Электрические аппараты и цепи вагонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Вологодский техникум железнодорожного транспорта филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Контрольная работа № 1

Электрические аппараты и цепи вагонов

Вариант № 6

Вологда 2011

Вопрос №6

Опишите, на какие группы можно разделить электрооборудование ЦМВ.

Ответ:

Электрооборудование вагона можно разбить на две группы:

1. Оборудование, обеспечивающее электроснабжение вагона

- генератор;

- аккумуляторная батарея;

- устройства регулирования;

- устройства защиты;

- устройства сигнализации.

2. Потребители

- электродвигатели;

- устройства отопления;

- осветительные устройства;

- электрокипятильник и др.

Потребители можно разделить на две группы:

1. Высоковольтные

- устройства электрического отопления (Электропечи, электрокалориферы или водяные котлы с комбинированным отоплением);

- коммутирующая аппаратура отопления (контакторы и т.д.)

2. Низковольтные

- все остальные потребители

Освещение делится:

- рабочее;

- аварийное.

В пассажирских вагонах различают также дежурное и служебное освещение.

Вопрос № 21

Устройство и принцип действия приводов коммутационных аппаратов клапанного и соленоидного типов с выдержкой времени. Их применение.

Ответ:

Коммутационные аппараты клапанного и соленоидного типов - это аппараты дистанционного включения, выключения или переключения электрических цепей (контакторы и реле). Эти аппараты имеют электромагнитный привод, т. е. приводятся в действие путем замыкания или размыкания электрической цепи, в которую включены обмотки их электромагнитов, при помощи кнопок, выключателей или защитной аппаратуры. Аппараты этой группы могут быть установлены на значительном расстоянии от служебных помещении там, где это удобно, из условий монтажа соответствующих электрических цепей.

Привод постоянного тока. В электромагнитном приводе используется сила притяжения якоря к сердечнику электромагнита или сила втягивания якоря в катушку соленоида. Широкое распространение в электрических аппаратах получил электромагнитный привод с магнитной системой клапанного типа (рис. 1,а).

Рис. 1

Он состоит из П-образного сердечника с катушкой 2 и поворотного якоря 5, который соединен с подвижным контактом 4 аппарата. Свойства электромагнитного привода характеризуются зависимостью его тягового усилия от положения якоря. Эту зависимость называют тяговой характеристикой привода (рис.1,б). В рассматриваемом приводе при полностью разомкнутых контактах воздушный зазор х между якорем и сердечником относительно велик и магнитное сопротивление магнитной системы будет наибольшим. Поэтому магнитный поток Ф в воздушном зазоре электромагнита и тяговое усилие F будут наименьшими. Однако при правильно рассчитанном приводе оно должно обеспечить притяжение якоря к сердечнику.

По мере приближения якоря к сердечнику и уменьшения воздушного зазора магнитный поток в зазоре увеличивается и соответственно возрастает тяговое усилие. Тяговое усилие F, создаваемое приводом, должно быть достаточным для преодоления силы сопротивления F_пр подвижной системы аппарата. К ним относятся сила Р, создаваемая возвратной пружиной (которая для простоты принята постоянной), сила тяжести G (подвижной системы) и контактное нажатие Q.

При движении якоря и уменьшении воздушного зазора х до момента соприкосновения контактов привод должен преодолевать только сопротивление F_пр, обусловленное массой подвижной системы и действием возвратной пружины (участок аb). Далее усилие возрастает скачком на величину начального нажатия контактов (участок bc) и растет по пере дальнейшего их перемещения (участок cd).

Если ток в катушке привода обеспечивает получение тяговой характеристики, то равновесие сил, действующих на якорь, может быть точке А и якорь притянется к сердечнику при воздушном зазоре Х₁; при меньшем токе в катушке, т. е. при тяговой характеристике 2 равновесие сил наступает в точке Б и якорь может притянуться к сердечнику только при снижении зазора до Х₂. При размыкании электрической цепи катушки привода подвижная система возвращается в исходное положение под действием пружины и силы тяжести. При малых значениях воздушного зазора и возвращающих усилий якорь может удерживаться в притянутом положении остаточным магнитным потоком. Это явление устраняется путем установки между якорем и сердечником немагнитной прокладки, фиксирующей некоторый наименьший воздушный зазор, и регулировкой возвратной пружины.

