Электрооборудование транспортных средств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова

Профессиональнохудожественный факультет

Кафедра машиноведения

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ»

для специальности

5В090100 - «Организация перевозок, движения и эксплуатация транспорта»

Караганды - 2014



Содержание

1. Типовая учебная программа дисциплины

2. Рабочая учебная программа дневного отделения

2.1 Рабочая учебная программа заочного отделения

3. Программа обучения по дисциплине (SYLLABUS)

3.1 Данные о преподавателе

3.2 Пререквизиты

3.3 Постреквизиты

3.4 Краткое описание дисциплины

3.5 Результаты обучения

3.6 Политика

4. График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

5. Карта учебно-методической обеспеченности дисциплины

6. Лекционный комплекс (тезисы лекций)

7. Планы практических занятий

8. Методические рекомендации по изучению дисциплины

9. Методические рекомендации и указания типовым расчетам, выполнению расчетно-графических, лабораторных работ, курсовых проектов (работ)

9.1 Планы занятий в рамках самостоятельной работы студентов

9.2 Тематика письменных работ по курсу

10. Методические указания по прохождению учебной, производственной и преддипломной практик, формы отчетной документации

10.1 Информация по оценке

10.2 Тестовые задания для самоконтроля

10.3 Экзаменационные вопросы по курсу

11. Программное и мультимедийное сопровождение учебных занятий



1. Типовая учебная программа дисциплины

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрооборудование транспортных средств» содержит основные разделы указанной дисциплины, структурированные согласно учебному плану и форме обучения. В нем рассматривается обеспечение возможностей реализации потенциальных свойств транспортной техники, заложенных при ее создании, снижение затрат на содержание, уменьшение простоев и обеспечение высокой производительности работ, для которых была предназначена техника. Предназначен для студентов высших учебных заведений, специальности 5В090100 - «Организация перевозок, движения и эксплуатация транспорта»

Учебно-методический комплекс по дисциплине «Электрооборудование транспортных средств» / Сост. Сергазин К.М. - Караганды: Изд-во КарГУ, 2014. -50с.

Карагандинский государственный университет, 2014



2. Рабочая учебная программа дневного отделения

Срок обучения	Курс	Семестр	Кредиты	Лекции	Семинары	Лабора-торные	СРСП	СРС	Всего	Форма контроля
3	3	5	1	15	15	-	5	-	35	экзамен

№п./п.	Наименование темы	Количество часов
		Лекции	Практические	СРСП	СРС
1	Сооружения и устройства электроснабжения. Системы тока. Напряжение в контактной сети	1		1
2	Тяговая сеть.	1
3	Электрический подвижной состав.	1
4	Электрические схемы электровозов.	1	3	1
5	Устройство тягового двигателя	1	2	1
6	Токоприемники.	1	2	1
7	Разъединители и быстродействующие выключатели.	2	3	1
8	Пуск тяговых двигателей. Пусковые реостаты.	1	3
9	Перегруппировка двигателей. Групповые переключатели.	2
10	Реверсоры.	2
11	Электрическое торможение.	1
12	Система электроснабжения вагонов.	1	2
	Всего	15	15	5	-

2.1 Рабочая учебная программа заочного отделения

Срок обучения	Курс	Семестр	Кредиты	Лекции	Практические	СРСП	Виртуальное	Всего	Форма контроля
2	2	3		12	6	8	4	30	экзамен

	Наименование темы	Количество часов
		Лекции	Практические	СРСП	виртуальные
1	Сооружения и устройства электроснабжения. Системы тока. Напряжение в контактной сети	1		1
2	Тяговая сеть.	1
3	Электрический подвижной состав.	1
4	Электрические схемы электровозов.	1	1	1	1
5	Устройство тягового двигателя	1	1	1	1
6	Токоприемники.	1	1	1	1
7	Разъединители и быстродействующие выключатели.	1	1	1	1
8	Пуск тяговых двигателей. Пусковые реостаты.	1	1	1
9	Перегруппировка двигателей. Групповые переключатели.	1		1
10	Реверсоры.	1
11	Электрическое торможение.	1		1
12	Система электроснабжения вагонов.	1	1
	Всего	12	6	8	4-



3. Программа обучения по дисциплине (SYLLABUS)

3.1 Данные о преподавателе

Сергазин Куаныш Муканович - ст. преподаватель кафедры машиноведения.

Контактная информация - кафедра находится в 11 корпусе КарГУ им. академика Е.А. Букетова (ул. Карбышева, 7), кабинет 113. Время пребывания на кафедре - 9.00-15.00

3.2 Пререквизиты

Формирование у студентов научно - обоснованного подхода мышления по комплексной оценке качества организации и технологии проведения работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту подвижного состава железнодорожной транспортной техники; овладение методами обеспечения работоспособности подвижного состава; ознакомление с научно - обоснованными методами разработки нормативов технической эксплуатации железнодорожной транспортной техники;

3.3 Постреквизиты

Полученные знания широко используются в следующих дисциплинах специальности:

эксплуатация и техническое обслуживание пути;

организация движения и маневрирование поездов;

3.4 Краткое описание дисциплины

Целью изучения дисциплины является ознакомление будущих специалистов с конструкцией и техническими характеристиками электроподвижного состава и тепловозов, основами теории тяги поездов и методами проведения тяговых расчетов для различных условий движения.

Задача дисциплины - подготовить студента к инженерной деятельности в области организации движения поездов с максимальной эффективностью использования возможностей, заложенных в конструкциях подвижного состава железнодорожного транспорта.

3.5 Результаты обучения

В результате изучения дисциплины студент приобретает следующие компетенции.

Знать и уметь использовать:

- принципы действия и общее устройство подвижного состав и их основных узлов;

- основы теории тяги поездов и методы расчета массы, скорости и времени хода поездов, расхода энергоресурсов на перевозочную работу.

