Условия работы. Электрические аппараты работают на тепловозах в тяжелых условиях, поэтому они должны удовлетворять не только общим (надежность, простота конструкции, взаимозаменяемость, стабильность характеристик), но и особым требованиям: выдерживать вибрации, значительные колебания температуры (от -50 до +70 °С) и напряжения, воздействие влаги, пыли, грязи, масла. Напряжение в силовой цепи меняется от 0 до 900 В, а в цепи управления снижение напряжения допускается до 80 % номинального. Колебание давления сжатого воздуха допускается от 75 до 135 % номинального. Вибрации вызывают колебания (в основном вертикальные) деталей аппаратов, которые могут вызвать ослабление болтовых соединений, обрыв проводов и ложное срабатывание аппаратов. Чтобы этого не произошло, все крепежные детали - болты, винты, гайки, шпильки -- ставят с пружинными шайбами; на ряде аппаратов устанавливают шплинты, контргайки, шайбы с отгибающимися концами и др.
Ложное срабатывание аппаратов исключается тем, что подвижные части, имеющие слабые пружины, балансируют, т. е. подбирают так, чтобы масса подвижных частей относительно оси вращения распределялась равномерно. Часть аппаратов устанавливают на амортизаторах. Наиболее чувствительные и точные аппараты закрывают кожухами (регулятор напряжения, реле давления масла, реле ограничения тока). Надежный электрический контакт обеспечивается путем пайки токоведущих частей припоями и монтажа проводов таким образом, чтобы исключалась возможность их перемещения при вибрации (небольшие припуски, прибандажировка к неподвижным частям).
Детали из меди или медных сплавов покрывают оловом (лудят) или красят эмалями и лаками, за исключением рабочих контактов. Детали, изготовленные из черных металлов, оцинковывают или окрашивают, а иногда хромируют или никелируют. Стальные оси шарнирных соединений, как правило, выполняют без покрытий, но в отверстие соединения запрессовывают втулку из латуни или бронзы.
Контакт электрических соединений. Место перехода тока от одного проводника к другому называется контактом, а электрическое сопротивление в этом месте -- переходным сопротивлением. Переходное сопротивление зависит от силы нажатия, материала, температуры и качества обработки соприкасающихся поверхностей. Материалом контакт-деталей чаще всего служит медь, имеющая небольшое сопротивление, достаточную механическую прочность и износостойкость. Медь с присадкой кадмия увеличивает износостойкость. Медные контакты покрываются слоем окислов. Серебро имеет меньшее сопротивление, чем медь, но оно дороже и уступает меди по износостойкости. Серебряные контакты в виде тонких пластинок, напаяных на медные держатели, используются в цепях управления тепловозов. Металлокерамические контакты, представляющие композицию серебра с другими металлами (окись кадмия, никеля, вольфрама), находят широкое применение в тяговой электроаппаратуре.
Электрический ток вызывает нагрев контактов, что в свою очередь приводит к окислению поверхностей, а следовательно, к росту контактного сопротивления. При увеличении контактного сопротивления повышаются тепловые потери, контакты могут перегреться, а при больших сопротивлениях оплавиться. Для уменьшения сопротивления применяют пружины, создающие достаточное нажатие на контакты. Чтобы неподвижные контактные соединения не окислялись, их медные детали подвергают лужению. Подвижные контактные соединения (контакты контакторов, реверсоров, рубильников) смазывают легким слоем технического вазелина.
Основными параметрами, характеризующими работу подвижного контактного соединения, являются: конечное нажатие, начальное нажатие, раствор (зазор), провал. Усилие, создаваемое контактной пружиной в точке конечного касания контактов (при полностью включенном контакторе), называется конечным нажатием. Усилие, создаваемое контактной пружиной в точке первоначального касания контактов, называется начальным нажатием. Конечное и начальное нажатия - важные эксплуатационные показатели. Нагрев контактов в значительной степени зависит от конечного нажатия. Уменьшенное начальное нажатие приводит к вибрации подвижного контакта при замыкании, что может вызвать оплавление контактов, а увеличенное значение его - к нечеткому срабатыванию контактора и к застреванию в промежуточных положениях.
Кратчайшее расстояние между контактными поверхностями подвижной и неподвижной деталей в их разомкнутом положении называется зазором (раствором). Большой зазор может не обеспечить нормального нажатия и притирания, а малый может вызвать переброс дуги (перекрытие) между контактными поверхностями.
В процессе включения контактов происходит их относительное скольжение и перекатывание. Скольжение разрушает пленку поверхностного окисления, перекатывание удаляет рабочую точку
Рис. 7.1. Схема измерения провала контактов электрических аппаратовконтактов от места включения и отключения, т. е. от места разрыва дуги. Это уменьшает износ контакт-деталей и предохраняет их рабочую поверхность от обгорания. Процесс совместного скольжения и перекатывания контактов от точки соприкосновения до конечного рабочего положения называется притиранием контактов. Для лучшего притирания подвижную контакт-деталь 2 (рис. 7.1) нужно сконструировать так, чтобы после соприкосновения до положения полного включения подвижная поверхность детали перекатывалась и скользила по неподвижной поверхности 1, а контактный рычаг (или якорь) переместился на определенное расстояние. Если при полностью включенном аппарате убрать неподвижную контакт-деталь, то подвижная будет перемещаться до тех пор, пока контактодержатель 3 не соприкоснется с рычагом. Это расстояние Я называется провалом. Помимо притирания, провал обеспечивает также в пределах допусков работу контактора при изношенных контакт-деталях.
