Лекция № 9 Схемы цепей вспомогательных машин и отопления

Схемы э. п. с. постоянного тока. Построение схемы в значительной мере зависит от напряжения двигателей вспомогательных агрегатов, которые, как уже указывалось, преимущественно выполняют на пол­ное напряжение сети. Однако они могут иметь и половинное напряже­ние или получать питание от источника низкого напряжения постоян­ного либо переменного тока.

Малые токи нагрузки позволяют применять для включения вспо­могательных машин электромагнитные контакторы. Эти контакторы обеспечивают возможность пуска мотор-компрессоров при отсутствии сжатого воздуха в резервуарах электровоза или моторного вагона.

Для ограничения пускового тока вспомогательных двигателей при­меняют демпферные резисторы и пусковые панели. В случае примене­ния пусковой панели уменьшаются размеры резистора, поскольку он, или его значительная часть, автоматически выключается при пуске и рассчитывается только на кратковременный режим. Одновременно уменьшаются потери энергии. При периодической работе с частыми пусками, характерной для мотор-компрессоров, пусковые панели малоэффективны. Для вспомогательных машин относительно малой мощности усложнение, связанное с применением пусковых панелей, нецелесообразно и при непрерывном режиме работы.

Вспомогательные машины от к. з. и перегрузок защищают высоко­вольтными плавкими предохранителями, контакторами в сочетании с реле перегрузки или дифференциальными реле и быстродействую­щими выключателями. Обычно предусматривают общий для всех вы­соковольтных вспомогательных цепей демпферный резистор, ограни­чивающий ток к. з.

На электровозах В Л10 в каждой секции установлено по одному мо­тор-вентилятору тяговых двигателей, мотор-компрессору и преобразо­вательному агрегату — мотор-генератору для возбуждения тяговых двигателей при рекуперации. Двигатели вспомогательных машин вы­полнены на полное напряжение сети. Мотор-компрессоры имеют в це­пях постоянно включенные демпферные резисторы; для пуска мо­тор-вентиляторов и преобразователей применены пусковые панели. Пусковые панели мотор-вентиляторов накоротко замыкают резисторы полностью, а преобразователей — частично, оставляя часть резистора в цепи для ограничения тока к. з. Мотор-вентиляторы двух секций могут быть соединены последовательно для осуществления режима малой скорости.

Кабины машиниста обогреваются калориферами и электропечами. Вспомогательные цепи от к. з. защищены общим быстродействующим выключателем и дифференциальным реле. Ток к. з. ограничен общим Демпферным резистором. Мотор-генераторы совместно с тяговыми дви­гателями защищаются от к. з. быстродействующим выключателем и Дифференциальным реле.

На рис. 427 приведена схема вспомогательных цепей высокого на­пряжения прицепного вагона электропоезда ЭР2, на котором установ­лены высоковольтные вспомогательные машины. Цепи прицепного вагона соединены с цепями моторного высоковольтными междува­гонными соединениями РСБ и ШС. Общий демпферный резистор и плавкий предохранитель ВП, защищающий вспомогательные цепи моторного и прицепного вагонов, расположены на моторном вагоне. Цепь питания прицепного вагона включается электромагнитным кон­тактором МК2 только после полного включения штепселей прицеп­ного вагона в розетки моторного.

Цепь делителя напряжения Д, который служит приводным двига­телем генератора управления, включается контактором МК1. Пуско­вой ток ограничивается демпферными резисторами, включенными пе­ред якорными обмотками делителя. Мотор-компрессор включается на среднюю точку делителя напряжения контактором М/С?, его пусковой ток ограничен демпферным резистором.

l -I Вспомогательные машины защищены электромагнитными реле пере­грузки РПД и РПК, которые имеют уставку, превышающую пусковые токи машин и поэтому реагируют только на ток к. з. при пробое изоля­ции якорей машин или круговом огне с перебросом дуги на корпус.

На перегрузку реагируют тепловые реле ТР1 и ТР2. При перегруз­ке их контакты размыкаются и вводят в цепь дополнительные секции катушек реле РПД и РПК, вызывая срабатывание последних. Контак­торы МКЗ — МК5 включают цепи электропечей и нагревателей ка­лориферных установок, через которые проходит воздух, подаваемый мотор-вентиляторами низкого напряжения для вентиляции пасса­жирских помещений.