Иметь представление:

- о принципах действия тяговых электрических машин локомотивов, дизеля и передачи мощности и связи их параметров с тяговой характеристикой локомотива;

- о современных методах решения уравнения движения поезда графическими и численными методами;

- основах организации локомотивного и вагонного, путевого хозяйств.

3.6 Политика

В обязанности студентов входит регулярное посещение занятий, выполнение требований графика сдачи заданий по дисциплине, самостоятельная работа с литературой в библиотеке и интернет-зале.

Ответственность студентов за опоздания, пропуски занятий, поведение в аудитории, препятствующее усвоению знаний другими учащимися определяется «Правилами внутреннего распорядка КарГУ».

В случае представления практических работ позднее указанных сроков (см. «График выполнения и сдачи заданий по дисциплине») рейтинг оценки знаний снижается на 10%.

Без личного присутствия студента итоговый контроль не проводится. Все случаи отсутствия на экзамене регулируются «Правилами организации учебного процесса КарГУ».



4. График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

№	Виды работ	Цель и содержание задания	Рекомендуемая литература, №	Продолжительность выполнения	Форма Контроля	Баллы	Сроки сдачи
1	Посещение занятий	Получить знания, разобраться с не ясными вопросами	Материалы силлабуса	В течение семестра	Текущий	50-100	В течение семестра
2	Практическое выполнение расчётных заданий	Закрепление практических навыков	Материалы силлабуса	В течение семестра	Рубежный	50-100	В течение семестра
3	Выполнение пр. раб. №1	Закрепление теоретич. знаний	Материалы силлабуса	1,2 неделя	Текущий	50-100	2,3 неделя
4	Выполнение пр. раб. №2	Закрепление теоретич. знаний	Материалы силлабуса	3,4 неделя	Текущий	50-100	4-6 неделя
5	Выполнение пр. раб. №3	Закрепление теоретич. знаний	Материалы силлабуса	5,6 неделя	Текущий	50-100	7-10 неделя
6	Выполнение пр. раб. №4	Закрепление теоретич. знаний	Материалы силлабуса	7,8 неделя	Текущий	50-100	10-12 неделя
7	Выполнение пр. раб. №5	Закрепление теоретич. знаний	Материалы силлабуса	9,10 неделя	Текущий	50-100	12-14 неделя
8	Мини-тестирование	Закрепление теоретических знаний и практических навыков	Материалы силлабуса	1 контактный час	Рубежный	50-100	12 неделя
9	Проверка выполнения заданий по СРСП	Закрепление теоретических знаний, умение работать с литературой	Дополнительная литература, информация Интернета и др. источников	1 контактный час	Рубежный	50-100
10	Проведение экзамена в тестовой форме	Проверка усвоения материалов дисциплины	Материалы силлабуса и литература	1 день	Итоговый контроль	50-100	В конце семестра
Итого	50-100



5. Карта учебно-методической обеспеченности дисциплины

№№ п./п.	Наименование учебников, пособий, используемых по курсу	Кол-во учебников, пособий в Научной библиотеке КарГУ
1. Основная литература
1	Постановление Правительства Республики Казахстан от 5 февраля 2013 года № 87 Об утверждении Правил технической эксплуатации железнодорожного транспорта (с изменениями и дополнениями от 12.11.2013 г.)	3
2	Зыков Ю. В. Выбор основного электрооборудования и сети электроснабжения пассажирского вагона. Екатеринбург, 2002.
3	Зорохович А. Е., Либман А. З. Ремонт электрооборудования пассажирских вагонов. М., “Транспорт”, 1974.	1
4	Основы тяги поездов. М.: УМК МПС России,2000	1
5	Бураков В.А., Сычёв Е.И. Повышение безопасности движения поездов на основе совершенствования и развития станционной техники. Учебное пособие. - М.: МИИТ, 2006 - 137с.
6	Интернет источники



6. Лекционный комплекс (тезисы лекций)

Тема лекции №1. Сооружения и устройства электроснабжения. Системы тока. Напряжение в контактной сети

Железнодорожный транспорт потребляет около 7 % энергии, производимой электростанциями РК. В основном она расходуется на обеспечение тяги поездов и питания нетяговых потребителей, к которым относятся станции, депо, мастерские и устройства регулирования движения поездов. Кроме того, к системе электроснабжения железной дороги могут быть подключены расположенные вблизи нее предприятия и небольшие населенные пункты.

Система электроснабжения электрифицированных дорог состоит из внешней (электростанции, районные трансформаторные подстанции, сети и линии электропередач) и тяговой (тяговые подстанции и электротяговая сеть) частей.

На тепловых, гидравлических и атомных электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток напряжением 6...21 кВ и частотой 50 Гц. Для передачи электрической энергии к потребителям напряжение на трансформаторных подстанциях повышают до 750 кВ в зависимости от протяженности высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП). Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают до 110... 220 кВ и подают в районные сети, к которым наряду с другими потребителями подключены тяговые подстанции электрифицированных железных дорог и трансформаторные подстанции дорог с тепловозной тягой.
Нарушение электроснабжения железных дорог может привести к сбою в движении поездов. Чтобы обеспечить надежное питание электроэнергией тяговой сети железнодорожного транспорта, как правило, предусматривают ее подключение к двум независимым источникам. В отдельных случаях допускается питание от двух одноцепных линий электропередачи или одной двухцепной. Тяговая сеть состоит из контактных и рельсовых проводов, представляющих собой соответственно питающую и отсасывающую линии. Участки контактной сети подсоединяют к соседним тяговым подстанциям. Это позволяет более равномерно загружать подстанции и контактную сеть, что в целом способствует снижению потерь электроэнергии в тяговой сети. На железных дорогах РК используют две системы электроснабжения: постоянного и однофазного переменного тока. Тяга на трехфазном переменном токе не получила распространения, поскольку технически сложно изолировать близко расположенные провода двух фаз контактной сети (третья фаза -- рельсы).

