4.2. Конструкция и принцип действия быстродействующего выключателя бвп-5

Основные технические данные быстродействующего выключателя БВП-5 приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Основные технические данные быстродействующего выключателя БВП-5

Параметр	Значение параметра
Номинальное напряжение, В	3000
Номинальный ток, А	1850
Выключающая способность, А	20000
Ток уставки, А	3100
Собственное время выключения, с	0,0015 – 0,003
Нажатие силовых контактов, кгс (Н)	22 (220)
Разрыв силовых контактов, мм	35 – 40
Номинальное давление воздуха в пневматическом цилиндре привода, МПа (кгс/см2)	0,5 (5)
Наименьшее давление сжатого воздуха, необходимое для нормальной работы привода аппарата, МПа (кгс/см2)	0,375 (3,75)
Номинальный ток удерживающей катушки, А	1,18
Масса, кг	228

Быстродействующий выключатель БВП-5 состоит из следующих основных узлов: корпуса, контактного устройства, пневматического привода, системы дугогашения, электромагнитного удерживающего устройства и блока вспомогательных контактов (рис. 4.2).

Корпус выключателя состоит из угольников 8, скрепленных двумя изолированными стержнями7, и рамы6, состоящей из двух алюминиевых половин, связанных между собой болтами. Между рамами расположен магнитопровод5 с удерживающей катушкой4.

В магнитопроводе установлены регулировочные винты 3, размагничивающий виток2 с сердечником. Рычаг якоря1, на котором шарнирно укреплен контактный рычаг13 с подвижным контактом, в средней части соединен с двумя пружинами, которые одновременно обеспечивают необходимое контактное нажатие и являются выключающими. Ниже расположены включающий рычаг пневматического привода с возвращающими пружинами11и цилиндр пневматического привода10 с буфером для смягчения ударов рычага при вклю- чении БВ.

Рис. 4.2. Конструкция быстродействующего выключателя БВП-5

Параллельно размагничивающему витку включен индуктивный шунт 9, состоящий из медной шины, на которую насажены диски из электротехнической стали. Сверху на раме закреплена гетинаксовая плита14, на которой укреплены неподвижный контакт и дугогасительная катушка16 с шихтованным магнитопроводом15. В зоне контактов магнитопровод имеет веерообразные полюсы17 для проведения магнитного потока через камеру.

Между веерообразными полюсами помещается расширяющаяся кверху дугогасительная камера (рис. 4.3), образованная двумя асбестоцементными стенками 4, на которых укреплены поперечные перегородки2, создающие лабиринтную щель с постепенно увеличивающимся размером зигзагов от нижней части камеры. В верхней части камеры установлены деионные решетки1, уменьшающие выхлоп горячих ионизированных газов. Такая конструкция обеспечивает в пределах относительно небольших размеров камеры удлинение дуги до 2,5 – 3 м, что необходимо для ее полного гашения. Для предотвращения выпадения деионных решеток установлен держатель3 из стеклопластика.

а б

Рис. 4.3. Конструкция дугогасительной камеры

быстродействующего выключателя БВП-5:

вид спереди (а) и сбоку (б)

В нижней части камеры расположены дугогасительные рога 5, один из которых соединен с неподвижным контактом, а другой одновременно является латунным шарниром6, с помощью которого камера соединяется с рамой выключателя.

Принцип действия быстродействующего выключателя БВП-5 поясняет схема, приведенная на рис. 4.4.

Для включения аппарата необходимо первоначально подать питание сначала на его удерживающую катушку 12 (рис. 4.4, а), а затем – на включающую катушку (вентиль2). При этом поршень пневматического привода20перемещает рычаг18, воздействующий роликом19на рычаг подвижного контакта16. Последний перемещается до соприкосновения якоря9 с магнитопроводом11. Однако силовые контакты аппарата не замыкаются. Подвижный контакт5установлен на рычаге16, который валиком8шарнирно связан с рычагом якоря15, вращающимся на валике14.

Замыкание главных контактов аппарата происходит после снятия питания с включающей катушки. При этом ролик 19отпускает рычаг подвижного контакта, который под действием пружин4поворачивается относительно валика8по часовой стрелке до тех пор, пока подвижный контакт не упрется в неподвижный. Выключатель снабжен блокировочными контактами1, которые переключаются при включении аппарата.