На электропоездах ЭР22 применены вспомогательные машины с асинхронными короткозамкнутыми двигателями [36]. Для их питания на каждом прицепном вагоне поезда установлен машинный преобразо­ватель, состоящий из двигателя высокого напряжения Д (рис. 428), по­лучающего питание от тяговой сети, и трехфазного синхронного гене­ратора СГ переменного тока 220 В, 50 Гц. Пуск двигателя производится включением контактора КП и с выдержкой времени контактора ПКП, замыкающего накоротко пусковой резистор RL

Двигатель преобразователя защищен от перегрузок и к. з. предо­хранителем Пр и контактором КП, который выключается под воздей­ствием реле максимального тока РПП. Влияние колебаний напряже­ния сети на двигатель, который в основном имеет независимое возбуж­дение (обмотка ОНВ) несколько смягчается обмоткой последователь­ного возбуждения ОПВ. Однако действие ее недостаточно при резком и глубоком падении напряжения, особенно при к. з. тяговой сети. Защита в этом случае обеспечивается диодами Д1 в цепи контактора ПКП, которые прерывают цепь генераторного тока через этот контак­тор. Генераторный ток замыкается через пусковой резистор R1, огра­ничивающий его.

После кратковременного толчка тока генераторного режима ток двигательного режима вновь проходит через диоды Д1. Если произо­шла, задержка в восстановлении питания двигателя, то под действием реле РОТ с выдержкой времени выключается контактор ПКП и после восстановления напряжения происходит нормальный пуск преобра­зователя.

Постоянная частота вращения двигателя и соответственно частота
напряжения синхронного генератора поддерживаются автоматическим
регулированием тока независимого возбуждения двигателя. Напряже­-
ние генератора поддерживается автоматическим регулированием тока
возбуждения. При пуске преобразователя обмотка возбуждения гене­-
ратора питается от аккумуляторной батарей, а в дальнейшем от собственно обмотки статора через неполнофазный диодный выпрямитель.
От этого выпрямителя питается и обмотка возбуждения синхронного
двигателя. ^г

Схема питания обмоток возбуждения двигателя и генератора через неполнофазный выпрямитель, состоящий из диодов Д8 — ДП (рис. 429, a), позволяет осуществить регулирование тока в каждой из

этих обмоток с помощью всего одного тиристора: - в обмотке НВГ генератора и Т2 — в обмотке НВД двигателя.

Выпрямленное напряжение такого выпрямителя пульсирует с ча­стотой 50 Гц причем имеет паузы между импульсами в 1/3 периода 50 Гц. Такая форма выпрямленного напряжения получается в резуль­тате того, что из шести возможных цепей при выпрямлении трехфазного напряжения схема диодов Д8-Д11 замыкает всего три цепи, направ­ления э. д. с. в которых показаны на рис. 429, а стрелками; а на рис 429, б этим цепям соответствуют жирные кривые (В-А, С-А и т. д.). Пауза между импульсами напряжения обеспечивает надежное запирав тиристоров Т1 и Т2 при фазовом регулировании напряжения и тока обмоток возбуждения.

В свою очередь фазовое регулирование отпирания тиристоров и Т2 осуществляется электронными блоками автоматического регулиро­вания, выполненными на основе фазорегуляторов с пилообразным на­пряжением. В системе регулирования частоты имеется датчик, в кото­ром чувствительным элементом является LC-фильтр, вызывающий резкое изменение напряжения сигнала при изменении частоты напря­жения генератора.

Обмотка возбуждения генератора при пуске преобразователя пи­тается от цепи управления, а затем получает питание от статорной об­мотки через выпрямитель.

От синхронного генератора преобразователя питаются трехфазный тиристорный выпрямитель — возбудитель тяговых двигателей в режи­ме рекуперации, мотор-компрессор ДК, мотор-вентиляторы вентиля­ции и калориферного отопления вагонов, вентиляторы кабины, устрой­ство кондиционирования воздуха в кабине и цепи освещения. Защита цепей от к. з. обеспечивается плавкими предохранителями и общим ав­томатическим выключателем; от перегрузок вспомогательные машины защищены тепловыми реле, которые выключают соответствующие кон­такторы.

На моторных вагонах постоянного тока с импульсным регулирова­нием возникает необходимость в охлаждении тиристорных преобразо­вателей. Применяют обычную принудительную вентиляцию, устанав­ливая специальный мотор-вентилятор. Более перспективна система естественного охлаждения преобразователей потоком наружного воз­духа при движении поезда. Для этого преобразователь собирают из блоков, состоящих каждый из ребристой алюминиевой плиты-охла­дителя и группы установленных на ней вентилей. Плиты образуют бо­ковые ребристые стенки агрегата, омываемые наружным воздухом. Тепловые потери в вентилях, которые в основном выделяются во вре­мя пусков и рекуперативного торможения, аккумулируются в мас­сивных плитах охладителей, когда скорость движения поезда низка, и интенсивно передаются потоку воздуха при высокой скорости.

Вентили крепят к плите каждого общего охладителя, изолируя от него шайбами из специального изоляционного, но теплопроводного материала.

