Аппараты электровоза работают в тяжёлых условиях: они подвергаются сильным сотрясениям, температура окружающего воздуха изменяется от -50 до +40°; на аппараты попадает пыль, влага, смазка; ток проходящий по аппаратам резко меняет величину; возможны частые и длительные перегрузки; напряжение превышает номинальную величину на 15-20 %, возможно приложение и коммутационных перенапряжений (коммутационные напряжения, это напряжения образующиеся при разрыве электрической цепи, имеющую большую индуктивность).

Аппараты электровозов должны иметь:

ü механическую прочность деталей;

ü электрическую прочность изоляции;

ü стойкость против перегрузок, тряски, атмосферных влияний;

ü защищённость от пыли и грязи;

ü по возможности взаимозаменяемость и однотипность деталей;

ü простоту конструкции, удобство в эксплуатации и ремонте;

ü иметь минимальные габаритные размеры и вес;

ü должна обеспечиваться чёткость работы в любых атмосферных условиях.

В зависимости от назначения цепей, в которых устанавливаются аппараты, они подразделяются на аппараты:

• аппараты силовой цепи, включаемые в цепь тяговых двигателей;

• аппараты вспомогательных цепей, устанавливаемые в высоковольтную цепь электродвигателей вспомогательных машин и электрических печей;

• аппараты низковольтных цепей управления;

• измерительные приборы, приборы освещения и сигнализации, рейки зажимов, штепсельные разъёмы и розетки.

По типу привода аппараты подразделяются на аппараты:

• аппараты с ручным приводом: разъединители, кнопочные выключатели и т.д.;

• аппараты с электромагнитным приводом: электромагнитные контакторы, реле и т.д.;

• аппараты с электропневматическим приводом: электропневматические контакторы, переключатели групповые, кулачковые и т. д.;

По количеству приводимых в действие аппаратов подразделяются на аппараты:

• аппараты с индивидуальным приводом: пневматические и электромагнитные контакторы;

• аппараты с групповым приводом: групповой переключатель, кулачковые переключатели и т.д.;

По способу управления аппараты подразделяются на аппараты:

• аппараты с непосредственным управлением, например кнопочные выключатели (КУ);

• аппараты с косвенным (дистанционным управлением), например электропневматический контактор.

1.2. ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ КОНТАКТЕ.

Замыкание любой электрической цепи обычно осуществляется соприкосновением двух токопроводящих элементов аппарата, называемых электрическими контактами. Место соприкосновения контактов всегда обладает повышенным сопротивлением по сравнению с сопротивлением самих контактов. Поэтому, при прохождении тока, возникает опасность нагрева места соприкосновения контактов, способного вызвать повреждение контактной поверхности или даже полное разрушение (расплавление) самих контактов. Конструкция аппарата должна обеспечивать наименьшее сопротивление в месте соприкосновения контактов и лучшее охлаждение их для предотвращения чрезмерного нагрева.

Сопротивление в месте соприкосновения контактов зависит от величины поверхности их соприкосновения, от давления на эти поверхности и материалов, из которых изготовлены контакты. Практически же возможности увеличения поверхности соприкосновения контактов весьма ограничены из-за наличия на контактах неровностей. Если же даже изготовить идеально ровные контакты и обеспечить хорошее их соприкосновение, то при эксплуатации возникают новые неровности, ухудшающие его. Поэтому контакты изготавливают такой формы, которая более долго сохраняет близкую к расчётной площадь соприкосновения.

Контакты подразделяются по виду соприкосновения контактных поверхностей и по исполнению.

По виду соприкосновения контактных поверхностей контакты бывают:

• точечные контакты (соприкосновение двух сферических поверхностей рисунок 1,а и рисунок 2,г). Применяются в аппаратах, работающих при малых токах.

