Трансформатори і випрямні пристрої
Електровози змінного струму, на яких застосовуються переважно електродвигуни постійного струму, простіші і зручніші в експлуатації, але вони потребують застосування понижуючих трансформаторів і випрямлячів.
Тягові трансформатори (4.17) установлюються на електричному рухомому складі змінного струму (електровозах ВЛ60, ВЛ80, ВЛ85 і електропоїздах ЕР9 усіх індексів) та на електровозах з подвійним живленням (ВЛ82). Найчастіше це однофазні трансформатори з примусовою циркуляцією масла в системі охолодження типу ОЦР-5600/25, ОЦР-5000/25, ОНДЦЕ-10000/25 і ОЦР-1000/25. В чисельнику приведена типова потужність в кіловольт-амперах (кВ χ А), в знаменнику — номінальна напруга на первинній обмотці в кіловольтах (кВ).
Трансформатори потребують системного охолодження, для чого використовується трансформаторне масло і спеціальна система охолодження.
Рис. 4.17. Загальний вигляд трансформатора електровоза (а)
і схема його охолодження (б):
1 — бак; 2 — маслоохолоджувач; 3 — повітропровід; 4 — виводи вторинної обмотки; 5 — розширювач для масла; 6, 8 — кронштейни
установлення контролера; 7 — вводи первинної обмотки; 9 — масляний електронасос; 10 — маслопровід; 11 — пробка; 12 — трубки охолоджувача.
Трансформатор електровоза ВЛ85 має чотири обмотки: мережеву, тягову, збудження і власних потреб. На електровозах ВЛ60к, ВЛ80", ВЛ80т, і ВЛ801 напруга на тягових двигунах регулюється шляхом перемикання секцій вторинної обмотки трансформатора головним контролером за схемою з перехідним реактором. На електровозах ВЛ85 і ВЛ80р застосовується безконтактна система плавного регулювання напруги за допомогою випрямно-інверторного перетворювача (ВІГІ) на тиристорах. В режимі тяги перетворювач працює як регульований випрямляч і дозволяє регулювати напругу на тягових двигунах від нуля до номінального значення. В режимі рекуперації він працює як інвертор, що перетворює постійний струм генераторів, якими стали тягові двигуни, в змінний струм для повернення в контактну мережу.
Випрямні пристрої на електровозах змінного струму пройшли довгий шлях технічного становлення. Спочатку на електровозах змінного струму застосовувались одноанодні ртутні випрямлячі, які через порушення ваку уму часто руйнувались. Більш надійними стали електровози з появою кремнієвих випрямлячів (ВЛ60к, ВЛ80к). Основу такого випрямляча складають кремнієві напівпровідникові вентилі — діоди (рис. 4.18 а).
Кремнієві випрямлячі мають мостову схему, кожний міст має два «вентилі» (діоди), які пропускають струм тільки в одному напрямку. В контур моста включають 1-2 тягові двигуни постійного струму і згладжувальний реактор для вирівнювання випрямленого пульсуючого струму.
Поява кремнієвих вєнтилів-ти-ристорів, що управляються, дала змогу плавно регулювати напругу в режимі тяги і здійснювати рекуперативне гальмування (ВЛ80р, ВЛ85) за допомогою випрямно-інвертор-них перетворювачів.
Випрямно-інверторний перетворювач (ВШ-4000)являє собою міст, що складається із восьми плечей, в кожному з яких четверо паралельних електричних ланцюгів тиристорів відповідають чотирьом
Рис. 4.18. Кремнієві вентилі:
а — діод; б — вентиль,
що управляється (тиристор);
/ — наконечник; 2 — гнучкий
зовнішній вивід; 3 — з'єднувальна
втулка; 4 — ізолятор; 5 — кришка
корпусу; 6 — гнучкий внутрішній вивід
; 7 — пластина монокристала
8— корпус мідний;
9 - з'єднувальний стержень корпусу;
10 — вивід електрода, що що управляється
б) |
а) Π |
Шина- |
Рис. 4.19. Мостова схема випрямлення (а) і принципова схема випрямно-інверторного перетворювача (б)
регулювання випрямленої напруги. Вторинна обмотка тягового трансформатора поділена на три секції і зони регулювання. Таким чином, силова схема електровоза може регулюватись від 0 до 1400 В у чотирьох зонах при трьох секціях вторинної обмотки трансформатора (таблиця 4.2).