Процесс срабатывания электромагнита при подаче напряжения на его катушку можно разделить на две стадии.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В первой стадии в течение времени t₁ (рис.1, в)

Происходит нарастание тока i в катушке электромагнита и магнитного потока Ф до таких значений, при которых тяговое усилие F становится равным силе сопротивления F_пр аппарата. В этой стадии якорь находится в опущенном состоянии, воздушный зазор максимален, магнитный поток невелик, а магнитная система электромагнита не насыщена и индуктивность его катушки примерно постоянна. Первая стадия заканчивается, когда будет достигнут ток трогания.

Во второй стадии в течение времени t₂ продолжается движение якоря от начального положения до его остановки. В этой стадии тяговое усилие F, как правило, превышает F_пр, воздушный зазор уменьшается от начального значения Х_нач до конечного Х_кон, что приводит к уменьшению магнитного сопротивления магнитной системы электромагнита, возрастанию индуктивности его катушки и уменьшению тока i. После остановки якоря продолжается переходный процесс возрастания тока I в катушке до установившегося значения I_уст.

Вследствие уменьшения тока i во второй стадии зависимость F от изменения воздушного зазора в процессе движения якоря, называемая динамической тяговой характеристикой, находится ниже статической характеристики, соответствующей установившемуся току в катушке электромагнита.

Электромагнитные приводы аппаратов характеризуются током (иди напряжением) срабатывания и возврата. Током (напряжением) срабатывания называется наименьшее значение тока (напряжения), при котором обеспечивается четкое и надежное срабатывание аппарата. Для аппаратов, применяемых в электрооборудовании вагонов, напряжение срабатывания составляет 75% номинального напряжения. Если постепенно плавно снижать ток в катушке, то при определенном его значении аппарат отключится. Наибольшее значение тока (напряжения), при котором аппарат уже отключается, называется током (напряжением) возврата. Ток возврата (напряжение U_B) всегда меньше тока срабатывания Iср (напряжения Uср), так как при включении подвижной системы аппарата необходимо преодолеть силы трения, а также повышенные воздушные зазоры между якорем и сердечником электромагнитной системы.

Отношение тока возврата к току срабатывания называют коэффициентом возврата. Этот коэффициент всегда меньше единицы.

Привод, создающий выдержку времени. Под выдержкой времени понимают время от момента подачи или снятия напряжении с катушки привода аппарата до начала движения контактов. Получение выдержки времени на отключение электрических аппаратов с электромагнитным приводом, управляемым постоянным током, основано на использовании закона Ленца. Для этой цели на магнитопроводе 1 (рис. 2, а) электромагнита, кроме основной катушки 2, устанавливают дополнительную короткозамкнутую катушку 4.

При снятии питания с катушки 2 создаваемый ею магнитный поток Ф изменяется от своего рабочего значения до нуля. При этом в ко-роткозамкнутой катушке 4 индуктируется ток такого направления, что его магнитный поток Ф, (препятствует уменьшению магнитного потока и удерживает якорь 3 привода в притянутом положении. Вместо короткозамкнутой катушки может быть установлена на магнитопроводе медная гильза, которую можно рассматривать как короткозамкнутую катушку с одним витком.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Этого же эффекта можно достичь при замыкании накоротко цепи катушки 2 в момент отключения её от сети. Если в некоторый момент времени t₁ (рис. 2, б) замкнуть накоротко катушку 2, то ток в ней не уменьшается мгновенно до нуля, так как возникающая в катушке э. д. с. самоиндукции препятствует уменьшению тока. В соответствии с этим магнитный поток в сердечник также будет уменьшаться не мгновенно, а постепенно. Пока ток, протекающий по катушке, способен удержать якорь электромагнита в притянутом положении, контакты аппарата остаются в неизменном положении когда уменьшающийся ток достигает значения тока возврата Iв (точка А), якорь отпадает и контакты переключаются в новое положение. Время, прошедшее от момента отключения катушки привода до момента его срабатывания, и составляет выдержку времени, которое будет тем больше, чем больше постоянная времени катушки. Кроме того, выдержка зависит от тока возврата аппарата, т. е. натяжения противодействующей пружины, наименьшего зазора (толщины немагнитной прокладки) и других факторов, определяющих этот ток.