По форме сопрягаемых поверхностей разъемные контактные соединения делятся на три вида. Точечные, у которых соприкосновение происходит в одной точке (рис. 7.2, а). Эти контакты применяются при небольших токах (контакты реле). Клиновые плоские (поверхностные) используются на тепловозах в ряде аппаратов с небольшим контактным нажатием (рубильники, выключатели, плавкие предохранители). Линейные, у которых соприкосновение происходит по прямой линии (практически по очень узкой полоске), например касание двух цилиндрических контактных поверхностей (рис. 7.2, б, в). Линейный контакт при небольших нажатиях имеет относительно малое сопротивление. Они широко применяются в современных электрических аппаратах.
Дугогасительные устройства. Разрыв электрической цепи под током почти всегда сопровождается образованием электрической дуги, так как перед размыканием контактов из-за уменьшения силы
124
нажатия и поверхности соприкосновения резко увеличивается переходное сопротивление, вследствие чего контакты в этом месте сильно нагреваются. При токе в цепи больше 0,1 А и напряжении между разомкнутыми контактами более 20 В воздух между контактами ионизируется, происходит дуговой разряд. Температура дуги достигает 2000-3000 °С, и во избежание повреждения контактов дугу нужно быстро погасить.
Для лучшего гашения дуги необходимо, чтобы контакты размыкались с большой скоростью только до момента достижениякритической длины дуги, при которой она гаснет уже без дальнейшего раздвижения контактов. Затем скорость размыкания желательно уменьшить, так как большие скорости размыкания в цепях, обладающих значительной самоиндукцией, вызывают опасные перенапряжения. Чтобы раздвинуть контакты до расстояния, соответствующего критической длине дуги, потребовались бы большие размеры аппаратов, поэтому для увеличения длины дуги применяют дугогасительные устройства. В электрических аппаратах тепловозов используют способ магнитного гашения дуги, основанный на законе взаимодействия проводника с током (дугу можно рассматривать как проводник с током) и магнитного поля.
Дугогасительная катушка 2 включена в цепь тока, разрываемого главными контактами 1 (рис. 7.3). Стенки дугогасительной камеры имеют стальные полюсные наконечники 5, замкнутые сердечником катушки 3. Между полюсами возникает магнитное поле, направление которого выбирают таким, чтобы дуга выталкивалась в дугогасительные рога 4. Под действием магнитного дутья и потоков нагретого воздуха внутри камеры электрическая дуга перемещается к концам дугогасительных рогов, удлиняясь и охлаждаясь, что приводит к быстрому ее гашению.
Чтобы ускорить гашение, дугогасительную камеру разделяют перегородками. Дугогасительная камера препятствует перебросу электрической дуги на близко расположенные металлические части. Дугогасительные камеры изготовляют из асбоцемента, который обладает высокой теплостойкостью и хорошими изолирующими свойствами.
Классификация аппаратов. Аппараты, включенные в силовую цепь тепловоза (ее напряжение достигает 900 В) непосредственно или через добавочные резисторы, условно называют высоко-
125
вольтными. Аппараты, работающие в цепях управления, освещения и вспомогательных нагрузок, напряжение которых 75 110 В, называют низковольтными.
Высокое напряжение может вызвать, перекрытие токоведущих частей на корпус тепловоза и тем самым серьезно повредить электрическое оборудование. Чтобы избежать этих явлений, в высоковольтных аппаратах предусмотрены значительные расстояния (согласно техническим условиям) между токоведущими частями и корпусом, а в некоторых случаях эти части надежно изолируют. Так, например, болты силовых контакторов (ПК.-753) выполняют с изоляционной головкой; болты, крепящие аппараты к каркасу высоковольтной (аппаратной) камеры, закрывают электрокартоном или заливают изоляционной массой. Изоляция катушек контакторов и реле, включенных в высоковольтную цепь, повышена по сравнению с низковольтными аппаратами.
По назначению электрические аппараты можно разделить на коммутационные, автоматического регулирования, защиты, контрольно-измерительные и сигнальные и разные. В зависимости от привода аппараты подразделяются на аппараты с непосредственным (ручным) приводом (выключатели, рубильник аккумуляторной батареи) и аппараты косвенного, или дистанционного, управления.
К аппаратам с дистанционным управлением относятся силовые контакторы, подключающие тяговые электродвигатели к тяговому генератору, которые включаются и выключаются аппаратами управления - контроллером машиниста и кнопочным выключателем, производящими соответствующие переключения в цепях управления.
На современных тепловозах применяется система дистанционного управления, исключающая соприкосновение машиниста с высоковольтным оборудованием и позволяющая автоматизировать управление агрегатами тепловоза (тяговым генератором, тяговыми электродвигателями, дизелем, вспомогательными машинами), вести контроль за их действием, а также защитить машины от ненормальных режимов работы. Кроме того, дистанционное управление упрощает размещение аппаратов на локомотиве и позволяет осуществить управление несколькими секциями тепловозов с одного поста, называемое управлением по системе многих единиц. Основными техническими характеристиками аппаратов являются: ток и напряжение (продолжительное и максимальное), раствор, провал и нажатие контактов, ток срабатывания (для реле).
⇐ | Неисправности и ремонт | | Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт | | Коммутационные аппараты | ⇒