Таблиця 4.2. Зони і секції регулювання напруги ВШ-4000
Зони регулювання напруги | Секція тягового трансформатора | Плече ВІПа |
Від 0 до 350В | II | 3,4,5,6 |
Від 350 до 700В | І+ІІ | 1,2,3,4,5,6 |
Від 700 до 1050В | 11+III | 3,4,5,6,7,8 |
Від 1050 до 1400В | III+ II+І | 1,2,3,4,7,8 |
Конструктивно ВШ-4000 складається з силового блока і блока живлення. Порядок чергового включення плечей силового блока у випрямленому (тяговому) та інверторному (рекуперативному) режимах роботи визначається системою управління електровозом (блоком управління БУ ВІП) згідно із заданим алгоритмом. Безконтактна електронна система управління електровозом дає змогу зручно і швидко, протягом декількох секунд, змінювати режими руху.
Один прилад ВШ-4000 має вихідну потужність 4000 кВт та випрямлену напругу 1400 В і може живити два тягові двигуни. Наприклад, на електровозі ВЛ85 передбачається шість таких перетворювачів.
Рис. 4.20. Силовий блок ВШ-4000 (а) і блок тиристорів (б):
I — сталевий каркас; 2 — тиристорний блок; З — дільники струму;
4 — силові тиристори; 5 — панелі; 6 — конденсатори; 7 — шини змінного струму; 8 — шини постійного струму; 9 — тиристор; 10 — охолоджувач;
II — силові виводи; 12 — виводи, що управляються; 13 — панель,
на якій змонтовані всі деталі.
4.3.4. Електричні апарати і прилади електровозів
В електровозах застосовуються електричні апарати і прилади різного призначення.
До них належать:
• струмоприймачі;
• індивідуальні контактори;
• групові контактори і перемикачі;
• головний контролер;
• швидкодіючі вимикачі та захисна апаратура;
• реверсор;
• резистори;
• контролер машиніста (контролер управління);
• реле і вимірювальні прилади.
Струмоприймачі (пантографи) призначені для знімання струму з проводів контактної мережі в умовах великої швидкості і значного струмового навантаження. На електровозі їх установлюють два: один працює, другий — в резерві. Іноді піднімають і два, наприклад, для зменшення іскріння під час ожеледиці. За конструкцією бувають двоважільні та чотириважільні.
Рис. 4.22. Чотириважільний струмоприймач:
1 — основа на ізоляторах; 2 — два вали нижньої рами; З — підйомні пружини;
4 — опускаюча пружина; 5 — пневматичний привод; 6 — тяга; 7 — циліндр;
8 — амортизатори; 9 — полоз; 10 — каретка; 11 — верхня трубчата рама;
12 |
12 — з'єднувачі; 13 — ізолятори; 14 — труби нижньої рами.
Рис. 4.21. Двоважільний струмоприймач: 1 — рама; 2 — полоз; 3,4 — важелі. |
Двоважільні струмоприймачі з одним полозком (рис. 4.21) установлюються на електровозах змінного струму, а чотириважільні з двома полозками (рис. 4.22) на електровозах постійного струму.
В полоз струмоприймача вставляються змінні контакти, накладки з міді, виготовлені методом порошкової металургії, вугільні вставки чи металокерамічні пластини.
Щоб ковзання полоза по контактному проводі було без іскріння, полоз повинен постійно тиснути з постійною розрахунковою силою на провід. Для цього струмоприймач має пневматичний привод і пружини.
Перемикання в силових електричних ланцюгах здійснюється за допомогою індивідуальних електропневматичних і електромагнітних контакторів, групових контакторів і контролерів із застосуванням різних видів систем дистанційного управління, перемикачів і вимикачів з дистанційним управлінням.
Основна вимога до цих приладів — це їх надзвичайно велика швидкість вмикання і вимикання для уникнення процесу дугоутво-рення.
На електрорухомому складі найбільш поширені індивідуальні-g електропневматичні контактори типу ПКі електромагнітні контактори типу МК-63.Контактор типу ПК (рис. 4.23) має дугогасильні пристрої, пневматичний привод з електромагнітним вентилем, на якому установлені блок-контакти. Така конструкція дозволяє миттєво вмикати і вимикати контакти, попереджувати і гасити дугу.