• линейные контакты (соприкосновение двух цилиндрических поверхностей рисунок 1,б и рисунок 2,а, б, в), при которых соприкосновение происходит по линии. Следует отметить, что линейное соприкосновение контактов имеет ограничение по длине (20-35 мм), так как при большей длине возникновение неровностей и перекоса контактов сильно изменяет величину соприкосновения контактов по сравнению с расчётной. Линейные контакты применяются в аппаратах, работающих при больших токах.

• плоские контакты (рисунок 1,в и рисунок 2,г), рассчитанные на большую площадь прилегания плоских поверхностей. Применяются в болтовых соединениях и в аппаратах, контакты которых редко изменяют своё положение.

Рисунок 1. Виды соприкосновения контактных поверхностей электрических контактов:

точечные (а); линейные (б); плоские (в).

• По исполнению контакты бывают (рисунок 2): г-образные (стопообразные), пальцевые, пластинчато-торцевые, мостиковые и клиновые.

Рис 2 Исполнение электрических контактов

Таким образом, величину электрического сопротивления в месте соприкосновения контактов в значительной степени определяет нажатие (давление) контактов. Чем больше это нажатие, тем меньше сопротивление и наоборот. Однако слишком большое нажатие вызывает увеличение сопротивления движению привода и повышает износ контактов, поэтому в каждом аппарате устанавливают лишь необходимое нажатие способное предохранить контакты от нагрева

Показателем нагрузки контакта аппаратов силовой цепи являются значение тока приходящегося на 1 мм длины линии соприкосновения контактов и на 1 кг нажатия контактов. Например, контакты электропневматических контакторов имеют расчетную нагрузку 25 A/мм и 15 A/кг.

Для улучшения отвода тепла контактные элементы обычно изготавливаются массивными и из материалов с хорошей теплопроводностью. Контакты, изготавливаются медными латунными серебренными реже графитовыми и угольными Медные контакты получили наибольшее применение, но их главным недостатком является то, что они легко окисляются. Для уменьшения окисления они подвергаются лужению. Значительно меньше окисляются серебряные контакты, но в связи с тем, что они дороже медных и хуже противостоят действию дуги, их применяют в аппаратах, разрывающих цепи с небольшими токами.

В эксплуатации большое влияние на работу контактов оказывает состояние контактных поверхностей. Появление неровностей и наплывов металла окисление загрязнение поверхности увеличивают переходное сопротивление и ухудшают условия работы контактов. Для уменьшения этих вредных влияний применяется очистка поверхностей контактов во время их замыкания. Это достигается взаимным трением контактных поверхностей при замыкании контактов. С этой целью контакты изготавливают либо скользящими (рис 2,б), когда контактный палец скользит по поверхности контактного сегмента, либо притирающими, когда осуществляется взаимное перекатывание и трение контактных поверхностей двух Г-образных контактов (рисунок 3). Последний способ обеспечивает более надежный контакт, поэтому он применяется в большинстве современных конструкций аппаратов

Рисунок 3. Процесс включения контактов с притиранием:

а - выключенное положение, б - соприкосновение контактов, в - включенное положение

Кроме того метод притирающих контактов обеспечивает полный разрыв контактов при размыкании цепи не у основных (рабочих) поверхностей, а у вспомогательных поверхностей контактов. Поэтому основные контактные поверхности остаются неповрежденными электрической дугой, возникающей при разрыве цепи. Применение притирающих контактов усложняет конструкцию аппарата по сравнению с аппаратами со скользящими контактами, так как требуется применение специальных притирающих пружин и специальной конструкции контактного рычага. Однако притирающие контакты незаменимы в аппаратах силовой цепи, размыкающие ее под током

Скользящие пальцевые контакты применяются главным образом в низковольтных блокировках и в некоторых в некоторых высоковольтных аппаратах, разрывающие обесточенные силовые цепи.

1.3. КОНТРОЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНТАКТОВ И ИХ ИЗМЕРЕНИЯ.

Раствор (разрыв контактов) это расстояние между рабочими поверхностями контактов в их выключенном положении.

Провал (притирание) это расстояние, проходимое подвижным контактом от момента соприкосновения контактов вспомогательными поверхностями до их полного замыкания рабочими поверхностями. Производится притирающей пружиной.