Электромагнитные аппараты могут осуществлять выдержку времени при отпускании якоря (отключении привода) от 0,15 до 10 с. Регулировать время выдержки можно изменением толщины немагнитной прокладки (грубое регулирование) или изменением натяжения пружины (точное регулирование). Для получения выдержки времени на включение электрического аппарата используют различные механизмы, принцип действия которых аналогичен часовому механизму.

Привод, реагирующий на направление тока. Для того чтобы привод аппарата мог реагировать на направление управляющего сигнала (тока в катушке), в его магнитную систему включают постоянный магнит (рис. 3, а). Такие аппараты называют поляризованными.

Рис. 3

Если магнитный поток Ф_м магнита направлен согласно с потоком Ф, создаваемым током в катушке, то время срабатывания аппарата будет значительно меньше, чем без магнита. Из-за наличия постоянного магнита характеристика 2 (рис. 3, б), показывающая возрастание тягового усилия во времени, располагается значительно выше, чем характеристика I,для привода без магнита (на значение тягового усилия F_м, создаваемого магнитом). При изменении направления тока в катушке реле поток Ф будет направлен против Ф_м и реле не сработает.

Привод переменного тока. В электромагнитах переменного тока (рис. 4, а) для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопроводы изготовляют из листков электротехнической стали, изолированных друг от друга. Катушка электромагнита обладает как активным, так и индуктивным сопротивлениями (рис.4,б). Поэтому при неизменном напряжении на катушке ток в ней зависит от величины воздушного зазора (в электромагните постоянного тока при установившемся режиме ток не зависит от зазора), что обусловлено изменением индуктивности катушки.

Рис. 4

При подаче напряжения на катушку через нее протекает значительный пусковой ток (рис. 5, а) из-за большого начального зазора. При движении якоря воздушный зазор уменьшается, индуктивность катушки возрастает и ток в ней снижается; в притянутом состоянии якоря по катушке протекает ток в несколько раз меньше пускового.

Рис. 5

Магнитный поток Ф, создаваемый катушкой электромагнита, так же как и магнитный поток трансформатора, практически мало зависит от воздушного зазора. Однако рабочий поток в воздушном зазоре электромагнита Ф_р (см. рис. 4, а) увеличивается при уменьшении зазора, так как чем он меньше, тем меньшая часть потока катушки ответвляется в виде потока рассеяния Ф₀. Кроме того, при больших воздушных зазорах индуктивное сопротивление катушки может оказаться малым по сравнению с ее активным сопротивлением и тогда ток будет мало зависеть от зазора. По этим причинам магнитный поток и тяговое усилие в электромагнитах переменного тока (среднее его значение за период) увеличивается при уменьшении зазора (см. рис.5,а), однако в меньшей степени, чем в электромагнитах постоянного тока. В результате этого ток (напряжение) возврата у электромагнитных приводов переменного тока значительно выше, чем у приводов постоянного тока.

При синусоидальном изменении тока I в катушке электромагнита магнитный поток Ф изменяется синусоидально, но в результате наличия магнитных потерь в магнитопроводе отстает от I на угол y.

Тяговое усилие изменяется с двойной частотой (рис.5,б) и становится равным нулю при переходе потока через нуль. Обычно в электромагнитных приводах на якорь постоянно действует сила сопротивления подвижной системы, что приводит к вибрации якоря. В интервалы времени, когда F ? F_пр, якорь отходит от сердечника, а затем наоборот, притягивается к нему.

При вибрации якоря создается большой шум, а прилегающие к якорю части сердечника расплющиваются, вследствие чего возрастает воздушный зазор и увеличивается ток, что приводит к перегреву катушки.

Для уменьшения вибрации якоря 3 один или два сердечника расщепляют на две части и вокруг одной из них размещают экранирующий короткозамкнутый виток 2, выполненный из медного или латунного провода (рис. 6, а).

