Електрифицирана железница - 7 страница
Тяговият двигател е основният компонент на силовата верига на електрически локомотив или електрически вагон. Разгледайте схемата на електрическите връзки на намотката на котвата и намотките на възбуждане на полюсите (фиг. 2.2). Намотките на полюсите в корпуса на тяговия двигател са свързани последователно, така че когато токът протича през тази верига, северният N и южният S полюс се редуват. Началото и краят на тази верига са обозначени съответно с К и КК. Неподвижните намотки на полюсите са електрически свързани към въртящата се намотка на арматурата на тяговия двигател в последователна верига чрез четки, притиснати от държачи на четки към цилиндричната повърхност на колектора. Броят на тези четки е равен на броя на полюсите на двигателя. Проводниците, свързани към четките, свързват намотката на котвата с други елементи на силовата електрическа верига на двигателя и електрическия подвижен състав като цяло. За да се разграничи началото и края на намотката на котвата, те се означават съответно с I и IYa. По този начин, независимо от броя на главните полюси (обикновено тяговият двигател има четири изходни външни проводника: K и KK от намотката на възбуждане, I и YaYA от намотката на котвата, т.е. от четките.
Ориз. 2.2. Схема на електрически връзки на намотката на котвата и намотките на възбуждане на тяговия двигател
В тяговия двигател (фиг. 2.3), върху вътрешната повърхност на тялото на сърцевината 1, излята от стомана, са завинтени сърцевините на главните полюси 4 и 9, върху които са разположени намотки 3 и 8 на намотката на възбуждане. Ядрото на арматурата 7 и колекторът 11 се притискат към вал 6, който се върти в ролкови лагери 5, монтирани в лагерни щитове 12. На рамката са осигурени държачи на четки 10, чийто брой е равен на броя на четките или броя на главните полюси. По време на работа на електродвигателя по дължината на котвената му намотка иВъзбуждащата намотка е под напрежение, което създава въртящ момент, но в същото време причинява загуби на енергия в двигателя и нагряване на намотките. За
за охлаждане на двигателя в сърцевината му е предвидена разклонителна тръба 2, през която се подава въздух към електрическите локомотиви от вентилатор, монтиран в тялото на електрическия локомотив. Тяговите двигатели на електрическите локомотиви с постоянен ток имат мощност kW при номинално напрежение 1500 V. Изолацията на намотките спрямо сърцевината е направена за максимално напрежение на контактната мрежа от 4000 V.
Ориз. 2.3. DC тягов двигател
При напрежение на контактната мрежа 3000 V най-малко два двигателя се включват последователно. Тяговите двигатели на крайградските електрически влакове имат мощност до kW при номинално напрежение 1500 V за електрически влакове от старо производство (електрически влак ER2), както и за електрически локомотиви. Но на електрически влакове от следващи версии (ER2R, ER2T, ED2T, ED4, ED4M, ED4MK, ER200) са монтирани тягови двигатели с номинално напрежение 750 V, което улеснява прилагането на електрическо спиране - регенеративно и реостатно, когато тяговите двигатели работят в генераторен режим. Най-малко четири двигателя са свързани последователно в силовата верига на тези електрически влакове. Това намалява междупластовото напрежение на колектора и значително повишава надеждността на двигателя.
Тяговите двигатели на вагоните на метрото се захранват от контактна релса (825 V) и имат мощност до 100 kW при номинално напрежение 412,5 V. В градския електротранспорт (трамваи и тролейбуси) тяговите двигатели kW се захранват от мрежовото напрежение V.
Токоприемникът Tp, монтиран на покрива на корпуса на електрически локомотив или моторна кола (виж фиг. 2.1), захранва захранващата верига на eps. Осигурява надежденнепрекъснат контакт на движещ се електрически локомотив или вагон на електрически влак с контактен проводник. За това
пружинният механизъм на пантографа създава постоянна притискаща сила на контактния елемент, независимо от височината на окачването на контактния проводник. Основата 1 на токоприемника (фиг. 2.4) лежи през изолатори 2 върху покрива на тялото на електрически локомотив или моторна кола. Около пантите 5 могат да се въртят долните лостове 6 на подвижната рамка на пантографа, свързани с панти 7 към горните лостове 8, върху които са еластично фиксирани една или две плъзгачи 9, плъзгащи се, когато влакът се движи, по контактния проводник. Плъзгачите 9 имат графитни или медни подложки, притиснати към контактния проводник и образуващи плъзгащ се електрически контакт с него. Токоприемникът се повдига в работно положение от пружината 3, която завърта лостовете 6. За спускане на токоприемника в неработно положение е предвидена по-силна спускаща пружина 4, която при повдигане на токоприемника се блокира от пневматичния цилиндър 10. Ако от последния се изпусне сгъстен въздух, спускащата пружина 4 ще преодолее силата на по-слабата повдигаща пружина 3 и ще спусне токоприемника до неработеща позиция.
