподвижный контакт;
3 – контактодержатель; 4 – притирающая пружина; 5 – упор
a б
Q
2 У2
У1
02
б
3
a
01
1
Q
У1
01
1
Q
K
02
3
2
У2
П
a
б
Рисунок 2.17 – Процесс включения индивидуального контактора
При включении под действием привода рычаг совместно с дер-
жателем и подвижным контактом поворачивается относительно оси
01 против часовой стрелки. На первой стадии включения происходит сближение контактов до момента соприкосновения их в точке а
(см. рисунок 2.17, а). Дальнейшее движение рычага сопровождается
перекатыванием подвижного контакта по неподвижному с проскальзыванием по поверхности, т. е. с притиранием. В положении полного
включения (см. рисунок 2.17, б) контакты соприкасаются в точке б.
Применяют два типа рычажных систем подвижного контакта:
с ограниченным ходом рычага и нажатием контактов, обеспечиваемым притирающей пружиной, и с неограниченным ходом рычага
и упором на контактах. В первом случае ход рычага ограничивается
33
или приводом, который перемещает рычаг только до определенно-
К
Fl
EJ
α=
2
3
го положения, или сам рычаг снабжается упором, фиксирующим его
конечное положение. Нажатие контактов при этом определяется усилием притирающей пружины. Притирающая пружина компенсирует износ контактов, причем она сжимается на меньшую величину и
нажатие контактов соответственно уменьшается. Очевидно, что максимальный износ контактов в этом случае не может превышать величину провала П (см. рисунок 2.17, б).
Во втором случае, показанном на рисунке 2.14, конечное поло-
жение при включении фиксируется упором У2 на рычаге 1, который
ограничивает поворот держателя относительно рычага. В этом положении держатель с рычагом 1 представляет собой уже как бы единый рычаг и сила привода с учетом соотношения плеч передается на
контакты и создает нажатие QK. Здесь притирающая пружина определяет нажатие контактов только в процессе притирания, износ их
компенсируется дополнительным ходом привода и рычага, а провал
имеет значение только для притирания контактов и не является запасом на износ. Хотя конечная сила нажатия контактов в этом случае и не зависит от усилия притирающей пружины, для надежного притирания она должна быть достаточно большой. Так как износ
контактов компенсируется дополнительным ходом рычага, привод,
передвигающий рычаг при замыкании контактов, должен не иметь
ограничения хода и обеспечивать стабильное усилие в пределах дополнительного хода рычага на размер износа контактов.
Притирание точечных контактов осуществляется вследствие дефор-
мации упругих конструктивных элементов их крепления. В простейшем
мостиковом контакте (рисунок 2.18, а [1]) цепей управления роль упругого элемента выполняет пружинная траверса мостика, к которой припаяны или приварены подвижные контакты 1. При включении они перемещаются в направлении, указанном на рисунке 2.18, а стрелкой до
соприкосновения с плоскими неподвижными контактами 2. После соприкосновения в точках 01 сила 2FK, приложенная к середине траверсы, изгибает ее. Одновременно контакты 1 поворачиваются на угол α
, (2.9)
где Е – модуль упругости материала траверсы, Па;
l – расстояние между осями контактов, м;
J – момент инерции сечения траверсы, м
34
4
.
В результате поворота подвижных контактов на угол α точка со-
прикосновения переместится из положения 01 в 02 по неподвижному
контакту на расстояние ΔН = htgα. Так как α = 5…10°, то ΔН ≈ hsinα.
(рисунок 2.18, б).
Соответственно по поверхности контакта 1 точка соприкоснове-
ния переместится на расстояние ΔП = rsinα.
А-А
a
l
А
h
1
А
r
б
b
δ
2,5-4
020
∆
H
2F
H
h
2
0
0
2
1
1
α
α
α
∆
п
∆
H
Рисунок 2.18 – Притирание точечных контактов
Взаимное проскальзывание одного контакта по другому
Δ
= ΔН – ΔП = 0,3…1,0 мм. (2.10)
СК
Для серебряных контактов и для контактов из металлокерами-
ки на основе серебра значение Δ
может быть снижено и получено
СК
лишь за счет небольших зазоров в подвижных частях аппарата. Для
сравнения следует отметить, что скользящие контакты цепей управления выполняют с пальцами в виде стальных контактных пружин,
при этом необходимо иметь Δ
= 4…8 мм.
СК
35
2.7 Вибрация контактов и способы ее снижения.
Физические процессы на размыкающихся контактах
В процессе включения при соударении контактов вследствие их
упругости, инерции и недостаточного начального нажатия может возникнуть вибрация (отскакивание контактов). Кроме того, электродинамические силы, действующие на контакт и контактный рычаг при
ослабленном контактном нажатии, также способны вызвать отскакивание контактов, сопровождающееся электрической дугой между
ними. Соприкосновение же расплавленных поверхностей контактов
может привести к их свариванию.
Независимо от опасности сваривания контактов важно, чтобы
в процессе проектирования любых контактов были приняты меры по
уменьшению времени их вибрации при включении, от которого зависит электрический износ контактов (перенос и распыление металла).
Вибрация контактов уменьшается за счет снижения скорости сближе-
ния контактов, уменьшения массы подвижного контакта и увеличения
начального контактного нажатия. Последнее по возможности должно
быть больше силы реакции от упругой деформации контактов при соударении. Уменьшение скорости сближения контактов осуществляется
выбором оптимальной кинематической схемы и уменьшением раствора контактов, что возможно при использовании мостиковых контактов.
Так как тепловые потери в контактных системах обусловлены в основном потерями в переходном контактном сопротивлении, то уменьшение массы подвижного контакта возможно при одновременном увеличении массы и поверхности охлаждения неподвижного контакта.