Электрический подвижной состав обеспечивают тяговыми двигателями постоянного тока, так как предлагаемые модели двигателей переменного тока не отвечают предъявляемым требованиям по мощности и надежности. Поэтому железнодорожные линии снабжают системой однофазного переменного тока, а на локомотивах устанавливают специальное оборудование, преобразующее переменный ток в постоянный.

Правилами технической эксплуатации регламентированы номинальные уровни напряжения на токоприемниках электрического подвижного состава: 3 кВ -- при постоянном токе и 25 кВ -- при переменном. При этом определены допустимые с точки зрения обеспечения стабильности движения колебания напряжения: при постоянном токе -- 2,7...4 кВ, при переменном -- 21 ...29 кВ. На отдельных участках железных дорог допускается уровень напряжения не менее 2,4 кВ при постоянном токе и 19 кВ -- при переменном.

Основными параметрами, характеризующими систему электроснабжения электрифицированных железных дорог, являются мощность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь сечения контактной подвески.

На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, тяговые подстанции выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный. Все оборудование, подающее переменный ток, размещается на открытых площадках, а выпрямители и вспомогательные агрегаты -- в закрытых помещениях. От тяговых подстанций электроэнергия поступает в контактную сеть по питающей линии -- фидеру.

Основными недостатками системы электроснабжения постоянного тока являются его полярность, относительно низкое напряжение и отсутствие возможности обеспечить полную электроизоляцию верхнего строения пути от нижнего. Рельсы, служащие проводниками тока разной полярности, и земляное полотно представляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводящая к коррозии металла. В результате снижается срок службы рельсов и искусственных сооружений. Для предотвращения этого применяют соответствующие защитные устройства (анодные заземлители, катодные станции и др.).

Из-за относительно низкого напряжения (U= 3 кВ) в системе постоянного тока по контактной сети к электрическому подвижному составу подводится мощность при большой силе тягового тока. Для этого тяговые подстанции размещают недалеко друг от друга (10... 20 км) и увеличивают площадь сечения проводов контактной подвески.

При переменном токе повышается эффективность использования электрической тяги, поскольку по контактной сети передается требуемая мощность при меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока. Тяговые подстанции в этом случае располагаются на расстоянии 40... 60 км друг от друга. Их задачей является только понижение напряжения со ПО...220 до 25 кВ, поэтому их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока. Кроме того, в системе однофазного переменного тока площадь сечения проводов контактной сети примерно в два раза меньше. Для размещения оборудования на тяговых подстанциях при переменном токе используют открытые площадки. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше. [1-5].

Тема лекции №2. Тяговая сеть.

Тяговая сеть состоит из контактной (питающей) и рельсовой (отсасывающей) сетей. Рельсовая сеть представляет собой рельсы, имеющие стыковые электрические соединения. Контактная сеть -- это совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам электрического подвижного состава.

Основным требованием к конструкции контактной сети является обеспечение надежного постоянного контакта провода с токоприемником независимо от скорости движения поездов, климатических и атмосферных условий. В контактной сети нет дублируемых элементов, поэтому ее повреждение может повлечь за собой нарушение установленного графика движения поездов.

В соответствии с назначением электрифицированных путей используют простые и цепные воздушные контактные сети. На второстепенных станционных и деповских путях при сравнительно небольшой скорости движения может применяться простая контактная подвеска, представляющая собой свободно висящий провод, который закреплен на опорах.

Рис. 1

При высокой скорости движения провисание контактного провода должно быть минимальным. Это обеспечивается конструкцией цепной подвески, в которой контактный провод между опорами подвешен не свободно, как в простой подвеске, а прикреплен к несущему тросу с помощью часто расположенных проволочных струн. Благодаря этому расстояние между поверхностью головки рельса и контактным проводом остается практически постоянным. Для цепной подвески в отличие от простой требуется меньше опор: они располагаются на расстоянии 70...75 м друг от друга.

В соответствии с ПТЭ высота контактного провода над поверхностью головки рельса на перегонах и станциях должна составлять не менее 5750 мм, а на переездах -- 6000...6800 мм. В горизонтальной плоскости контактный провод расположен зигзагообразно относительно оси пути с отклонением у каждой опоры на ±300 мм. Благодаря этому обеспечиваются его ветроустойчивость и равномерное изнашивание контактных пластин токоприемников.

Рис. 2

Контактный провод изготавливают из твердотянутой электролитической меди. Он может иметь площадь сечения 85, 100 или 150 мм2. Наиболее распространены медные фасонные (МФ) провода. Для увеличения срока службы контактных проводов используют различные технические решения (сухая графитовая смазка медных накладок на полозе токоприемника и др.), снижающие их износ.

Перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях группы электрифицированных путей выделяются в отдельные секции. Соединение или разъединение секций осуществляется посредством секционных разъединителей, размещаемых на опорах контактной сети.

Для защиты контактной сети от короткого замыкания между соседними тяговыми подстанциями располагают посты секционирования, оборудованные автоматическими выключателями. Кроме того, с целью обеспечения безопасности обслуживающего персонала и других лиц, а также защиты систем автоматики и телемеханики от токов короткого замыкания все металлические конструкции, непосредственно взаимодействующие с элементами контактной сети или находящиеся в радиусе 5 м от них, заземляют или оборудуют устройствами отключения. Для предохранения подземных металлических сооружений от повреждения блуждающими токами их изолируют от земли.

Снабжение электроэнергией линейных железнодорожных потребителей осуществляется посредством использования специальной трехфазной линии с напряжением 10 кВ, которая подвешивается на опорах контактной сети.

На электрифицированных железных дорогах по рельсам проходит тяговый ток. Для сокращения потерь электроэнергии и обеспечения нормального режима работы устройств автоматики и телемеханики на таких линиях предусматривают следующие особенности устройства верхнего строения пути:

· к головкам рельсов с наружной стороны колеи приваривают медные стыковые соединители, снижающие электрическое сопротивление рельсовых стыков;

· рельсы изолируют от шпал с помощью резиновых прокладок в случае применения железобетонных шпал и пропиткой деревянных шпал креозотом;

· используют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами, и между подошвой рельса и балластом обеспечивают зазор не менее 3 см;

· на линиях, оборудованных автоблокировкой и электрической централизацией, применяют изолирующие стыки (для того чтобы пропускать тяговый ток в обход их, устанавливают дроссель-трансформаторы или частотные фильтры). [1-5].