Ориз. 2.4. Пантограф (a) и неговата кинематична диаграма (b)
Пантографи еп DC и AC имат малки разлики. При същата мощност eps. консумираният ток от контактната мрежа за постоянно напрежение 3 kV е около 8 пъти по-голям от този за променливо напрежение 25 kV. Следователно постояннотоковите токоприемници имат по-висока сила на натискане върху контактния проводник до 180 N, а за променлив ток е достатъчно натискане на N. Разгледаната конструкция на токоприемника работи добре при скорости до 160 km/h. За високоскоростен подвижен състав (до 300 км/ч)използват се токоприемници със специална конструкция със строго стабилизирано налягане. Те осигуряват добро събиране на ток при всяка скорост, но със строго постоянна височина на контактния проводник, което се постига чрез използване на специални контактни окачвания, които ще бъдат разгледани по-долу.
Устройства за захранване eps са под напрежение над 1000 V и докосването им в работно състояние е опасно за живота.
Освен това токовете, протичащи в тези устройства, се измерват в стотици и дори хиляди ампера, така че за надеждна работа на устройството, неговите контакти трябва да бъдат притиснати един към друг със сила N. Тези две обстоятелства изключват възможността за превключване на устройствата директно от силата на ръката на водача. Следователно на еп.с. използва се непряко управление, при което всички устройства на силовата верига имат пневматични или електрически задвижвания за преместване на подвижни контакти, а водачът в кабината за управление превключва само управляващите вериги на тези задвижвания, през които протичат малки токове от около 1 A при напрежение 50 или 110 V. Непрякото управление има следните предимства: превключването на управляващите вериги не изисква значително физическо усилие от водача; поставянето на високоволтови електрически устройства на силовата верига в затворена и блокирана високоволтова камера изключва възможността хората да бъдат под напрежение; възможно е да се управляват няколко електрически локомотива или моторни вагони, свързани заедно от една кабина (система с няколко звена); възможна е пълна автоматизация на контролните процеси.
Принципът на индиректно управление се осъществява от силови контактори.
Контакторът е електрическо устройство с непряко управление, предназначено да затваря и отваря електрическа верига (името идва от английската думаконтакт - контакт). Контакторът (фиг. 2.5, а) има силови контакти: неподвижен 1 и подвижен 2, свързани към проводниците на силовата верига на електрическия локомотив. За преместване на подвижния контакт 2 се използва пневматичен задвижващ механизъм 4, свързан към подвижния захранващ контакт 2 чрез изолиращ прът 3. Електромагнитен клапан 6 е монтиран на тръбопровода за сгъстен въздух 5. Водачът включва бобината на клапана 6 с превключвател 7, който е монтиран в кабината на водача и е свързан към източник на ниско напрежение от 50 или 110 V чрез проводници на управляващата верига.
Ориз. 2.5. Кинематична схема на електропневматични (а) и електромагнитни (б) контактори
В индивидуалните контактори еп. много по-рядко се използва и електромагнитно задвижване (фиг. 2.5, b). Такива контактори също имат силови контакти: фиксирани 1 и подвижни 2, освен това лостът 3 на подвижния контакт се движи от електромагнит 4, който се управлява от превключвател за ниско напрежение 5. В групови контакторни устройства, например на електрически локомотиви с променлив ток, обикновено се използва специално електродвигателно задвижване.
Контактори в силовата верига eps изпълняват различни функции. Линейният контактор LK (виж фиг. 2.1) е предназначен да затваря или отваря захранващата верига в процеса на управление на електрически локомотив. Последователно с тяговите двигатели е свързан пусков резистор r, разделен на няколко секции. Контакторите, свързани паралелно на секциите на пусковия резистор, са предназначени за стъпаловидно регулиране на неговото съпротивление. Контакторите 21, 22 и 23 се използват за свързване на тягови двигатели в различни групови схеми (C, SP, P).
Когато контактор 22 е включен и контактори 21 и 23 са изключени, всичките четири тягови двигателя са свързани последователно (група C). При затворени контактори 21 и23 и отворен 22 тягови двигатели са включени в два успоредни клона, по два двигателя последователно във всеки (група P). Свързването на тягови двигатели, при което един двигател остава във всеки паралелен клон, не е предвидено, тъй като тяговите двигатели с постоянен ток имат номинално напрежение не повече от 1500 V и не са предназначени за директно свързване към контактна мрежа с напрежение 3000 V.
