книги из ГПНТБ / Скрипкин В.В. Электрооборудование изотермического подвижного состава учебник

включенном пускателе якорь имеет регулировочные винты 12. Такие магнитные пускатели надежны в работе. Они используются на 12II 5-вагонных секциях.

На поездах и секциях с машинным охлаждением постройки после 1962 г. для включения электродвигателей и электропечей установле­ ны магнитные пускатели, по конструкции отличающиеся от описан­ ных выше. Эти пускатели имеют не поворотную систему, а прямоходо­

замкнутые витки 3. Подвижной магнитопровод 10 жестко связан с ко­ лодкой 9, выполненной из изоляционного материала, которая поддер­ живается в верхнем положении возвратными пружинами 1. На стойки

91

кают силовую и блокировочную цепи. Подвижные контакты К Непо­ движным прижимаются пружинами, надетыми на стойки подвижных контактов. Внутренние грани корпуса 11, изготовленного из диэлек­ трического материала, служат направляющими для колодки 9. Пере­ городки 6 являются дугогаснтелы-іыми. Они образуют отдельные ка­ меры 8 для каждой цепи контактов.

При отключении тяговой катушки якорь с колодкой под воздей­ ствием пружин 1 перемещается вверх и размыкает контактную систе­ му пускателя, отключая потребители от силовой цепи.

Для повышения надежности магнитного пускателя его силовые кон­ такты снабжаются притирающим устройством (рис. 68, а). Подвиж­ ной силовой контакт 2 крепится на держателе 5, который соединен шарнирно с рычагом 4 якоря. Пружина 3, предварительно сжатая, прижимает держатель 5 к рычагу. При отключенном пускателе непо­ движный контакт 1 находится на некотором расстоянии от подвиж­ ного 2.

При замыкании цепи катушки магнитного пускателя подвижная система вместе с рычагом 4 и держателем 5 движется вправо. Первона­ чально контакты соприкасаются в точке А (рис. 68, б), в дальнейшем подвижной контакт 2 (см. рис. 68, о) перекатывается по неподвижному, причем пружина 3 сжимается. Перекатывание контактов происходит с проскальзыванием, что обеспечивает притирание и зачистку кон­ тактных поверхностей.

Процесс включения магнитного пускателя заканчивается, когда его якорь полностью притянется к сердечнику, а держатель 5 повер­ нется на некоторый угол а (рис. 68, ß). Силовые контакты в этот мо­ мент соприкасаются в точке Б, которая находится значительно ниже точки А (см. рис. 68, б).

Размыкание контактов пускателя происходит в обратном порядке. В момент размыкания контакты соприкасаются в точке Л, в зоне ко­ торой и возникает электрическая дуга. Благодаря тому что действие

Р и с . 68. С х ем а д ей ст в и я си л о в ы х к о н та к то в м а гн и т н о го п у ск а т ел я :

с контакты разомкнуты; б — контакты d процессе замыкания; о — контакты замкнуты

92

Дуги удалено от точки Б, рабочие части поверхности контактов не подвергаются обгоранию.

Магнитные системы пускателя переменного тока обычно выполня­ ются в виде пакета из тонколистовой стали, чтобы уменьшить потери

вжелезе на перемагничивание и вихревые токи.

Вмагнитных системах постоянного тока величина воздушного за­ зора между якорем и сердечником не влияет на величину тока во втяги­ вающей катушке, а в системах переменного тока влияет, а именно: наи­ большему зазору (момент включения аппарата) соответствует наи­ больший ток. Величина тока I в катушке магнитной системы аппара­

та зависит от напряжения сети U и общего сопротивления катушки:

где R, X — соответственно активное и индуктивное сопротивление. Если катушка подключена к сети постоянного тока, то реактивное

ратно пропорциональна сопротивлению магнитной цепи. В началь­ ный момент включения пускателя, т. е. при наибольшем воздушном зазоре и наибольшем сопротивлении магнитной цепи, реактивное со­ противление минимально, поэтому ток в катушке будет максимальным. В конечный момент, когда зазор будет минимальным, реактивное со­ противление становится максимальным, а ток в катушке минимальным. Подобное явление может быть связано с перегревом катушек аппара­ тов переменного тока и выходом их из строя в случае остановки якоря в промежуточном положении, когда аппарат полностью не вклю­ чился.