Тема лекции №3. Электрический подвижной состав

К электрическому подвижному составу относятся электровозы и электропоезда. В зависимости от рода применяемого тока различают электроподвижной состав постоянного и переменного тока, а также двойного питания.

Основные данные об электроподвижном составе отечественных железных дорог приведены в таблице.

Рис. 3

Электрический подвижной состав включает в себя механическую часть, пневматическое и электрическое оборудование.

К механической части относятся кузов и тележки (экипажная часть).

Электрическое оборудование -- это тяговые электродвигатели, аппараты управления и устройства защиты, токоприемники, вспомогательные электрические машины, аккумуляторная батарея, а на электровозах и электропоездах переменного тока и двойного питания -- также тяговый трансформатор и преобразователи тока (выпрямители).

Кузов электровоза служит для размещения в нем кабины машиниста, электрических машин и аппаратов. Каркас кузова выполняют из металла, его наружная обшивка обычно состоит из стальных листов, а кабина машиниста имеет также внутреннюю обшивку с тепло- и звукоизоляцией.

У четырех - и шестиосных электровозов кабины машиниста расположены с обеих сторон кузова, а у двухсекционных -- на одном конце каждой секции.

В кабине машиниста монтируют аппараты управления, контрольно-измерительные приборы и тормозные краны. В средней части кузова установлена высоковольтная камера с электрической аппаратурой силовых цепей. Вспомогательные машины -- мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы, генераторы тока управления -- расположены между высоковольтной камерой и кабинами машиниста или переходами из секции в секцию. Рама кузова опирается на тележки через специальные опорные устройства. Тележка электровоза состоит из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования. К тележкам крепят тяговые электродвигатели. У электровозов с несочлененными тележками тяговые усилия передаются упряжными приборами (автосцепками), расположенными на раме кузова.

Рама тележки представляет собой конструкцию, состоящую из двух продольных балок -- боковин и соединяющих их поперечных балок. Рама воспринимает вертикальную нагрузку от кузова и через рессорное подвешивание передает ее на колесные пары. Рама тележки, передающая также тяговые и тормозные усилия, должна обладать высокой прочностью.

Колесные пары воспринимают вес электровоза, на них передается крутящий момент тяговых электродвигателей. Кроме того, на колеса воздействуют удары от неровностей пути. Поэтому качеству изготовления колесных пар и содержанию их в исправном состоянии уделяют особое внимание. Колесную пару формируют из отдельных элементов: оси, двух колесных центров с бандажами (или безбандажных для цельнокатаных колес) и зубчатых колес тяговой передачи. Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые опираются буксы с роликовыми подшипниками.

Рессорное подвешивание является промежуточным звеном между рамой тележки и буксами. Оно служит для смягчения толчков и ударов при прохождении колесами неровностей пути и равномерного распределения нагрузки между колесными парами. Основные элементы рессорного подвешивания таковы: листовые рессоры, пружины, балансиры, амортизаторы различной конструкции и связующие элементы. Чтобы повысить эффективность рессорного подвешивания, в него вводят резиновые элементы, гасящие небольшие толчки и колебания.

На современных электровозах применяют, как правило, индивидуальный привод. При этом различают два вида подвески тяговых электродвигателей -- опорно-осевую и рамную.

При опорно-осевой подвеске одна сторона остова тягового электродвигателя опирается на ось колесной пары с помощью двух моторно-осевых подшипников, а другая подвешена к поперечной балке рамы тележки с помощью пружинного устройства. Передача тягового усилия осуществляется через зубчатое зацепление.

При рамной подвеске двигатель расположен над осью колесной пары и прикреплен к раме тележки.

Такая подвеска позволяет уменьшить динамические силы, действующие на тяговые двигатели, особенно при прохождении колесной пары через неровности пути, а также облегчает доступ к двигателям для осмотра. В то же время при рамной подвеске усложняется передача тягового усилия от вала двигателя к колесной паре, так как необходимы специальные шарнирные или упругие элементы, компенсирующие перемещения колесной пары относительно рамы тележки.

В качестве тяговых электродвигателей на электровозах постоянного тока применяют в основном двигатели с последовательным возбуждением. Они рассчитаны на номинальное напряжение 1500 В.

Скорость движения электровоза постоянного тока можно регулировать изменением напряжения, подаваемого на тяговые двигатели, или соотношения тока якоря и тока возбуждения.

Напряжение варьируют включением последовательно с тяговыми электродвигателями резисторов и перегруппировкой тяговых электродвигателей. При перегруппировке двигателей их соединяют друг с другом последовательно, последовательно-параллелно или параллельно.

В последние годы выполнены работы по осуществлению импульсного регулирования напряжения с использованием управляемых полупроводниковых вентилей -- тиристоров.

Основными аппаратами управления электровозом являются контроллеры машиниста, устанавливаемые в каждой кабине управления.

Контроллер непосредственно не связан с силовой цепью электровоза. Все переключения в силовой цепи осуществляются приборами, имеющими пневматические или электромагнитные приводы, связанные низковольтными электрическими цепями с контроллером.

Такая система позволяет управлять с одного поста несколькими локомотивами и исключает попадание высокого напряжения на аппараты управления. Включение и выключение вспомогательных машин, получающих питание от контактной сети, производится кнопками и тумблерами, установленными на панели в кабине машиниста.

Устройства защиты от перегрузок и коротких замыканий цепи тяговых электродвигателей представлены быстродействующим выключателем, дифференциальным реле и реле перегрузки.