Електромагнітні контактори застосовують у допоміжних електро-ланцюгах високої напруги, можуть
Рис. 4.23. Електропневматичний контактор ПК: 1 — дугогасильна котушка; 2 — нерухомий контакт; 3 — рухомий контакт;
Електропневматичний контактор ПК: 1 — дугогасильна котушка; 2 — нерухомий контакт; 3 — рухомий контакт;
4 — ізольована тяга; 5 — дугогасильна камера; 6 — блок-контакт;
7 — пневматичний привод з електромагнітним вентилем; 8 — ізольований
стержень; 9 — кронштейн; 10 — бронзовий важіль; 11 — кронштейн.
бути одно- і двополюсними, з дугогасінням і без нього, з електричним блокуванням і без нього.
Групові контактори (контролери)об'єднують ряд контакторів такої ж у принципі будови і дії за допомогою кулачкових приводів. Вони застосовуються для перемикання ступенів пускових резисторів, регулювання тягових двигунів, ослаблення збудження, перемикання ступенів напруги тягового трансформатора.
Перемикаються групові контактори за допомогою електропневматич
них і електромагнітних приводів. На електровозах постійного струму най
частіше установлюються двопозиційні групові контактори ПКГ-6; на мо
торних вагонах електропоїздів, де їх необхідно розміщати під вагонами, за
стосовуються малогабаритні багатопозиційні контактори; на електровозах
ВЛ60к і ВЛ80 — головні контролери (групові контактори для перемикання
ступенів напруги трансформатора) типу ЕКГ-8 (рис. 4.24). Головний кон
тролер має ЗО кулачкових контакторів без дугогасіння і 4 — з дугогасінням,
кулачкові вали і так званий серводвигун (від англ. serve — обслуговувати).
З 2 1
Рис. 4.24. Головний контролер ЕКГ-8Ж:
1 — електричний привод (серводвигун з редуктором); 2 — кулачковий контактор з дугогасінням; З — кулачковий контактор без дугогасіння.
До захисної апаратурина електрорухомому складі належать швидкодіючі вимикачі і контактори, високовольтні повітряні вимикачі, автоматичні вимикачі, розрядники, плавкі запобіжники, захисні реле тощо. Вони призначені для захисту від перенапруження, порушення режимів охолодження, пробою ізоляції і напівпровідникових приладів, короткого замикання, перевантаження тягових двигунів і допоміжних машин та інших ситуацій з виникненням аварійного режиму, небезпеки для основного обладнання і в цілому для електровоза. Всі ці пристрої діють на головний швидкодіючий вимикач, після спрацювання якого припиняється живлення електроенергією електровоза чи електропоїзда.
Швидкодіючі вимикачірізних конструкцій типу БВП-3, БВП-5 застосовуються для захисту силових електроланцюгів постійного струму, високовольтні головні вимикачі типу ВОВ-25-4 - змінного струму. Вимикач ВОВ-25-4 має роз'єднувач і розривні дугогасильні контакти, які установлені в горизонтальному ізоляторі, що одночасно є дугогасильною камерою. Механізми вмикання і вимикання розміщені в так званому силуміновому корпусі, який закріплений на даху електровоза чи моторного вагона При ввімкненому положенні з'єднується з контактом, при відімкненому - із заземленим кронштейном. Час спрацювання вимикача при короткому замиканні не більше 0.004 с
Ряд швидкодіючих контакторів на електровозах і електропоїздах установлюються для захисту тягових двигунів і випрямних пристроїв. Для захисту допоміжних електроланцюгів застосовують вимикачі менших розмірів з електромагнітним приводом, а електроланцюгів управління -автоматичні вимикачі більш простої конструкції.
Розрядникипризначені для захисту електрообладнання від перенапруження. В них використовується властивість напівпровідникових керамічних матеріалів (суміш карборунда, графіту і глини) зменшувати опір при підвищенні напруги.
Плавкі запобіжникитакож використовують для захисту електроланцюгів високої і низької напруги від перевантаження і коротких замикань переважно в електроланцюгах допоміжних і управління. Вставлені в патрон плавкі пластинки перегоряють, дуга швидко гаситься між пісчинками, одночасно перегоряє дротик, на якому кріпиться патрон. Час спрацювання 0,02 с
Реверсорипризначені для реверсування зміни напрямку обертання тягових двигунів.
Реверсування може здійснюватись двома способами: зміною напрямку струму в обмотках збудження, не змінюючи його напрямку в обмотках якоря, і навпаки. На електровозах, як правило, для реверсування двигунів змінюють напрямок магнітного потоку, тобто струму в обмотках збудження, за допомогою спеціального апарату - реверсора кулачкового типу з контактними елементами, які приводяться в дію кулачковим валом таким же чином, як і в групових перемикачах.