Одной из основных характеристик магнитной системы является тя­ говая характеристика, представляющая собой зависимость тягового усилия от величины воздушного зазора между якорем и сердечником. Тяговое усилие любого электромагнита пропорционально магнитному потоку (индукции). Магнитный поток Ф в общем случае определяется формулой

Ф = /ш Я»

где /со — намагничивающая сила (со — угловая частота); R M— сопротивление магнитной цепи.

Если катушка электромагнита питается от сети постоянного тока, намагничивающая сила /со = const, так как / = const. По мере умень­ шения воздушного зазора и, следовательно, сопротивления магнитной цепи магнитный поток и тяговое усилие возрастают.

93

При питании катушки от сети переменного тока, как показано выше, по мере уменьшения зазора и сопротивления магнитной цепи умень­ шается ток, а следовательно, н намагничивающая сила. Поэтому маг­ нитный поток и тяговое усилие электромагнитов переменного тока не­ значительно изменяются в процессе движения якоря.

Недостатком магнитных систем переменного тока является также наличие вибрации якоря электромагнита в притянутом состоянии. Это объясняется тем, что при прохождении магнитного потока через нуле­ вое значение якорь под действием противодействующей пружины стре­ мится отпасть от сердечника электромагнита. Но поскольку на якорь действует еще н сила инерции, отпасть он не успевает, а так как магнит­ ный поток проходит через нулевое значение 100 раз в секунду, якорь вибрирует. Подобная вибрация не только является причиной неприят­ ного шума (гудения), но и оказывает сильное разрушающее действие на аппараты. Для устранения вибрации на сердечнике электромагни­ та обычно устанавливают короткозамкнутый виток.

Контактная система — одна из наиболее ответственных частей маг­ нитных пускателей. Конструктивное исполнение контактов и состояние их в эксплуатации в большой степени определяют надежность работы аппарата. Различают неподвижные контактные соединения для жест­ кого соединения внутренних токоведущих частей, подвижные и сколь­ зящие — для замыкания и размыкания электрических цепей. В зави­ симости от характера соприкосновения контактные соединения подраз­ деляются на поверхностные, линейные и точечные.

Контактное сопротивление характеризуется сопротивлением мате­ риала контактных элементов и так называемым переходным сопротив­ лением в месте соприкосновения контактов. Переходное сопротивле­ ние, как правило, значительно больше сопротивления сплошного про­ водника. Величина переходного сопротивления зависит от материала и температуры контактов, силы их прижатия, состояния и размера контактирующей поверхности и др. Чем лучше проводимость материа­ ла контактов, больше сила прижатия и площадь соприкосновения и чище обработка их поверхности, тем меньше величина переходного сопротивления. С повышением температуры контактов их поверхность окисляется и переходное сопротивление резко увеличивается.

При эксплуатации.пускателей увеличение переходного сопротив­ ления контактов и, следовательно, возможное их перегревание проис­ ходят главным образом из-за ухудшения состояния контактной по­ верхности. Чтобы поверхности контактов поддерживались в нормаль­ ном состоянии, большинство аппаратов имеет такое конструктивное оформление, что во время их включения происходит перекатывание подвижного контакта по неподвижному (притирание).

В момент размыкания контактов при отключении пускателя вели­ чина переходного сопротивления рез'ко изменяется, так как уменьша­ ются площадь соприкосновения и усилие прижатия. В результате рез­ ко повышается температура контактов и между контактами возникает электрическая дуга, которая ускоряет износ контактов. Расплавлен­ ные дугой поверхности контактов при последующем замыкании могут

94

Рис. 69. Контакты с дугогашением посредством:

а — быстрого размыкания; О— денежной решетки; в — магнитного дутья; г — двойного раз­ рыва цепи

оказаться сваренными. Поэтому все пускатели, в которых может обра­ зовываться дуга, имеют дугогасительные устройства:

контакт с упругими плоскими пружинами (рис. 69, а). Пружины 1 прижимают подвижной контакт 2 к неподвижному контакту 3. Размы­ кание происходит очень быстро при воздействии силы размыкания F (определенной величины) на подвижной контакт. Если будет прило­ жена сила, которая меньше необходимой, контакт останется замкну­ тым ;

контакт с деионной решеткой (рис. 69, б). Над рабочими контактами 1 и 5 располагается ряд металлических пластин 2, закрепленных в стен­ ках дугогасительной камеры 3. При размыкании контакта электри­ ческая дуга 4 под действием нагретого воздуха поднимается кверху и

стоит из нескольких витков проволоки большого сечения и расположе­ на на ферромагнитном сердечнике. По катушке проходит рабочий ток I . Между полюсами 1 магнитопровода создается магнитный поток Ф, направление которого зависит от направления тока в катушке. Кон­ такты 5 расположены между полюсами внутри дугогасительной ка­ меры 4, выполненной из асбоцемента. При размыкании контактов меж-

95

ду ними возникает дуга 3, на которую, как и на проводник с током, на­ ходящийся в магнитном поле, действует выталкивающая сила поля;

контакт мостнкового типа с двойным разрывом цепи (рис. 69, г). Подвижной контакт 2 при воздействии силы F поднимается, и, после того как он войдет в соприкосновение с контактами 1 и 3 и замкнет электрическую цепь, изоляционная пластина 5, на которую опирает­ ся пружина 4, переместится еще на некоторую высоту. При этом пру­ жина обеспечит хорошее соприкосновение контактов (контактное дав­ ление). При размыкании контакта электрическая цепь разорвется в двух местах — между подвижным контактом 2 и неподвижными 1 и 3. В этом случае дуга погаснет значительно быстрее.

Рассмотренные устройства применяются в силовых контактах при большой разрываемой мощности.

Магнитные пускатели электродвигателей имеют тепловое реле, обеспечивающее отключение двигателя при повышении потребля­ емого тока сверх допускаемой величины. Тепловое реле выполняется отдельно от пускателя и монтируется на его корпусе. Основным эле­ ментом теплового реле являются биметаллические пластины 2 (рис. 70), изгибающиеся при нагреве спиралями 3, по которым протекает ток на­ грузки, подводимый по трехфазному вводу 4 (провода А, В, С). Пла­ стины 2 одновременно служат проводниками, к которым подсоединена цепь 5, питающая потребители. Если ток нагрузки превышает до­ пустимую величину, биметаллические пластины прогреваются и их верхняя часть отгибается влево. При этом перемещается планка 1, из­ готовленная из текстолита или гетинакса, и освобождает защелку 8, которая под действием пружины 7 поворачивается против часовой стрелки и размыкает контакты 9 цепи питания тяговой катушки пуска­ теля, отключая его. Чтобы вновь включить пускатель, когда остынут

Рис. 70. Тепловое реле

96

Р и с. 71 . Х а р а к т е р и ст и к а ср а б а т ы в а н и я т еп л о в о г о р ел е

биметаллические пластины, нажимают кнопку возврата 6. При этом промежуточная планка 12 под действием пружины -10 и защелка 8 возвращаются в исходное положение.

Ток срабатывания теплового реле регулируется эксцентриковой шайбой 14 со шкалой, отградуированной в амперах. Регулируя тепло­ вое реле, в вырез 13 вставляют шлиц отвертки и, поворачивая шайбу 14, устанавливают необходимую отметку шкалы (соответствующую определенному значению тока срабатывания) против отметки 11. Вели­ чина тока срабатывания зависит от величины зазора / между заплечиком планки 1 и верхним краем ненагретой биметаллической пластин­ ки теплового реле.

Тепловое реле срабатывает с некоторой зависящей от степени пере­ грузки выдержкой времени, так как нагревательная спираль и биме­ таллическая пластина обладают некоторой теплоемкостью. Поэтому тепловые реле применяются -в комбинации с максимальными расцепи­ телями или плавкими предохранителями, быстро действующими при больших перегрузках и коротких замыканиях.