В результате этого тепловой баланс контактной системы в целом и превышение температуры подвижного контакта могут остаться прежними.
Наиболее эффективными средствами уменьшения электродина-
мических сил, вызывающих отскок контактов, являются: устройство контактной системы в виде двойного петлевого контура, спрямление пути тока в зоне расположения контактов и др.
Эрозия, коррозия, истирание контактов. В процессе эксплуата-
ции ЭПС износу более всего подвержены коммутирующие контакты электроаппаратов, который зависит от многих факторов и имеет
случайный характер.
Различают три вида износа коммутирующих контактов:
– механический (истирание), вызываемый своеобразием харак-
тера работы разрывных контактов – ударами и трением одного контакта о другой;
36
– электрический (эрозия), обусловленный переносом металла с
СК К
HB
М
F
Q
−
∆
≈⋅72 10
М
Э
kI
Q
−
≈
γ
2
6
10
одного контакта на другой при прохождении электрического тока;
– химический (коррозия), возникающий при химической реак-
ции во время появления искрового или дугового разряда.
Износ оценивают объемом Q металла, теряемого контактами за
одно включение и одно выключение аппарата, т.е. за один цикл работы. Так, для коммутационного аппарата, разрывающего силовую
цепь в обесточенном состоянии
Q = Q
где Q
, QЭ – объем металла, соответственно при механическом
М
+ QЭ, (2.11)
М
и электрическом износе, мм3.
Истирание контактов можно определить ориентировочно по фор-
муле [1]
где Δ
– проскальзывание контактов, мм;
СК
, (2.12)
FК – контактное нажатие, Н;
НВ – твердость контактов по Бринеллю.
Эрозию контактов определяют по эмпирической формуле [1]
где k
– коэффициент, зависящий от материала контактов. Для меди
М
, (2.13)
kМ = 0,6…2,0, для металлокерамики СОК kМ = 0,08…0,36;
I – рабочий ток, А;
γ – плотность металла контактов, г/см2.
2.8 Герконы
Контакты, называемые герконами (рисунок 2.19 [3]), выполняют-
ся в виде пластин 1 и 2 из железоникелевого сплава, размещенных
внутри стеклянного баллона 3, заполненного азотом с примесью во-
5
дорода или гелия при давлении от 10
до 4·105 Па.
Замыкание контактов происходит под действием магнитного
поля, образуемого током управляющей катушки 4. При выключении
тока контакты размыкаются вследствие упругости пластин. Пласти-
37
ны покрывают тонким слоем золота, радия или серебра для повышения надежности контакта. Износостойкость герконов, размещенных
в инертном газе, по меньшей мере, на два порядка выше износостойкости обычных контактов в воздухе, а время срабатывания и отпуска в 3 раза меньше, чем у контактов с электромагнитным приводом.
I
1
N
s
N
2
s
3
4
Рисунок 2.19 – Конструкция геркона
Герконы на ЭПС получили распространение в качестве контак-
тов цепей управления при токах до 2…3 А. Их успешно применяют
в цепях высокого напряжения.
38
3 Приводы тяговых электроаппаратов
3.1 Определение и классификация
Привод – совокупность частей и устройств ТЭА, выполняющих
необходимые перемещения подвижных частей в процессе работы.
Приводы классифицируют:
– по количеству одновременно коммутируемых аппаратов:
1) индивидуальный (на каждый аппарат ставится отдельный привод);
2) групповой;
– по роду применяемой энергии:
1) электромагнитный;
2) электропневматический;
3) электродвигательный;
4) механический непосредственный (ручной) привод.
Каждому виду привода соответствует своя исполнительная часть:
– электромагнит;
– пневмоцилиндр;
– серводвигатель;
– рычаги и тяги.
Все виды приводов высоковольтных ТЭА (за исключением аппа-
ратов с непосредственным приводом) по условиям электробезопасности включаются только в низковольтную цепь. Однако на ряде
ЭПС, в т. ч. современном и перспективном, данное условие может
нарушаться в отношении тяговых аппаратов с ручным приводом, например, высоковольтных разъединителей, которые также оснащают
дистанционным управлением.
Чтобы реализовать дистанционное управление пневматическим
приводом, его необходимо оснащать распорядительным аппаратом
– электромагнитным вентилем.
3.2 Электромагнитный привод
3.2.1 Электромагнитный привод в ТЭА применяется как сугубо
индивидуальный, так как он не способен обеспечить больших перемещений подвижных частей аппарата и значительных приводных усилий.
39
Область применения электромагнитного привода:
K
П
x
F
Э
F
Э
+F
Э
F
Э
K
K
–F
Э
С
0
0
0
Я
δ С
1
2
2
2
1
1
А
Э
А
Э
М
Э
М
Э
–x
+x
α
α
π/2
δ
а б
в
Я
А
Э
– защитные аппараты;
– контакторы оперативной коммутации вспомогательных цепей
ЭПС;
– реле различного назначения.
Исполнительной частью электромагнитного привода является
электромагнит. В ТЭА могут применяться электромагниты трех типов (рисунок 3.1):
– клапанные (наиболее применяемые);
– соленоиды;
– поворотные.
Рисунок 3.1 – Типы электромагнитов, применяемых в ТЭА,
Принцип действия. В электромагните обтекаемая постоянным
током катушка создает магнитное поле, охватывающее подвижный
стальной магнитопровод (якорь, плунжер). Если при перемещении
последнего в пространстве в направлении х изменяется электромагнитная энергия АЭ катушки, то согласно теории магнитного поля возникает действующая на якорь (плунжер) в направлении х сила FЭ, т. е.
40
и их тяговые характеристики:
а – соленоид; б – клапанный; в – поворотный
F
=
Э
A
∂
Э
. (3.1)
x
∂
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]