Схемы э.п.с. переменного тока. В СССР на э. п. с. переменного тока преимущественно применяют вспомогательные машины с асинхрон­ным расщепителем фаз и асинхронными короткозамкнутыми двигате­лями. Для пуска расщепителя фаз РФ при питании от однофазного на­пряжения используется схема с активным фазосмещающим резисто­ром (рис. 430). Две фазы расщепителя включают на вспомогательную обмотку трансформатора одним из полюсов двухполюсного контактора К2, а третья фаза соединяется последовательно с резистором R кон­тактором К1- После окончания пуска РФ контактор К1 выключается установленным на валу расщепителя центробежным реле. Одновремен­но контакты центробежного реле замыкают цепь контактора, который включает цепи управления контакторов вспомогательных машин.

Таким образом, пуск вспомогательных машин возможен только после окончания пуска расщепителя фаз.

Трехфазным током с номинальным напряжением 380 В питаются мотор-вентиляторы охлаждения тяговых двигателей, охлаждения вы­прямительных установок, сглаживающих реакторов и маслоохлади­телей трансформатора, мотор-компрессор и масляный мотор-насос трансформатора. Двигатели включаются в трехфазную сеть двухполюс­ными контакторами. Все контакторы, включая контакторы расщепите­ля фаз, электромагнитные.

Для снижения несимметрии напряжений расщепителя при нагруз­ке используют конденсаторы, которые включают на линейное напряже­ние отстающей фазы. Симметрирующая емкость распределена между двигателями, т. е. увеличивается по мере включения машин, что обес­печивает целесообразное соответствие емкости нагрузке расщепителя. Вспомогательные машины имеют индивидуальную защиту, осуществля­емую тепловыми реле, которые воздействуют каждое на контактор дан­ной машины. Тепловая защита срабатывает в случае затяжного пуска при ненормальном снижении питающего напряжения, механических повреждениях вспомогательной машины, при обрыве одной из фаз и к. з. в статор ной обмотке.

Для питания машин трансформатор имеет вспомогательную обмот­ку, расположенную на общем сердечнике с тяговой обмоткой. От вспо­могательной обмотки питаются также электропечи обогрева кабины и Другие нагревательные приборы; вольтметр, условно градуированный по напряжению контактной сети; указатель положений группового контроллера, питающий его сельсин, установленный на валу группово­го контроллера, и некоторые другие вспомогательные цепи. От вы­вода вспомогательной обмотки трансформатора получает питание по­догреватель компрессора и обмотка напряжения счетчика энергии.

Предусмотрена возможность питания вспомогательных машин од­ной секции электровоза от другой при неисправности расщепителя фаз. Трехполюсным переключателем вспомогательные цепи могут быть переключены на розетки, расположенные под кузовом электровоза, для питания от трехфазной сети депо.

Общая защита вспомогательных машин от к. з. осуществляется мак­симальным реле, вызывающим выключение главного выключателя. Отсутствие замыканий в цепях на землю контролируется реле заземле­ния, присоединенным к двум фазам трехфазной сети через диоды (рис. 431). При таком включении реле заземления срабатывает в слу­чае замыкания на землю любой фазы и средней точки трехфазной "сис­темы. Реле заземления включает сигнальную лампу.

На моторных вагонах ЭР9П для питания калориферов и электро­печей отопления вагонов трансформатор имеет отдельную обмотку на 600 В, один конец ее заземлен. Вспомогательные машины и некото­рые другие цепи питаются от вспомогательной обмотки 257 В с вы­водом 220 В, конец которой также заземлен. Предусмотрено автомати­ческое переключение питаемых цепей с одной ступени на другую при изменении напряжения сети. Переход осуществляется по схеме с пере­ходным резистором.

Здесь также применена система вспомогательных машин с расщепи­телем фаз и короткозамкнутыми двигателями. Пуск расщепителя фаз производится с помощью пускового резистора. Расщепитель фаз одно­временно используется в качестве приводного двигателя вентилятора, охлаждающего выпрямительную установку, сглаживающий реактор и охладитель масла трансформатора. Здесь, как и на моторных ваго­нах постоянного тока, начато внедрение преобразователей с естествен­ным охлаждением. От трехфазной сети питаются двигатели компрессора, масляного насоса трансформатора и мотор-вентиляторы калориферных установок.

Вспомогательные машины включаются электромагнитными контак­торами; защита их обеспечивается индивидуальными двухполюсными автоматическими выключателями с максимальными и тепловыми реле. В

целом вспомогательные цепи защищены общим трехполюсным авто­матическим выключателем, а также максималь­ными и тепловыми реле.

Достоинством системы^вспомогательных ма­
шин с расщепителем фаз является простота
конструкции и надежностьприменяемых при
этом асинхронных короткозамкнутых машин.
Однако квадратичная зависимость вращающего
момента этих машин от напряжения и влияние
на него несимметрии напряжений расщепителяфаз вынуждают применять машины с большим
запасом по вращающему моменту и номинальной мощности. К недостаткам относится и наличие дополнительной машины — расщепителя фаз,
тем более что на электровозах для резервирования часто устанавливают два расщепителя. Регулирование напряжения, даже простейшее — в две ступени, как это выполнено на моторных вагонах ЭРЭП, и использование расщепителя в качестве приводного двигателя улучшают показатели системы.