Токоприемник соединяет силовую цепь электровоза с контактным проводом. Электровозы имеют по два токоприемника, при движении в нормальных условиях работает один из них. В некоторых случаях, например при разгоне с тяжелым составом или при гололеде, поднимают одновременно оба токоприемника.

К вспомогательным электрическим машинам электровоза относятся мотор - вентиляторы, мотор - компрессоры, мотор - генераторы и генераторы тока управления.

Мотор-вентилятор служит для воздушного охлаждения пусковых резисторов и тяговых электродвигателей, что способствует более полному использованию их мощности.

Мотор-компрессор питает тормозную систему поезда и пневматические устройства электровоза сжатым воздухом.

Мотор-генератор применяют на электровозах с рекуперативным торможением для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей при их работе в режиме рекуперации.

Генератор тока управления предназначен для питания цепей управления, наружного и внутреннего освещения и заряда аккумуляторной батареи, являющейся резервным источником питания тех же цепей.

Вспомогательные машины электровоза приводятся в действие от контактной сети.

Трансформаторы выполняют с интенсивным циркуляционным масловоздушным охлаждением.

В качестве выпрямителей обычно применяют полупроводниковые (кремниевые) вентили -- диоды, а в последнее время -- также управляемые кремниевые вентили -- тиристоры, которые позволяют отказаться от механических коммутирующих аппаратов.

Скорость электровоза переменного тока регулируют изменением напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям, путем подключения их к различным выводам вторичной обмотки трансформатора или выводам автотрансформаторной обмотки. При таком способе регулирования отсутствует необходимость в использовании пусковых реостатов и перегруппировке двигателей. На электровозах переменного тока тяговые электродвигатели все время соединены друг с другом параллельно. Это улучшает тяговые свойства электровоза и упрощает электрические цепи.

Электровозы переменного тока помимо вспомогательного оборудования, применяемого на электровозах постоянного тока, оснащены мотор-насосами, обеспечивающими циркуляцию масла, которое охлаждает трансформатор, и мотор-вентилятором для охлаждения трансформатора и выпрямителя. В качестве вспомогательных машин на электровозах переменного тока чаще всего применяют трехфазные асинхронные электродвигатели. Трехфазный ток получают из однофазного с помощью преобразователей, называемых расщепителями фаз.

В ряде случаев целесообразно применение электровозов двойного питания, у которых возможно переключение электрического оборудования для работы на участках постоянного и переменного тока. Двойное питание предусмотрено на электровозах ВЛ82 и ВЛ82М.

Для пригородного и междугородного пассажирского сообщения на электрифицированных линиях используют электропоезда, состоящие из моторных и прицепных вагонов. В зависимости от пассажиропотоков поезда формируют из 4, 6, 8, 10 или 12 вагонов. [1-5].

Тема лекции №4 Электрические схемы электровозов.

Применительно к электровозам различают следующие принципиальные схемы:

· тяговых силовых цепей, которые содержат устройства, предназначенные для реализации тяговой мощности; в эти цепи входят тяговые электрические двигатели, пусковое оборудование, силовая коммутационная аппаратура, различные реле и т. д.;

· электрических цепей управления, к которым относятся цепи управления электрическими аппаратами, сигнализации, автоматики и др.;

· вспомогательных цепей, в которые входят вспомогательные машины и устройства отопления, т. е. оборудование, предназначенное для обеспечения собственных нужд электрического подвижного состава.

По исполнению принципиальные схемы могут быть совмещенными и разнесенными.

В совмещенных схемах машины, аппараты и приборы изображают в одном месте со всеми относящимися к ним обмотками и контактами. Электрические связи между отдельными элементами показывают линиями. Такие схемы наглядны только при рассмотрении несложных электрических установок. При большом количестве связей схема получается запутанной, и ее трудно читать. Поэтому для изучения сложных электротехнических изделий, в том числе и электровозов, пользуются разнесенными схемами.

В разнесенных схемах контакты и обмотки всех аппаратов, машин и приборов, показанных в конкретной схеме, изображены отдельно и соединены друг с другом в последовательности, соответствующей прохождению тока. На схемах с разнесенным изображением все элементы одного и того же аппарата должны иметь одинаковое обозначение.

Например, на рис. 7 дана упрощенная принципиальная схема управления быстродействующим выключателем БВ силовой цепи электровоза постоянного тока.

Рис. 4

Все элементы, принадлежащие БВ, имеют одинаковое обозначение: 51-1. На контакты аппарата, относящиеся только к цепи управления, а силовые контакты БВ обычно показывают на схеме тяговых силовых цепей. Расположение контактов и катушек в схеме обусловлено электрическими соединениями с элементами других аппаратов, например дифференциального реле, обозначенного 52-1. Нетрудно заметить, что элементы дифференциального реле показаны в схеме разнесенными. Кнопочные выключатели с поясняющими надписями Возврат БВ и БВ служат для включения этого аппарата, но не являются его составной частью. Они располагаются на пульте управления машиниста, и каждая пара имеет свой номер 81-1 и 82-2. Электровозы конструктивно исполнены в двух и более секциях и последняя отделенная чертой цифра показывает, в какой из них расположено оборудование. Как следует из условных обозначений быстродействующего выключателя и дифференциального реле, аппараты находятся в первой секции электровоза по одному на единицу электроподвижного состава, а управление ими осуществляется из кабин машиниста, оборудованных кнопочными выключателями 81-1 (82-2) и контроллерами 95-1 (96-2).

Разнесенным способом допускается вычерчивать как всю схему, так и ее отдельные части. Отдельные цепи должны быть расположены одна под другой и образовывать параллельные строки (строчный способ выполнения разнесенной схемы). Допускается располагать строки на схеме и вертикально. При выполнении схемы строчным способом рекомендуется параллельные строки нумеровать. На рис. 7 каждая строка имеет свой номер: К62, К50, 47 и т. д.

