Класифікація та умови роботи тягових електричних апаратів
Завантажити конспект в форматі “docx” ви можете в кінці опису
Тягові електричні апарати призначені для роботи на тяговому рухомому складі. На електрорухомому складі вони призначені для управління електричними ланцюгами. їх підрозділяють на комутаційні, які здійснюють перемикання в ланцюгах (наприклад, контактори), і параметричні, що змінюють параметри ланцюгів.
Комутаційні апарати бувають контактні, які замикають або розмикають електричні кола контактами, та безконтактні, які розмикають електричні ланцюги шляхом різкого зниження своєї провідності (напівпровідникові ключі, магнітні підсилювачі в релейному режимі).Залежно від основних функцій апарати відносять до силових, допоміжних кіл та електричних кіл управління.
Контактні пристрої, які комутують електричні кола живлення тягових електродвигунів, називають силовими електричними апаратами. Це особлива група електроапаратів, які розраховані на струми комутації в декілька тисяч ампер та напругу в тисячі вольт. До неї відносяться струмоприймачі, які з’єднують електричні кола ЕРС із контактною мережею; заземлюючі пристрої; комутаційні апарати для групування машин при пуску та гальмуванні; резистори й реактори, застосовувані для регулювання в цих режимах.
Електричні апарати, які призначені для захисту обладнання та систем електрорухомого складу, відносять до апаратури захисту. Окремо відрізняються електричні апарати безпосереднього захисту — головні та швидкодіючі вимикачі і контактори, які розраховані на великий струм та напругу комутації. Апарати непрямого захисту працюють як датчики певних величин.
Апарати, призначені для включення електродвигунів вентиляторів, компресорів, розщеплювана фаз, масляного насосу тягового трансформатора, системи опалювання, кондиціювання та іншого допоміжного обладнання, є електричними апаратами допоміжних кіл. Ці апарати працюють при струмах і напругах середньої величини і мають, як правило, електромагнітний привід.Електричні апарати низьковольтних кіл управління та сигналізації розраховані на невеликі значення струму.
До них відносяться електромагнітні та герконові реле, електронні блоки, модулі, кнопкові вимикачі, контролери машиніста та інше низьковольтне обладнання. Апарати електричних кіл управління мають переважно розпорядчо-інформативне призначення в системі керування ЕРС.
До них відносять: комплекси автоматики; контролери машиніста для керування рухом поїзда; кнопкові вимикачі, які управляють окремими апаратами або процесами; автоматичні регулятори електричних та неелектричних величин, які підтримують їх у заданих межах (регулятори напруги, тиску повітря); блокування різних видів, що забезпечують правильну послідовність спрацьовування апаратів; пристрої та апарати поїзних ліній зв’язку. У комутаційних апаратах використовують електромеханічні та пневматичні елементи, які здійснюють перемикання електричних кіл, переміщуючи його рухливі частини.
Виготовляти та обслуговувати такі елементи нескладно, але вони мають ряд недоліків: це механічна та магнітна інерційність, нестабільність характеристик внаслідок зношуваності частин, незахищеність від впливу зовнішніх і внутрішніх збурювань, відносно низька надійність та особлива ремонтопридатність. Однак тільки такі елементи забезпечують гальванічну розв’язку ланцюгів, відповідають вимогам електробезпеки відносно знеструмлення ланцюгів і зняття напруги. Кращими властивостями володіють напівпровідникові елементи, які мають мінімальну інерційність.
Характеристики цих елементів не змінюються протягом тривалого часу, ці елементи забезпечують високу надійність. Безперервний процес удосконалювання напівпровідникових елементів робить їх найбільш перспективними, хоча вони й не забезпечують абсолютного роз’єднання електричних кіл, які відключають. Комутаційні апарати, які спрацьовують тільки при нормальних режимах роботи ЕРС, називають апаратами оперативної комутації.Якщо вони перемикають лише знеструмлені ланцюги, то їх виконують без пристроїв гасіння дуги.
Апарати прямого струмового захисту завжди виконують із дугогасильними пристроями. Тягові електричні апарати працюють в умовах обмеження по габаритних розмірах і масі, на них діють: динамічні збурювання (вібрації, тряски і т. п.), підвищена забрудненість, нестабільність напруги контактної мережі та напруги кіл управління, широкий діапазон температур навколишнього середовища, нестабільність тиску стисненого повітря та інші фактори. Тягові апарати розміщені на електрорухомому складі в обмеженому просторі.
