МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Воронежский филиал МИИТ
Одобрено кафедрой «Тяговый подвижной
состав»
ЛОКОМОТИВНАЯ ТЯГА
Методические указания к выполнению лабораторных работ
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ЭПС ПОСТОЯННОГО И
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Лабораторная работа №1 |
Исследование конструкции и функционирования электрических аппаратов тяговой силовой цепи ЭПС постоянного и переменного тока |
Лабораторная работа №2 |
Исследование конструкции и функционирования электрических аппаратов электрических цепей управления ЭПС постоянного и переменного тока |
Лабораторная работа №3 |
Исследование конструкции и функционирования электрических аппаратов защиты ЭПС постоянного и переменного тока |
для студентов очной формы обучения специальности
190701 Организация перевозок и управления на
ТРАНСПОРТЕ (ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ)
ЭКЗЕМПЛЯР
№ 1
Воронеж 2006
Теоретическая часть
Не всегда для понимания принципа устройства и действия того или иного электротехнического изделия или какого-либо механизма необходимо изображать его точно в таком виде, какой оно имеет в действительности. Довольно часто достаточно ограничиться условными схематическими изображениями тех или иных устройств. Поэтому прежде чем перейти к описанию оборудования электровозов, познакомимся с условными графическими изображениями.
Электрическая схема - это чертеж, на котором показано упрощенное и наглядное изображение связи между отдельными элементами электрической цепи, выполненной с применением условных графических обозначений, и позволяющий понять принцип действия устройства. В отличие от машиностроительных и строительных чертежей электрические схемы выполняют без соблюдения масштаба, а действительное пространственное расположение составных частей установки не учитывают или учитывают приближенно.
Напомним, что любая электрическая цепь состоит из источников энергии и ее потребителей. Кроме того, в электрическую цепь входят аппараты для включения и отключения всей цепи или отдельных ее участков и потребителей, измерительные приборы, устройства защиты и другие аппараты.
Электрические цепи современных электровозов содержат много электрических машин, аппаратов и приборов. Эти цепи настолько сложны, что ни изготовить, ни наладить, ни эксплуатировать, ни ремонтировать электрооборудование электровоза невозможно, не имея соответствующих чертежей - схем.
Графические обозначения элементов устройства и соединяющие их линии располагают на схеме таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействия его составных частей. ГОСТ 2.701-84 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению» устанавливает виды и типы схем изделий всех отраслей промышленности и подразделяет схемы на электрические, пневматические и кинематические. Нас интересуют электрические схемы и в некоторой степени пневматические и кинематические.
Применительно к электровозам различают следующие принципиальные схемы:
тяговых силовых цепей, которые содержат устройства, предназначенные для реализации тяговой мощности; в эти цепи входят тяговые электрические двигатели, пусковое оборудование, силовая коммутационная аппаратура, различные реле и т.д.;
электрических цепей управления, к которым относятся цепи управления электрическими аппаратами, сигнализации, автоматики и др.;
вспомогательных цепей, в которые входят вспомогательные машины и устройства отопления, т.е. оборудование, предназначенное для обеспечения собственных нужд электрического подвижного состава.
По исполнению принципиальные схемы могут быть совмещенными и разнесенными.
В совмещенных схемах машины, аппараты и приборы изображают в одном месте со всеми относящимися к ним обмотками и контактами. Электрические связи между отдельными элементами показывают линиями. Такие схемы наглядны только при рассмотрении несложных электрических установок. При большом количестве связей схема получается запутанной, и ее трудно читать. Поэтому для изучения сложных электротехнических изделий, в том числе и электровозов, пользуются разнесенными схемами.
В разнесенных схемах контакты и обмотки всех аппаратов, машин и приборов, показанных в конкретной схеме, изображены отдельно и соединены друг с другом в последовательности, соответствующей прохождению тока. На схемах с разнесенным изображением все элементы одного и того же аппарата должны иметь одинаковое обозначение.
Например, на рис.1 дана упрощенная принципиальная схема управления быстродействующим выключателем БВ силовой цепи электровоза постоянного тока.
Рис.1
Схема, выполненная разнесенным способом
Все элементы, принадлежащие БВ, имеют одинаковое обозначение: 51-1.