Для правильного чтения схемы нумеруют и отдельные участки проводов. Так, на одной из строк рисунка имеются следующие элементы с номерами: провод и контакт 47 главного вала 95-1, провод Н130, кнопочные выключатели 81-1 (Возврат БВ и БВ), межсекционный разъем, провод К50, кнопочные выключатели 82-2, провод HI31, провод и контакт 47 главного вала 96-2.

Каждый элемент, входящий в схему, имеет буквенно-цифровое обозначение. Такое обозначение представляет собой сокращенное условное наименование, как отдельного элемента, так и устройства в целом. В соответствии с ГОСТ 2.710--81 «Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах» установлены буквенные коды наиболее распространенных видов элементов: С -- конденсаторы; L -- катушки индуктивности, дроссели; G -- генераторы, источники питания; М -- двигатели; Г -- трансформаторы, автотрансформаторы; Р -- приборы, измерительное оборудование; V -- приборы полупроводниковые; К -- реле, контакторы и т. д.

Для уточнения назначения некоторых элементов рекомендуются обозначения, состоящие из сочетания нескольких букв. Так, трансформатор тока обозначается ТА, трансформатор напряжения -- TV, диод -- VD, тиристор -- VS, реле напряжения -- KV, измерительные приборы амперметр, вольтметр, ваттметр -- соответственно PA, PV, PW.

Цифры, как правило, необходимы для обозначения одного из нескольких однотипных элементов, имеющихся в схеме; их ставят за буквенным обозначением (например, Rl, R2, ..., Ml, М2, ...).

При необходимости допускается применять обозначения и пояснения, не установленные стандартом. Содержание и способ записи таких обозначений поясняются на схеме или в сопутствующем тексте, т. е. документации на изделие. Например, на рис. 7 дана дополнительная информация о быстродействующем выключателе: пояснено функциональное значение кнопочных выключателей 81-1, т. е. выключателей Возврат БВ и БВ (включение БВ).

Принципиальные схемы соответствуют отключенному положению изделия. Это очень важное условие, так как одни контакты аппаратов, если обмотки их обесточены, по условиям работы электровоза должны быть разомкнуты, а другие замкнуты. Если же ток проходит по обмоткам аппарата, то разомкнутые контакты, наоборот, будут замкнуты, а замкнутые -- разомкнуты. Контакты, которые замыкают те или иные электрические цепи при прохождении тока по обмоткам аппаратов, называются замыкающими. Если контакты аппаратов при прохождении тока по их обмоткам размыкают электрические цепи, их называют размыкающими. На схемах контакты изображают в положениях при отсутствии внешних принудительных сил, воздействующих на подвижные контакты.

Ясному представлению о работе любого электрического устройства, умелой его эксплуатации, быстрому устранению неисправностей во многом способствует умение разбираться в электрических схемах, или, как говорят, читать их. Как книгу, схему начинают читать с названия. Затем, зная условные графические обозначения, определяют, какие машины и аппараты входят в электрические цепи. Однако, выяснив это, еще нельзя считать, что схема прочитана. Прочесть схему -- значит понять, как работает рассматриваемая цепь. Для этого необходимо знать основные законы электротехники, уметь проследить цепь, а также проверить правильность сделанных предположений. Необходимо также иметь ясное представление о том, как устроены и работают аппараты и машины, входящие в цепь, и о многом другом в зависимости от назначения и сложности цепи, изображенной на схеме.

Прежде всего, определяют пути прохождения тока, устанавливают, как при этом работают машины и аппараты, входящие в цепь. Отправной точкой при определении путей тока в схемах установок постоянного тока чаще всего служит положительный полюс источника питания, а конечной -- его отрицательный полюс. В установках переменного тока началом цепи обычно считают одну из фаз питающей сети, а концом -- какую-либо другую фазу или нулевой провод.

Вернемся к рис. 2, на котором показаны основные сооружения и оборудование, обеспечивающие электроснабжение электрифицированной дороги. Изготовление такого рисунка сопряжено со многими неудобствами: сложностью изображения, трудностью размещения отдельных элементов и т. п. Кроме того, в данном случае не решена главная задача -- наглядно показать путь тока от тяговой подстанции к потребителю (электровозу) и обратно к подстанции.

Используя соответствующие условные графические обозначения, можно тот же рисунок показать в виде структурной схемы.

Рис. 5

Схема дает наглядное представление об электрических связях и оборудовании системы электроснабжения электрифицированной железной дороги постоянного тока. При этом даны полные названия элементов, показанных, для более четкого понимания их условных графических изображений. На б применены условные обозначения элементов в соответствии с ГОСТ 2.710--81.

Принципиальные схемы выполняют в многолинейном и однолинейном изображениях. При многолинейном способе каждую цепь одной и той же системы изображают отдельной линией а элементы аппаратов в их условном изображении дают отдельно для каждой цепи (фазы). В случае однолинейного способа все цепи одной и той же системы (например, три фазы трехфазной цепи) изображают одной линией все три ножа выключателя или разъединителя и многофазную линию связи обозначают одной линией. Число поперечных черточек на линиях электрической связи однолинейной схемы указывает число фаз.

Простейшее изображение силовой цепи электровоза постоянного тока приведено на рис. 9, электровоза переменного тока -- на рис. 10. Эти очень упрощенные схемы силовых цепей выполнены с использованием условных графических и буквенных обозначений, предусмотренных соответствующими стандартами.

Рис. 6

Рис. 7

Для определения путей прохождения тока в силовых цепях электровозов за отправную принимают точку соприкосновения токоприемника и контактного провода. Это справедливо для электровозов постоянного и переменного тока. [1-5].

Тема лекции №5 Устройство тягового двигателя

Тяговый двигатель электровоза, как и все двигатели постоянного тока, имеет следующие основные части: остов с полюсами, якорь, щеткодержатели и щетки, подшипниковые щиты (рис. 14). Конструктивные отличия тяговых двигателей от других электрических машин постоянного тока предопределены условиями их работы.