Во включенном положении необходимое контактное нажатие главных контактов создается пружиной 4. Натяжение пружин и силу нажатия контактов регулируют болтом3. Электрическая цепь проходит через дугогасительную катушку10, неподвижный7и подвижный5контакты, рычаг16, гибкое соединение17, размагничивающий виток удерживающего электромагнита11и параллельно ему включенный индуктивный шунт13.

Выключение быстродействующего выключателя может осуществляться автоматически при достижении током силовой цепи значения уставки срабатывания аппарата либо оперативно – при снятии питания с удерживающей катушки 12. В обоих случаях размыкание силовых контактов происходит под действием пружин4. При этом якорь отрывается от полюсов и его рычаг совместно с рычагом подвижного контакта отбрасываются в выключенное положение, поворачиваясь на валике14против часовой стрелки.

а

б

Рис. 4.4. Принципиальная схема быстродействующего выключателя БВП-5:

а – упрощенная конструктивная схема выключателя; б – схема магнитной

системы удерживающего электромагнита

Следует подчеркнуть, что отключающие пружины 4выполняют в аппарате несколько функций: замыкают контакты, создают контактное нажатие во включенном положении и размыкают контакты при выключении. Отсутствие промежуточных защелок и рычагов обеспечивает немедленное начало движения подвижной системы выключателя, как только притягивающая сила полюсов становится меньше силы пружины.

Рассмотрим процесс выключения БВ при возникновении в силовой цепи электровоза короткого замыкания. Часть магнитного потока Ф_у(рис. 4.4, б), создаваемого удерживающей катушкой12, ответвляется через дополнительный сердечник23, а другая часть – Ф'_у– замыкается через полюсы и якорь. Направление магнитодвижущей силы (МДС) размагничивающего витка выбрано таким образом, чтобы создаваемый ею магнитный поток в левой части Ф'_рбыл направлен встречно потоку удерживающей катушки, а в правой части Ф"_р– согласно с ним. При увеличении тока в размагничивающем витке полный поток, проходящий через якорь, Ф = Ф'_у– Ф'_руменьшается и при некотором значении тока становится недостаточным для удержания якоря. Размагничивающее действие усиливается тем, что вследствие насыщения правой части магнитной цепи увеличение потока Ф"_рвызывает уменьшение Ф_уи, следовательно, Ф'_у.

Быстродействующий выключатель характеризуется свойством ускоренного действия при тяжелых коротких замыканиях, сопровождающихся большей скоростью нарастания тока. При быстром возрастании потока Ф_рв удерживающей катушке наводится противоЭДС, под действием которой ток в катушке уменьшается. Это вызывает уменьшение потока Ф_уи снижение тока уставки, чему способствуют вихревые токи, наводимые в правой части магнитной системы. Вихревые токи в левой части, наоборот, задерживают уменьшение полного потока: Ф = Ф'_у– Ф'_р. В связи с этим правую часть магнитопровода11выполняют из массивной стали, а левую (полюсные наконечники21и якорь9) – из листовой.

Индуктивный шунт 13, включенный параллельно размагничивающему витку, усиливает описанный эффект. Индуктивное сопротивление шунта больше индуктивного сопротивления цепи размагничивающего витка, поэтому при резком нарастании тока большая его часть проходит через размагничивающий виток, вызывая резкое уменьшение магнитного потока: Ф = Ф'_у– Ф'_р.

Аппарат предусматривает два способа регулирования тока уставки: грубое – с помощью изменения натяга пружин 4– и точное – с помощью трех винтов22, расположенных в правой части магнитопровода. При вывертывании винтов ослабляется магнитный поток Ф_у, а ток уставки уменьшается. Ввертывание винтов ведет к увеличению тока уставки. Для фиксации положения регулировочных винтов в аппарате имеются специальные стопорные планки.

Применительно к режиму электрического торможения следует особо отметить, что срабатывание быстродействующего выключателя БВП-5 зависит от направления тока, протекающего через него. В режиме рекуперативного торможения ток, протекающий через размагничивающий виток, создает магнитный поток Ф'_р, который в левой части магнитопровода будет складываться с магнитным потоком от удерживающей катушки Ф'_у, поэтому сам БВ не сработает при возникновении в силовой цепи электровоза короткого замыкания, а для защиты от подобных явлений в режиме рекуперативного торможения на ЭПС постоянного тока используются специальные аппараты – быстродействующие контакторы.