Не исключена возможность применения конденсаторных двигате­лей. Конденсаторные двигатели широко применяются для машин ма­лой мощности — масляных мотор-насосов, маломощных вентиляторов. При стабилизации питающего напряжения, улучшении технических данных конденсаторов и совершенствовании схем вспомогательных машин с конденсаторными двигателями показатели этой системы мо­гут быть значительно повышены.

Представляет интерес так называемая «конденсаторно-расщепитель-ная система», в которой имеются общие пусковые конденсаторы, ис­пользуемые многократно при поочередном пуске машин электровоза, причем уже работающие машины при пуске следующих используются в качестве расщепителей фаз. Подобная система вспомогательных ма­шин применена на электровозе Sri.

Двигатели постоянного тока низкого напряжения, которые приме­няются при питании от кремниевых выпрямителей пульсирующим током, выгодно отличаются от высоковольтных двигателей э. п. с. постоянного тока простотой конструкции, меньшими габаритами и мас­сой. Наличие коллектора и щеток все же повышает расходы на техни­ческое содержание этих машин по сравнению с асинхронными. При общей тенденции перехода к бесконтактным системам эти машины яв­ляются менее перспективными, но в настоящее время в странах Запад­ной Европы им отдается предпочтение. В СССР вспомогательными ма­шинами постоянного тока оборудованы электровозы ЧС4 и ЧС4^Т.

Машины электровоза ЧС4 получают питание от вспомогательных кремниевых выпрямителей. Имеются две ступени напряжения (213 и 260 В), которые переключаются перестановкой вставок плавких пре­дохранителей и используются для сезонного изменения режимов вен­тиляции. Более мощные машины — мотор-вентиляторы тяговых дви­гателей и мотор-компрессоры — имеют индивидуальные сглаживаю­щие реакторы и демпферные резисторы, остальные машины — груп­повые резисторы и дроссели. Машины защищены автоматическим вы­ключателем, групповыми и индивидуальными плавкими предохрани­телями.

На электровозе ЧС4^Т машины получают питание от вспомогатель­ных полууправляемых тиристорных выпрямителей. Тиристорные вы­прямители используются в режиме пуска и для автоматической стаби­лизации напряжения на вспомогательных машинах при колебаниях на­пряжения сети и сезонного изменения интенсивности вентиляции.

Исследования показывают, что сезонное регулирование интенсив­ности вентиляции и регулирование в зависимости от фактического ре­жима нагрузки и нагревания тяговых двигателей могут дать значитель­ную экономию энергии, особенно на грузовых электровозах перемен­ного тока — до 6%. При асинхронных двигателях регулирование мо­жет осуществляться специальными вентиляторами с поворотными на­правляющими лопатками и применением преобразователей понижен­ной частоты. Практически достаточна одна ступень пониженной часто-

ты 16²/з Гц, на которой мотор-вентиляторы работают, потребляя всего около 5% мощности, необходимой при полной скорости.

Режим пониженной частоты вращения вентиляторов применя­ется при движении электровоза с малыми нагрузками и даже при движении с выключенными двигателями, так как недопустима оста­новка вентиляторов во время движения электровоза, а при снегопадах и метели — также и на стоянке. Вентиляция в этом случае нужна, что­бы исключить попадание в тяговые двигатели снега зимой и пыли летом. При работе вентиляторов в режиме пониженной частоты вращения обеспечивается меньшее загрязнение фильтров, очищающих воздух, облегчаются условия труда локомотивных бригад, так как сущест­венно снижается шум от вентиляторов.

Разрабатываются устройства автоматического управления режи­мом вентиляторов, учитывающие изменение нагрузки двигателей, их нагревание и охлаждение.

Тестовые задания для самоконтроля

1. От чего зависит построение схемы цепей вспомогательных машин и отопления

2. Что в основном применяют для включения вспо­могательных машин

3. Чем защищают вспомогательные машины от к. з. и перегрузок

4. Для чего при­меняют демпферные резисторы и пусковые панели.

5. Чем обогреваются кабины машиниста

6. Чем защищены вспомогательные цепи от к. з.

7. Какие вспомогательные машины применены на электропоездах ЭР22

8. Для чего используется Расщепители фаз с асинхронными короткозамкнутыми двигате­лями.

9. От чего пи­тается обмотка возбуждения генератора цепи управления при пуске преобразователя

10. Какие разрабатываются устройства автоматического управления режи­мом вентиляторов

Дата добавления: 2014-01-15