(рис. 4.25) 1-порожнистий горизонтальний ізолятор;
2 - контакт; З - кронштейн заземлення; 4 - ніж роз'єднувача; 5 - поворотний високовольтний ізолятор; 6 - силумшовий корпус; 7 - трубка для стисненого повітря; 9 — опорний ізолятор; 10- нелінійний резистор.
Рис. 4.26. Ящик пускових фехралевих резисторів
1-елемент фехралевого резистора; 2-ізолятор; 3-шина,.яка з’єднує елементи.
Резисторив електровозах і електропоїздах застосовують в силових електроланцюгах для пуску тягових двигунів (пускові реостати), навантаження при реостатному гальмуванні, а також шунтування обмоток збудження тягових двигунів при послабленні збудження (регулюванні швидкості). В допоміжних електроланцюгах вони застосовуються для обмеження пускового струму допоміжних машин, а також в конструкції різних апаратів і реле. Резистори збирають з елементів, які об'єднують в ящики (рис. 4.26) або монтують на панелях разом з апаратами.
Елемент резистора (рис. 4.27) складається з фехралевої стрічки, намотаної на ребро у вигляді пружини. Витки її складені в канавки керамічних ізоляторів. До кінців стрічки припаяні мідні виводи з отворами для сполучення елементів шинами. Для фехралевих резисторів допускається висока температура нагрівання 600-700 °С, проте, щоб не допустити їх згоряння, нагрівання обмежують не вище 450 °С, для чого їх вентилюють спеціальними вентиляторами.
Рис. 4.27. Конструкція елемента КФ резистора силового електроланцюга: а — схема будови; б — загальний вигляд; 1 — фехралева стрічка; 2 — керамічний ізолятор з канавками; З — металевий утримувач; 4 — мідні виводи з отворами. Для малих навантажень на електровозах застосовують трубчаті дротяні резистори різних типів. |
До апаратів управління належать контролери машиніста, кнопкові вмикачі-вимикачі для дистанційного управління силовими апаратами, а також реле для автоматичного управління.
Контролер машиніста(контролер управління) призначений для дистанційного управління роботою тягових двигунів при пуску, електричному гальмуванні і реверсуванні, та перемикання силових електроланцюгів при регулюванні швидкості електровоза.
На електровозах постійного струму, а також на електровозах змінного струму ВЛ60к, ВЛ80к (без електричного гальмування) контролер машиніста (рис. 4.28) виконують з двома валами: головним і реверсивним, суміщеним з валом ослаблення збудження. Контролер має дві рукоятки управління — головну, за допомогою якої здійснюється пуск і регулювання (має багато позицій), і реверсивну, яка має три позиції («вперед», «на місці», «назад»). Реверсивна рукоятка може зніматись (при нульовому положенні) і цим самим блокувати роботу головної рукоятки і всього контролера.
На електровозах ВЛ80', ВЛ80с, ВЛ80" з електричним гальмуванням контролер має три вали: головний, реверсивний і гальмовий.
Так на електровозі ВЛ80р контролер машиніста має головну рукоятку у вигляді штурвала з покажчиком зон і положень, гальмову рукоятку з покажчиком положень електричного гальмування. Реверсивна рукоятка вставляється у спеціальний виріз гальмового вала, а на плиті контролера влаштований покажчик положень реверсора (див. далі на рис. 4.32).
Релев електроланцюгах електровоза призначені для автоматизації процесів управління, захисту електрообладнання тощо. За характером будови і дії бувають електричні, теплові, пневматичні. До найбільш важливих реле електровозів можна віднести: реле максимального струмового захисту, реле перенавантаження тягових двигунів, диференціальні реле для виявлення замикання на землю в електричних машинах, реле прискорення та гальмування, реле буксування для сигналізації
Рис. 4.28. Контролер машиніста електровоза ВЛ8(Ґ: 1 — головна рукоятка; 2 — реверсивна рукоятка; 3 — контакторний елемент; 4 — головний кулачковий вал; 5 — реверсивний кулачковий вал. |
про буксування, реле введення резисторів для обмеження струму, реле подачі піску на рейки, інші реле і електромагнітні вентилі.
Вимірювальні приладипризначені для контролю за роботою електричного обладнання електровозів і електропоїздів: амперметри, вольтметри, лічильники електроенергії. Вимірювальні контрольні прилади розміщуються на пульті в кабіні машиніста, деякі у високовольтній камері.
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 2912;