Начальное контактное нажатие (давление) создается притирающей пружиной. В зависимости от типа аппарата оно находится в пределах 3.5 – 9 кг.

Конечное контактное нажатие (давление) создается электропневматическим или электромагнитным приводом в зависимости от типа аппарата оно должно быть и менее 14 – 27 кг.

а) б)

Рисунок 4. Шаблон для измерения разрыва контактов

а) контакторов типа ПК МК 310 (МК 010) МК 015 (МК 009) и групповых переключателей, б) кулачковых переключателей и разрыва контактов контактора типа МКП 23

Линия соприкосновения контактов должна быть не менее 80 % от общей площади контакта.

Раствор контактов определяют наименьшим расстоянием между контактами в разомкнутом положении. Измеряется угловым шаблоном, проградуированным в миллиметрах (рисунок 4 а и б).

Провал контактов в каждом из аппаратов измеряют в зависимости от конструкции контактной системы. Так измерение провала контактов у контакторов типа ПК и контакторных элементов групповых переключателей производят при включенном аппарате угловыми шаблонами на 12 и 14 градусов Угол отклонения держателя подвижного контакта от упора контактного рычага (Рис 5, а) равный 13±1 градус соответствует провалу контактов 10 – 12 мм

Провал контактов кулачковых элементов у кулачковых переключателей определяют в замкнутом положении контактов по расстоянию а (Рис 5, б). Расстояние «а» 7-10 мм соответствует провалу 10-14 мм

а) б)

Рисунок 5. Определение провала контактов.

а) определение провала контактов контакторов типа ПК и контакторных элементов групповых переключателей б) - определение провала контактов кулачковых элементов к кулачковых аппаратов

Начальное контактное нажатие определяется усилием сжатия притирающей пружины. Конечное нажатие контактов замеряют динамометром при замкнутых контактах, отсчет по которому производят в тот момент, когда рукой можно будет выдернуть полоску бумаги, зажатую между контактами при давлении сжатого воздуха в электропневматическом приводе 5 кг/см². При электромагнитном приводе напряжение на включающей катушке должно быть 50В. При этом динамометр должен быть закреплен на подвижный контакт так, чтобы сила, приложенная к нему, пересекала линию касания контактов и совпадала с направлением движения контакта в момент отрыва.

Для ножевых разъединителей качество контакта проверяют усилием на рукоятке при включении оно должно быть не менее 2,1-2,5 кг/см², а при отключении - 1,3-1,6 кг/см².

Линия касания контактов должна быть для всех аппаратов не менее 80% кроме, аппаратов оговоренных в технических условиях. Определяется по отпечатку на копировальной бумаге при включённом аппарате

1.4 ПОНЯТИЕ О ДУГОГАШЕНИИ В АППАРАТАХ.

Размыкание любой электрической цепи сопровождается образованием электрической дуги. Ее длина зависит от величины тока в цепи, состояния контактов и влажности окружающей среды. Образование дуги объясняется тем, что при снятии напряжения с катушки привода аппарата, давление контактов друг на друга ослабевает, переходное сопротивление между ними увеличивается. Это приводит к их нагреву а, следовательно, и к нагреву окружающего воздуха. Воздух вокруг контактов ионизируется, то есть становится токопроводящим, и потому при расхождении контактов между ними возникает электрическая дуга. Она вызывает подгар контактов, а при длительном её горении и большом токе в разрываемой цепи к оплавлению контактов и даже порче аппарата.