Рис. 6

Магнитный поток Ф, создаваемый током катушки электромагнита, индуктирует в экранирующем витке ток, сдвинутый по фазе на некоторый угол по отношению к току катушки. Ток в короткозамкнутом витке создает свой поток Ф_к, замыкающийся через обе части расщепленного полюса. Поэтому результирующие потоки Ф₁ и Ф₂, проходящие через эти части, и создаваемые ими тяговые усилия F₁ и F₂ (рис. 6,б) будут сдвинуты по фазе друг от друга на угол ц, а суммарное тяговое усилие F не будет уменьшаться до нуля, а только до некоторого значения F₀. Если выполнить электромагнит так, чтобы F₀ > F_пр, то якорь не будет вибрировать.

Вопрос № 36

Начертите принципиальную схему системы сигнализации замыкания электрических цепей на корпус вагона. Объясните принцип её действия.

Ответ:

оборудование вагон коммутационный электроснабжение

Сигнализация замыкания цепей системы электроснабжения на корпус вагона. Нарушение изоляции в одной точке само по себе не представляет опасности, но создает предпосылки для возникновения аварийной ситуации при замыкании на корпус другой точки системы. В этом случае может произойти полное или ограниченное короткое замыкание. Длительное протекание токов ограниченного короткого замыкания, которые по своему значению могут не превышать рабочие токи системы и поэтому не разрываются токовой защитой, приводит к перегреву места замыкания на корпус, а также соответствующих проводов и аппаратуры, что создает угрозу повреждения оборудования и возникновения пожара. Сигнализация о замыкании одной точки на корпус позволяет предотвратить возможность аварии.

Как известно, заземление любой точки изолированной от земли электрической схемы не приводит к изменению в ней токораспределения, так как никаких новых ветвей, по которым могли бы протекать токи, не образуется. Если заземлить две или большее число точек схемы с различными потенциалами, то образуются новые ветви, токораспределение в схеме меняется, и она становится отличной от исходной. Отмеченные особенности положены в основу принципа действия схемы сигнализации о замыкании на корпус одной из точек системы электроснабжения.

Рис. 1 Функциональная (а) и принципиальная (б) схемы сигнализации замыкания цепей электроснабжения на корпус вагона

Устройство для такой сигнализации состоит из датчиков напряжения (рис. 1, а), включенных между плюсовым и минусовым проводами, изолированными от корпуса вагона и связывающими источник питания напряжением U с потребителями электрической энергии R_н, блока сравнения 3 и блока 4 исполнения команды. Среднюю точку О между датчиками напряжения 1 и 2 соединяют с корпусом вагона, что не оказывает никакого влияния на работу системы электроснабжения с нормальным состоянием изоляции, проводов и аппаратов от корпуса. При нормальном состоянии цепей системы электроснабжения вагона датчики напряжения 1 и 2 обтекаются одинаковыми токами, потому сигналы с датчиков будут равны и пропорциональны. В результате этого сигнал на выходе блока сравнения 3 будет отсутствовать. При нарушении изоляции в любой точке системы электроснабжения вагона (например, если точка А соединяется с корпусом вагона) ток начинает протекать по корпусу вагона (сопротивление R_пер) между точками А и 0, что приводит к перераспределению напряжений, фиксируемых датчиками 1 и 2.

Таким образом, при замыкании любой точки схемы на корпус равенство сигналов с датчиков напряжения 1 и 2 нарушается, на выходе блока сравнения 3 появляется сигнал, по которому срабатывает блок 4 исполнения команды, сигнализируя о неисправности цепи электроснабжения. В системе электроснабжения ЭВ-10 функции датчиков напряжения, блоков сравнения и исполнения команды выполняют две соединенные последовательно лампы, в цепь которых включены два резистора (рис. 1, б). При нормальной работе системы электроснабжения лампы светятся одинаково (вполнакала). При нарушении изоляции в любой точке системы одна из ламп начинает светиться более ярко, сигнализируя о неисправности.

Используемая литература

1. Гомола Г.Г., Ребрик Б.Н. Электрооборудование пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха. М.; Транспорт, 1986.

2. Зохорович А.Е., Реморов А.А. Электрооборудование вагонов. М.; Транспорт, 1982.

3. Косарев А.А., Электрооборудование пассажирских вагонов. М.; Транспорт, 1971.

4. Понкратов Ю.И. Учись читать электрические схемы вагонов. М.; Маршрут, 2006.

Размещено на Allbest.ru