За да се отслаби възбуждането на тяговите двигатели, шунтовите резистори са свързани паралелно с намотките на възбуждане чрез контактори Sh1 и Sh2.
Стартовият резистор е направен от метална лента, навита около керамични изолатори. Тъй като лентата се нагрява до плюс ° C, когато протича ток, е много важно нейното електрическо съпротивление да не се променя. За това са разработени специални сплави. Обикновено се използва лента, изработена от сплав от желязо, хром и алуминий (фехрал). Стартов резистор с контактори за превключване на неговите секции се нарича стартов реостат. Съпротивлението на пусковия реостат се променя на стъпки, когато секциите му се превключват от контактори. Стартовият реостат има най-голямо съпротивление, когато контактори 1 до 20 са отворени. Когато тези контактори се включат на свой ред, отделните етапи на пусковия резистор са съединени накъсо и съответно съпротивлението във веригата на тяговия двигател постепенно, с ускоряването на влака, намалява до нула. На фиг. 2.6, а показва схема с последователно късо съединение на секции, когато контакторите са затворени, в която броят на етапите на регулиране на общото съпротивление на резистора R е равен на броя на контакторите. Там е дадена и таблица за затваряне на контактора, обясняваща работата на тази верига, в която
позициите на регулиране са изброени, съпротивлението на пусковия реостат на всяка позиция е посочено и даденоброя на едновременно затворените контактори. На фиг. 2.6, b показва по-сложна схема, която ви позволява да увеличите броя на стъпките, като използвате комбинираното включване на реостатни секции. Тук броят на контакторите и реостатните секции е по-малък.
Ориз. 2.6. Схеми на стартов реостат с сериен изход на секции (а) и с комбинирано включване на секции (б)
Режимите на работа на стартовия или спирачния реостат на електрически локомотив и електрически влак се различават значително един от друг. Процесът на ускоряване на електрически локомотив с тежък товарен влак, особено при изкачване, може да отнеме няколко минути. Режимът на реостатно спиране на товарен влак може да бъде дори по-дълъг при шофиране по дълго спускане в планински район. Следователно при електрическите локомотиви винаги се осигурява принудително охлаждане на реостата от вентилатора. Освен това, за да спестите енергия, е изгодно да свържете двигателя на вентилатора паралелно с една от секциите на същия реостат. При електрическите влакове реостатът се зарежда с пусков ток не повече от s във всеки цикъл на движение от спирка до спирка. Следователно такъв реостат се монтира под каросерията на автомобила или на покрива му, където реостатните секции се охлаждат естествено от поток от насрещен въздух.
Реверсът е електрическо устройство, предназначено да променя посоката на движение на eps. (от английски reverse - обратното). Това може да се постигне по два начина: промяна на посоката на тока I в намотките на котвата на тяговите двигатели, като същевременно се поддържа същата посока на тока на възбуждане и магнитния поток на главния
полюси (фиг. 2.7, а) или промяна на посоката на тока в намотките на полето, като същевременно се запази посоката на тока в намотките на котвата (фиг. 2.7, b). За такова превключване са необходими четири контактора за всяка група тягаелектродвигатели. Контакторите (виж фиг. 2.1) обикновено се комбинират в едно групово устройство - реверс с общо пневматично задвижване. При движение напред се затварят контактори с нечетни номера, при движение назад се затварят контактори с четни номера.
Ориз. 2.7. Реверсивни вериги на котвата (а) и възбудителни намотки (б) на тяговия двигател
При работа eps. DC, има загуби на енергия в стартовите резистори. При стартиране се поддържа токът на тяговия двигател I d
постоянен и равен на регулиращия ток I p . За да направите това, в тяговата верига
двигател, захранван от мрежа с напрежение на пантографа U e, (фиг. 2.8, но), трябва да бъде включен резистор, чието съпротивление се определя от уравнението за равновесие
U e \u003d U d + U r \u003d C Ф v + I p ( r + r d ) като
r \u003d U E - C F v - r d , I p
където r d е съпротивлението на намотките на двигателя.
Ориз. 2.8. Реостатно стартиране с една група тягови двигатели: а - принципна схема; b - диаграма за измерване на съпротивлението на стартовия резистор и стартова характеристика, c - диаграма на разпределение на напрежението при стартиране
За да може токът на двигателя да остане постоянен с увеличаване на скоростта на електрическия локомотив, стартовото съпротивление трябва постепенно да се намали от
до нула (фиг. 2.8, b). При стартиране на единичен тягов двигател от