На рис.1 изображены контакты аппарата, относящиеся только к цепи управления, а силовые контакты БВ обычно показывают на схеме тяговых силовых цепей. Расположение контактов и катушек в схеме обусловлено электрическими соединениями с элементами других аппаратов. Кнопочные выключатели с поясняющими надписями Возврат БВ и БВ служат для включения этого аппарата, но не являются его составной частью. Они располагаются на пульте управления машиниста и каждая пара имеет свой номер 84-1 и 82-2.
Электровозы конструктивно исполнены в двух и более секциях и последняя отделенная чертой цифра показывает, в какой из них расположено оборудование. Как следует из условных обозначений быстродействующего выключателя и дифференциального реле, аппараты находятся в первой секции электровоза по одному на единицу электроподвижного состава, а управление ими осуществляется из кабин машиниста, оборудованных кнопочными выключателями 81-1 (82-2) и контроллерами 96-1 (96-2).
Разнесенным способом допускается вычерчивать как всю схему, так и ее отдельные части. Отдельные цепи должны быть расположены одна под другой и образовывать параллельные строки (строчный способ выполнения разнесенной схемы). Допускается располагать строки на схеме и вертикально. При выполнении схемы строчным способом рекомендуется параллельные строки нумеровать. На рис.1 каждая строка имеет свой номер: К62, К50, 47 и т.д.
Для правильного чтения схемы нумеруют и отдельные участки проводов. Так, на одной из строк рисунка имеются следующие элементы с номерами: провод и контакт 47 главного вала 95-1, провод Н130, кнопочные выключатели 81-1 (Возврат БВ и БВ), межсекционный разъем, провод КБО, кнопочные выключатели 82-2, провод H131, провод и контакт 47 главного вала 96-2.
Каждый элемент, входящий в схему, имеет буквенно-цифровое обозначение. Такое обозначение представляет собой сокращенное условное наименование как отдельного элемента, так и устройства в целом. В соответствии с ГОСТ 2.710-81 «Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах» установлены буквенные коды наиболее распространенных видов элементов: С - конденсаторы; L - катушки индуктивности, дроссели; G - генераторы, источники питания; М - двигатели; Т - трансформаторы, автотрансформаторы; P - приборы, измерительное оборудование; V - приборы полупроводниковые; К - реле, контакторы и т.д.
Для уточнения назначения некоторых элементов рекомендуются обозначения, состоящие из сочетания нескольких букв. Так, трансформатор тока - обозначается ТА, трансформатор напряжения - TV, диод - VD, тиристор - VS, реле напряжения - КV, измерительные приборы амперметр, вольтметр, ваттметр - соответственно PA, PV, PW.
Цифры, как правило, необходимы для обозначения одного из нескольких однотипных элементов, имеющихся в схеме; их ставят за буквенным обозначением (например, R1, R2, ..., М1, М2, ...).
При необходимости допускается применять обозначения и пояснения, не установленные стандартом. Содержание и способ записи таких обозначений поясняются на схеме или в сопутствующем тексте, т.е. документации на изделие. Например, на рис.1 дана дополнительная информация о быстродействующем выключателе: пояснено функциональное значение кнопочных выключателей 81-1, т.е. выключателей Возврат БВ и БВ (включение БВ).
До введения ГОСТ 2.710-81 в электрических схемах электровозов применяли другие буквенно-цифровые обозначения, которые до сих пор остались в схемах действующих электровозов. К ним привыкли локомотивные бригады, работники депо и т. д. Поэтому в далее применены обозначения и по ГОСТ 2.710-81 (в принципиальных схемах узлов и устройств) и принятые заводами-изготовителями (в схемах конкретных электровозов, как, например, на рис.1).
Принципиальные схемы соответствуют отключенному положению изделия. Это очень важное условие, так как одни контакты аппаратов, если обмотки их обесточены, по условиям работы электровоза должны быть разомкнуты, а другие замкнуты. Если же ток проходит по обмоткам аппарата, то разомкнутые контакты, наоборот, будут замкнуты, а замкнутые - разомкнуты. Контакты, которые замыкают те или иные электрические цепи при прохождении тока по обмоткам аппаратов, называются замыкающими. Если контакты аппаратов при прохождении тока по их обмоткам размыкают электрические цепи, их называют размыкающими. На схемах контакты изображают в положениях при отсутствии внешних принудительных сил, воздействующих на подвижные контакты.