Рис. 8

Размеры тягового двигателя ограничены габаритом -- предельными очертаниями локомотива. Двигатели подвергаются значительным перегрузкам, тряске, ударам при прохождении колесных пар по неровностям пути, работают при температуре окружающей среды от +40 до -- 50° С, в условиях больших колебаний напряжения в контактной сети. Очень трудно предотвратить проникновение в них пыли, влаги, снега.
Обеспечить длительную безотказную работу тяговых двигателей в таких условиях можно лишь при высоком качестве проектирования и изготовления, правильной эксплуатации и своевременном ремонте.

Якорь

У тягового двигателя якорь (рис. 15, а) состоит из сердечника, вала, обмотки и коллектора.

Рис. 9



Сердечник собран из штампованных листов специальной электротехнической стали (рис. 15, б). Каждый лист изолирован от соседнего тонким слоем лака. Проще, казалось, было бы выполнить сердечник в виде сплошного цилиндра. Объясним, почему этого делать нельзя.

Когда якорь вращается, магнитные силовые линии пересекаются не только обмоткой, уложенной на нем, но и сердечником, вследствие чего в нем наводится э. д. с. Значения этой э. д. с. в точках сердечника, имеющих разные радиусы вращения, неодинаковы: чем ближе точки к поверхности, тем э. д. с. больше. Точки, лежащие ближе к поверхности сердечника, за одно и то же время проходят больший путь и пересекают большее число магнитных силовых линий, чем точки, расположенные недалеко от оси вращения. Под действием разности э. д. с, наведенных в сердечнике, возникают так называемые вихревые токи. Даже при небольшой разности э. д. с. вихревые токи могут быть значительными, так как электрическое сопротивление сплошного массивного цилиндра мало. Вихревые токи, проходя по сердечнику, нагревают его. На это бесполезно тратится электрическая энергия и тем самым снижается к. п. д. двигателя.

Избежать разности наведенных э. д. с. при вращательном движении якоря невозможно. Остается одно -- увеличить электрическое сопротивление сердечника. Собирая сердечник из отдельных листов толщиной 0,3--0,5 мм, изолированных друг от друга, тем самым разделяют его на ряд проводников с малой площадью сечения и, следовательно, большим электрическим сопротивлением. Кроме того, увеличивают электрическое сопротивление стали, из которой изготовляют сердечники, добавляя в нее 1 -- 1,5% кремния.

В сердечнике делают ряд круглых отверстий для пропуска воздуха, охлаждающего якорь, который нагревается теплом, выделяемым обмоткой при прохождении по ней тока, и не полностью устраненными вихревыми токами.

Валы якорей тяговых двигателей изготавливают из особой стали повышенного качества. И все же иногда приходится заменять «уставшие» валы. Поэтому листы сердечника собирают на специальной втулке, а не непосредственно на валу. Это позволяет при необходимости выпрессовывать вал из втулки, не разбирая сердечник, обмотку и коллектор.

Обмотку якоря укладывают в пазы его сердечника. Проводники обмотки соединяют один с другим в определенной последовательности, применяя так называемые лобовые соединения. Последовательность соединения должна быть такой, чтобы все силы взаимодействия, возникающие между проводниками с током и магнитным потоком, стремились вращать якорь двигателя в одну сторону. Для этого соединяемые проводники, образующие виток, должны быть расположены один от другого на расстоянии, примерно равном расстоянию между полюсами.

Начало и конец витка присоединяют к разным коллекторным пластинам в определенной последовательности, образуя, таким образом, обмотку якоря. Отдельные витки, составляющие обмотку, называют секциями.

Современные электрические машины постоянного тока, в том числе и тяговые двигатели, обычно делают многополюсными, т. е. они имеют не одну, а две, три и более пар полюсов. При этом проводники обмотки якоря могут быть соединены двумя способами, и в зависимости от этого получают обмотки двух типов -- петлевую и волновую.

Показать обмотку якоря на чертеже в том виде, как ее выполняют в электрической машине, очень сложно. Поэтому для наглядности изображения полюса электрической машины и пластины коллектора, которые в действительности расположены по окружности, на рисунке изображают в виде развертки на плоскости. Это позволяет показать расположение проводников обмотки относительно полюсов магнитной системы, соединение проводников один с другим и с пластинами коллектора, а также соединение секций.

Рис. 10

Для получения петлевой обмотки начало проводника 1 присоединяют к коллекторной пластине 1', а конец его соединяют с началом проводника 2. Конец проводника 2 присоединяют к пластине 2'. Проводники 1 и 2 образуют одну секцию, имеющую форму петли. Поэтому обмотка и получила название петлевой. Далее начало проводника 3 соединяют с пластиной 2', а конец -- с проводником 4 и т. д., пока обмотка не замкнется, т. е. пока последний проводник не соединится с коллекторной пластиной 1'.

При волновой обмотке начало проводника 1, расположенного под северным полюсом (полюс N) первой пары полюсов, присоединяют к коллекторной пластине 1', а конец -- к проводнику 2, как и в петлевой обмотке. Затем, в отличие от петлевой обмотки, конец проводника 2 через соответствующую коллекторную пластину 2', расположенную уже не рядом с пластиной 1', соединяют с проводником 3, находящимся под полюсом N следующей пары полюсов. Проводник 3 соединяют с проводником 4, расположенным под полюсом той же пары полюсов, и через коллекторную пластину с проводником 5, находящимся под полюсом N первой пары полюсов, и так до тех пор, пока обмотка не замкнется. Секция обмотки этого типа имеет форму волны, вследствие чего обмотка и получила название волновой. В отличие от петлевой обмотки концы секции волновой обмотки присоединяют к несмежным коллекторным пластинам.