Також вас може зацікавити:
Контакти та контактні елементи (docx)
За умовами електробезпечності більшу частину тягових електроапаратів силових кіл у кузові електровоза розміщають у високовольтних камерах (ВВК), де вони перебувають під високою напругою. Найпоширеніше дворядне розташування апаратів у ВВК. Іонізована зона вихлопу дугогасильних пристроїв комутаційних апаратів допускається не менш 100 мм і може збільшуватися за узгодженням із замовником. Щоб уникнути перекидання дуги на заземлені конструкції установочних каркасів і сусідні апарати, між ними передбачають додатковий зазор 150…250 мм.
Додаткова площа шириною 100…200 мм необхідна для зняття дугогасильних камер при їх технічному обслуговуванні. Для апаратів, розташовуваних під кузовом електропоїзда, найбільші габаритні обмеження доводитися витримувати по висоті підлоги вагона над головкою рейки. Внутрішні зазори між апаратами і захисними кожухами такі ж, як і для ВВК електровозів, якщо вихлопи не виходять за межі оболонки.
Обмежені габарити ускладнюють конструкцію тягових апаратів і особливо комутаційних апаратів. Діючі на апарати динамічні прискорення та сили мають випадковий характер, різні за напрямком та за модулем. Для апаратів, які встановлені у кузові, найбільшими є вертикальні прискорення та ті, які діють уздовж осі електровоза. Хоча динамічні сили порівняно невеликі, конструкція апаратів повинна бути стійка до тряски.
Для магістральних локомотивів вібрації виникають найчастіше в низькочастотному діапазоні в межах 24… 100 Гц. Виходячи із цього всі нарізні сполучення в тягових апаратах повинні бути надійно закріплені від саморозгвинчування, контактні з’єднання не повинні допускати в експлуатації зниження контактного натискання. Електричні апарати випробовують на виявлення резонансних частот, вібростійкість, тривалу віброміцність при одиночних прискореннях до 1 g та ударних навантажень до 3 д.
Тягові апарати, які встановлюють в кузові, під кузовом або на даху, в основному підресорені. Іноді при встановленні окремих апаратів передбачають елементи амортизації, наприклад, еластомірні прокладки. Не підресорені лише пристрої для відводу струму та струмоприймачі метрополітенів. Більшість тягових електроапаратів практично неможливо повністю захистити від зовнішніх забруднювачів. Герметизація ВВК або інших аналогічних камер неприпустима. Повітря в таких камерах інтенсивно іонізується в результаті нагрівання та виникнення дуги.
Це сприяє перекиданню електричної дуги на корпус або струмоведучі частини сусідніх апаратів. В апаратних камерах необхідний природний або примусовий обмін повітря для їх деіонізації та охолодження. При русі поїзда зі швидкістю вище 80 км/г кожен квадратний метр повітря на рівні кузова містить 25…30 мг пилу. При сильних снігопадах маса снігу в 1 м2 повітря досягає 24…25 г. Повністю захистити апарати від цих забруднювачів неможливо.
Негативно впливає на стан ізоляційних поверхонь конденсація вологи і утворення паморозі при різких змінах температур. При експлуатації електровозів в морських районах на електричне обладнання впливає засоленість повітря. Через підвищену забрудненість тягові електроапарати встановлюють на відстані 2,5..З рази більшій, ніж апарати загальнотехнічного призначення. Крім того, на всі деталі апаратів, які піддаються корозії, наносять антикорозійні покриття.
До складу типових випробувань апаратів включені кліматичні випробування, особливо випробування на вологостійкість. На роботу електричного обладнання значно впливає нестабільність вхідних напруг. Відхилення вхідної напруги від номінального значення строго нормують. Норми коливань напруг на струмоприймачах магістральних локомотивів постійного струму встановлені в межах від +33 до -36 %. Змінного струму — від +16 до -25 % від номінального значення. При роботі за системою багатьох одиниць. Коливання напруги в колах управління на затисках апаратів можуть становити від 10 до 50 %.
Ці відхилення істотно перевищують встановлені норми для промислових установок. Витримувати ці норми технічно досить складно або економічно не виправдано. Для того, щоб апарат спрацював при мінімальній напрузі, через нестабільність напруги. Необхідно передбачити більш ніж подвійний запас магніторушійної сили. Нестабільність напруги дуже впливає на роботу керованих напівпровідникових приладів та магнітних підсилювачів всіх видів. Стандарти на тягові апарати передбачають можливість їх різного кліматичного виконання.