Ясному представлению о работе любого электрического устройства, умелой его эксплуатации, быстрому устранению неисправностей во многом способствует умение разбираться в электрических схемах, или, как говорят, читать их. Как книгу, схему начинают читать с названия. Затем, зная условные графические обозначения, определяют, какие машины и аппараты входят в электрические цепи. Однако, выяснив это, еще нельзя считать, что схема прочитана. Прочесть схему - значит понять, как работает рассматриваемая цепь. Для этого необходимо знать основные законы электротехники, уметь проследить цепь, а также проверить правильность сделанных предположений. Необходимо также иметь ясное представление о том, как устроены и работают аппараты и машины, входящие в цепь, и о многом другом в зависимости от назначения и сложности цепи, изображенной на схеме.
Прежде всего, определяют пути прохождения тока, устанавливают, как при этом работают машины и аппараты, входящие в цепь. Отправной точкой при определении путей тока в схемах установок постоянного тока чаще всего служит положительный полюс источника питания, а конечной - его отрицательный полюс. В установках переменного тока началом цепи обычно считают одну из фаз питающей сети, а концом - какую-либо другую фазу или нулевой провод.
Используя соответствующие условные графические обозначения, можно тот же рисунок показать в виде структурной схемы (рис.2). Схема дает наглядное представление об электрических связях и оборудовании системы электроснабжения электрифицированной железной дороги постоянного тока. При этом на рис.2,а даны полные названия элементов, а на рис.2,б применены условные обозначения элементов в соответствии с ГОСТ 2.710-81.
Рис.2.
Схема электроснабжения электрифицированной
железной
дороги постоянного тока
Принципиальные схемы выполняют в многолинейном и однолинейном изображениях. При многолинейном способе каждую цепь одной и той же системы изображают отдельной линией (см. рис.2,а), а элементы аппаратов в их условном изображении дают отдельно для каждой цепи (фазы). В случае однолинейного способа все цепи одной и той же системы (например, три фазы трехфазной цепи) изображают одной линией (см. рис.2,б), все три ножа выключателя или разъединителя и многофазную линию связи обозначают одной линией. Число поперечных черточек на линиях электрической связи однолинейной схемы указывает число фаз.
Простейшее изображение силовой цепи электровоза постоянного тока приведено на рис.3, электровоза переменного тока - на рис.4. Эти очень упрощенные схемы силовых цепей выполнены с использованием условных графических и буквенных обозначений, предусмотренных соответствующими стандартами.
Рис.3.
Упрощенная силовая схема электровоза
постоянного тока
Рис.4.
Упрощенная силовая схема электровоза
переменного тока
Для определения путей прохождения тока в силовых цепях электровозов за отправную принимают точку соприкосновения токоприемника и контактного провода. Это справедливо для электровозов постоянного и переменного тока. Однако какие аппараты в силовой цепи будут срабатывать при прохождении тока и к чему это приведет, нельзя сказать, не зная назначения и устройства этих аппаратов.
Классификация и общие технические требования
Термин «аппарат» происходит от латинского слова apparatus - управление. Электрический аппарат - устройство, предназначенное для управления потоком электрической энергии. Тяговые электрические аппараты (ТЭА) - аппараты специального исполнения, предназначенные для работы на тяговом подвижном составе (электрическом подвижном составе и тепловозах).
По выполняемым функциям ТЭА подразделяются на:
коммутационные - осуществляющие переключения;
параметрические - изменяющие параметры цепей.
В бесконтактных коммутационных аппаратах происходит резкое изменение проводимости цепи. В этом смысле они родственны параметрическим аппаратам. Классификация ТЭА по выполняемым функциям представлена на рисунке 5.
Основные конструктивные элементы ТЭА:
Токоведущие системы.
Контактные системы.
Дугогасительные устройства.
Изоляционные конструкции.
П
Рисунок 5 - Классификация ТЭА
риводы.
Общие технические требования к ТЭА определены в ГОСТ 9219-88 (аппараты электрические тяговые).