В большинстве тяговых двигателей первоначально применяли волновую обмотку. В современных тяговых двигателях большой мощности применяют петлевые обмотки. Обмотку якоря укладывают в пазы, выштампованные в листах стали, из которых собирают сердечник (см. рис. 15, б). В каждом пазу помещают стороны двух секций, так как обмотки двигателей обычно располагают в два слоя. Одну сторону секции укладывают в верхнюю часть одного паза, а другую -- в нижнюю часть другого. При двухслойной обмотке облегчается соединение лобовых частей секции. Кроме того, все секции получаются одинаковыми, что упрощает технологию их изготовления.

Уложенную обмотку необходимо закрепить в пазах, иначе при вращении якоря она под действием центробежной силы будет вырвана из пазов. Закрепить ее можно, либо наложив бандаж на цилиндрическую поверхность якоря, либо поставив клинья в пазы.

Рис. 11

Бандажи занимают по высоте меньше места, чем клинья, и ставить их проще. Однако в бандажах, выполненных из стальной проволоки, теряется энергия, поскольку они вращаются в магнитном поле. Не исключена и вероятность нарушения их пайки под действием тепла, выделяемого в обмотках двигателей и в самих бандажах. Кроме того, при больших окружных скоростях бандажи не обеспечивают необходимую прочность крепления. Крепление обмотки клиньями достаточно надежно, поэтому такой способ и получил преимущественное применение в мощных тяговых двигателях. Однако при этом высота паза, а, следовательно, и диаметр якоря двигателя увеличиваются.

Раньше прямоугольные проводники обмотки якоря располагали вертикально. При расположении проводников, имеющих прямоугольное сечение, плашмя не требуется места (по ширине паза) на изоляцию и улучшается отвод тепла от меди к боковым стенкам паза. Это позволяет улучшить теплоотдачу, а, следовательно, уменьшить радиальные размеры сердечника и, кроме того, снизить добавочные потери в меди, так как уменьшаются вихревые токи. Так размещены обмотки в тяговых двигателях электровозов постоянного и переменного тока новых серий. Это позволило повысить мощность двигателей при заданных габаритных размерах. Однако монтаж такой обмотки сложней, чем обмотки, проводники которой расположены вертикально. Лобовые соединения обмотки якоря крепят только бандажами, которые выполняют из стеклоленты, пропитанной клеящими лаками. Такие бандажи не имеют недостатков, присущих проволочным бандажам.

Производство новых электроизоляционных материалов высокой прочности позволило создать (пока опытные) гладкие беспазовые якоря, т. е. укладывать обмотки на гладкую цилиндрическую поверхность. Это снижает стоимость изготовления двигателей и расходы на содержание их в эксплуатации.

Коллектор -- один из основных и наиболее ответственных узлов тягового двигателя постоянного тока. Коллектор наиболее нагружен в электрическом отношении, и условиями его надежной работы ограничиваются предельные мощности тяговых двигателей. Диаметр коллектора современных тяговых двигателей превышает 800 мм, число пластин достигает 600.

Медные пластины коллектора имеют в сечении форму клина. Одна от другой они изолированы прокладками из коллекторного миканита. Миканит изготовляют из лепестков слюды, обладающей очень высокими электрической прочностью и теплостойкостью, а также влагостойкостью. Склеивают лепестки специальными лаками или смолами.

Рис. 12

В нижней части коллекторные, и изоляционные пластины имеют форму так называемого «ласточкиного хвоста». «Ласточкины хвосты» пластин и прокладок надежно зажаты между коробкой коллектора и нажимной шайбой, стянутыми болтами. Такое крепление обеспечивает сохранение строго цилиндрической формы коллектора, что очень важно, так как к поверхности коллектора все время прижимаются щетки. Стоит хотя бы одной пластине выйти за очертания окружности коллектора, как щетки начнут подпрыгивать, искрить, что может привести к повреждению двигателя. То же самое может произойти при недостаточно высоком качестве обработки коллектора, а также в случае образования на его поверхности вмятин и выступов.

От коробки и нажимной шайбы коллекторные пластины изолируют, прокладывая конусы и цилиндр, изготовленные из миканита. Коллекторные пластины имеют выступы, называемые петушками. В петушках сделаны прорези, куда впаивают концы секций обмотки якоря.

Во время работы двигателя щетки истирают поверхность коллектора. Миканит более износостоек, чем медь, поэтому в процессе работы поверхность коллектора может стать волнистой. Чтобы этого не произошло, изоляцию в промежутках между медными пластинами после сборки коллектора делают меньшей высоты -- продороживают коллектор специальными фрезами. [1-5].

Тема лекции №6 Токоприемники

Силовая цепь электровоза соединяется через токоприемник с контактной сетью, в которую поступает электрическая энергия от тяговой подстанции. Контакт между токоприемником и контактным проводом осуществляется не в одной постоянной точке, как в стационарных установках; точка контакта перемещается вдоль провода вместе с локомотивом.

Основным условием надежной работы токоприемника, или, как говорят специалисты, высокого качества токосъема, является, прежде всего, постоянство нажатия токоприемника на контактный провод. Разумеется, чем больше нажатие, тем надежней скользящий контакт. Но, с другой стороны, большое нажатие увеличивает механический износ провода и контактного устройства токоприемника (в действительности контактный провод расположен в плане не по оси пути, а зигзагообразно, что обеспечивает равномерный износ рабочих поверхностей полоза токоприемника по всей его длине. Поэтому токоприемник относительно контактного провода перемещается еще и в поперечном направлении).

В то же время чрезмерно малое нажатие приводит к искрению и даже к образованию электрической дуги, что вызывает электрический износ контактных поверхностей проводов и токоприемника и возникновение помех в различных линиях связи.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог нормальная высота подвески контактного провода над уровнем головки рельса принята равной 6600 мм на станциях и 6250 мм на перегонах. В исключительных случаях это расстояние в пределах искусственных сооружений, расположенных на путях станций, а также на перегонах с разрешения Министерства путей сообщения (МПС) может быть уменьшено до 5675 мм на участках переменного тока и до 5550 мм при постоянном токе. Высота подвески контактного провода во всех случаях не должна превышать 6800 мм. Следовательно, в самых неблагоприятных условиях то...