Для всіх апаратів, які використовуються на ЕРС. Приймають найбільшу температуру навколишнього повітря +60 °С і найменшу -50 °С. Діапазон коливань температур окремих частин апаратів може виходити за межі нестабільності температур навколишнього повітря. Наприклад, для котушки комутаційного апарата найвища температура визначається умовами забезпечення працездатності, тобто припустимим перевищенням температури над температурою навколишнього середовища.
Значення цієї температури залежать від теплостійкості ізоляції. Так, для багатошарових котушок температура нагрівання становить +85 °С при ізоляції класу А і +150 °С при ізоляції класу Н. Нестабільність температури викликає нестабільність електричних опорів нагрітої обмотки. Котушки тягових апаратів зазвичай виготовляють із мідного проводу з низьким опором та високим класом ізоляції. У комутаційних апаратах широко використовують електропневматичні приводи. В яких сила натискання контактів створюється стисненим повітрям.
Номінальний тиск стисненого повітря для тягових апаратів складає 0,5 мПа. В умовах руху локомотива неможливо точно витримувати цей тиск, тому нормовано його відхилення від 0,35 мПа до 0,675 мПа. Крім того, апарат у продовженні декількох хвилин без ушкоджень повинен витримати іспитовий тиск Рісп =1,5 Рном=0,75 мПпа. Значні нестабільності тиску вимагають збільшення конструктивних запасів. В електропневматичних приводах ці запаси особливо великі внаслідок великої питомої ваги і значної нестабільності внутрішніх сил тертя.
Останні носять випадковий характер. Тому що залежать від не завжди стабільної якості змащення, випадкових температурних умов. Якості та стану ущільнювальних манжет, великої кількості інших факторів, що також мають випадковий характер. У пневматичних системах відбуваються місцеві наднормативні падіння тиску стисненого повітря в результаті його місцевих витоків. Тому для окремих електропневматичних апаратів і їхніх систем обов’язкові контроль та нормування витоків стисненого повітря.
Якість живлення електричного апарату оцінюється відхиленнями струму і напруги на затисках апаратів від тих, на які вони розраховані. А для апаратів змінного струму також від якості синусоїдального струму. Багатофазне випрямлення на тягових підстанціях доріг постійного струму. Забезпечує відсутність помітних пульсацій напруги живлення електрорухомого складу. Двонапівперіодне випрямлення однофазного струму напівпровідниковими випрямлячами локомотивів однофазного змінного струму.
Приводить до виникнення помітних пульсацій живлення тягових електродвигунів. Що приводить до погіршення умов комутації двигуна. Пульсації струму та напруги впливають також на роботу апаратів. При зміні характеру пульсацій може змінюватися уставка реле або іншого подібного апарата. У ряді випадків уставки виявляються нестабільними і неточними, що викликає необхідність встановлювати спеціальні пристрої для їхньої стабілізації. На стороні змінного струму якість живлення оцінюють гармонійним складом напруги.
Який характеризується відношенням амплітуд вищих гармонік до амплітуди першої гармоніки. При наявності інвертування, наприклад, для рекуперативного гальмування, нестабільність синусоїди струму рекуперації значно вища. Зростають також і наступні гармоніки. Все це впливає на роботу не тільки силових апаратів, але й апаратів захисту, таких як головні вимикачі. При роботі тягових електроапаратів виникають перехідні процеси. Перехідними вважають процеси, на хід яких помітний вплив роблять накопичувані енергії, що входять в електроустаткування.
При комутації електричного ланцюга, в який входять котушки реле або інші індуктивності, а також конденсатори напруг. Напруга короткочасно перевищує номінальну в десятки разів. Що може вивести з ладу окремі елементи електричних кіл, особливо електронні блоки та модулі. Нерівномірність розподілу струмових навантажень електроапаратів приводить до нерівномірності електромагнітних, теплових та іонізаційних полів в апаратній камері електровоза.
Які впливають на роботу електронних блоків та реле з малими струмами живлення. Все це значно ускладнює умови експлуатації порівняно з умовами, в яких працюють апарати загальнотехнічного призначення. Тому при розробці тягових електроапаратів вживають підвищені конструктивні запаси, що приводить до збільшення їх ваги та струму живлення. Деякі конструктивні рішення являють собою специфічну особливість тягових апаратів. Наприклад, широко застосовують електропневматичні приводи, частіше використовують групові приводи апаратів.
Також вас може зацікавити:
Електрорухомий склад (електровози, електропоїзди) Електронний підручник (docx)