При расхождении контактов длина дуги увеличивается. Однако она будет гореть до тех пор, пока ее длина не достигнет критической. При большом токе критическая длина дуги принята 20 В/см. Таким образом, чтобы обеспечить разрыв дуги в аппарате, размыкающем цепь с напряжением 3000 В, нужно вытянуть дугу до 3000В / 20 = 150 см. Растянуть дугу до такой длины путем расхождения контактов не предоставляется возможным, поэтому в таких аппаратах применяют специальные дугогасительные устройства

В зависимости от мощности дуги ее гашение производят различными способами

• увеличением длины дуги до критической длины выбором величины раствора контактов. Такой способ дугогашения применяется в аппаратах разрываемых цепи управления с небольшими по величине токами. К таким аппаратам относятся реле кнопочные выключатели, контроллер машиниста и т.п.;

• применение двойного разрыва дуги с охлаждением дуги снизу. Такой способ дугогашения применяется в контакторах МК-15-01 на электровозах ВЛ11 и в контакторах МК-009 на электровозах ВЛ11^М;

• воздушное дутье, увеличением давления газов внутри предохранителей, из-за нагрева меловой засыпки песка или фибрового корпуса предохранителя;

• применением специального дугогасительного устройства состоящего из дугогасительной катушки и дугогасительной камеры. Такой способ дугогашения применяется в быстродействующем выключателе и контакторах силовой цепи тяговых электродвигателей и высоковольтной цепи вспомогательных машин, а также в низковольтных электромагнитных контакторов, применяемых в цепях управления, обладающими большой индуктивностью или по которым протекают большие токи.

В дугогасительных устройствах дуга рассматривается как проводник с током имеющей определенную длину и сечение и находящийся в магнитном поле создаваемом дугогасительной катушкой. Под действием электромагнитной силы, направление которой определяется по правилу «Левой руки» дуга из раствора контактов перемещается в сторону дугогасительной камеры и сбрасывается на ее дугогасительные рога. В зависимости от конструкции камеры она растягивается до критической длины, огибая лабиринтные перегородки, или разделяется на параллельные ветви, охлаждается о стенки камеры и погасает. При горении дуги в камере воздух и газы, выделяемые из стенок и перегородок камеры, нагреваются. Вытесненные дугой из камеры они ионизируют воздух над ней, поэтому дуга будет гореть вне пределов камеры и перебросится на заземляющие части. Для исключения ионизации воздуха над камерой в дугогасительных камерах, например БВ, или контакторах типа МК-010 на электровозах ВЛ11^М, применяют деионные решетки. Они охлаждают нагретые дугой воздух и газы так как представляют из себя пакеты из тонких стальных пластин скрепленные текстолитовыми планками и установленные вверху дугогасительной камеры.

Рисунок 6. Дугогасительное устройство: схема дугогасительного устройства

(а) и взаимодействие магнитного потока дугогасительной катушки и дуги (б).

Дугогасительная катушка и контакты соединены последовательно, поэтому при изменении направления тока (при электрическом торможении) одновременно изменяется и направления магнитных силовых линий магнитного поля дугогасительной катушки и этим самым сохраняется перемещение дуги только в сторону расположения дугогасительной камеры.

При недостаточной мощности дугогасительных устройств аппаратов их включают по два последовательно (линейные контакторы на электровозах ВЛ10) или увеличивают длину дугогасительной камеры (дугогасительные камеры у линейных контакторов на электровозах ВЛ11 и ВЛ11^М)

Рисунок 7. Дугогасительные устройства.

а) щелевого типа б) лабиринтно-щелевого в) щелевого с деионной решеткой

1.5. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ (ЭЛЕКТРОВОЗ ВЛ-11)

Электрические аппараты магистральных электровозов постоянного тока должна соответствовать следующим техническим условиям:

• расчётное номинальное напряжение в контактной сети 3000В, но аппараты должны сохранять работоспособность при длительном его повышении до 3800В и кратковременном повышении до 4000В;

• расчетное номинальное напряжение 50В, но аппараты должны включаться при напряжении 30-В при питании их катушек от аккумуляторной батареи и 35В - при питании от генератора управления;

• номинальное давление сжатого воздуха 5 кг/см², минимальное давление этого воздуха для включения аппаратов 3,5 кг/см². Давление сжатого воздуха для испытаний на утечки 6,75 кг/см²;

• аппараты должны устойчиво работать при температуре наружного воздуха от -40° до +50°.

содержание .. 1 2 3 ..