Роль минимального расцепителя играет катушка магнитного пуска­ теля, которая может удерживать замкнутые силовые контакты только в случае, если напряжение не упало ниже 50—70% от номинального.

На рис. 71 приведена зависимость времени срабатывания теплового реле от кратности перегрузки. При перегрузке на 20% (точка с) реле срабатывает через 6 мин, при перегрузке на 200% (точка Ь) — через 20 сек, при перегрузке на 600% (точка а) — через 2 сек. Характе­ ристика срабатывания теплового реле может быть изменена при помо­

Характеристика теплового реле подбирается так, чтобы она пол­ ностью соответствовала характеристике допускаемых перегрузок элек­ тродвигателя, т. е. его наивыгоднейшим условиям работы. Наиболее легкий режим работы двигателя (хорошее охлаждение) имеет место при характеристике, изображенной на рис. 71 штриховой линией, а наиболее тяжелый (плохое охлаждение) — сплошной. Кратковремен­ ные броски тока при пуске асинхронных двигателей не вызывают сра­ батывания теплового реле. Однако, если повышенный ток будет проте­ кать продолжительное время, биметаллическая пластина прогреется и тепловое реле отключит двигатель.

3. ПАКЕТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ

Пакетными коммутационными аппаратами называются устрой­ ства для включения, отключения или переключения цепей постоянного тока напряжением до 220 в и цепей переменного тока напряжением до 380 в.

Пакетный коммутационный аппарат состоит из плоских пластмас­ совых дисков диаметром 50—100 мм, нанизанных на шпильки и стя­ нутых между основанием и крышкой гайками. Диски имеют выточки, образующие камеры. Между дисками зажаты контактные ножи, взаи­ модействующие с подвижными контактами из фосфористой бронзы. Подвижные контакты смонтированы на квадратном изоляционном вали­ ке, который может поворачиваться в ту или другую сторону при помо­ щи рукоятки.

Для достаточно быстрого перемещения подвижных контактов из одного положения в другое под крышкой аппарата имеется пружинный механизм, обеспечивающий мгновенное переключение управляемых цепей, а также четкую и надежную фиксацию переключения. Таким об­ разом исключается возможность образования дуги, вызывающей обгорание контактов.

98

оболочки кабеля. т ел я Крышка, закрепляемая винтами, имеет уп­

лотняющую резиновую прокладку и сальник с асбестографитовой просаленной набивкой для вывода из корпуса оси привода.

Пакетные коммутационные аппараты получили достаточно широ­ кое распространение. К их достоинствам относятся:

небольшие габаритные размеры; безопасность обслуживания, так как исключена возможность при­

косновения к токоведущим частям; обеспечение моментального включения, выключения и переклю­

чения.

На подвижном составе с машинным охлаждением применяются па­ кетные выключатели номинального тока 6, 15, 25, 60 и 100 а при напря­ жении 380 в.

Пакетный выключатель (рис. 72) набирается из нескольких отдель­ ных пластмассовых пакетов 2, закрытых крышками 4 и 10 и стянутых шпильками 3. Внутри каждого пакета на оси 9, но изолированно от нее находится подвижной контакт 1 (полюс), который может замыкать не­ подвижные контакты 8, диаметрально расположенные на одном пакете. Поворот подвижных контактов во всех пакетах происходит одновре­ менно при перемещении рукоятки 6 и ее оси 7 на 90°. Быстрое размыка­ ние и замыкание контактов обеспечиваются пружинно-фиксирующим механизмом 5, смонтированным в верхней крышке 4.

В пакетных выключателях применяются скользящие контакты, со­ прикасающиеся один с другим по плоскости. Благодаря наличию пру- жинно-фиксирующего механизма разрыв контактов происходит быстро и не зависит от скорости поворота ручки. Все пакетные выключатели фиксируют свои подвижные контакты в четырех положениях, сдвину­ тых на 90°.

Каждый пакет выключателя образует отдельную электрическую цепь с двойным разрывом в пакете и может быть включен в схему са­ мостоятельно или в комбинации с другими пакетами. Пакетные вы­

ключатели, предназначенные для пуска трехфазных электродвигате­ лей, имеют два рабочих положения: включено и выключено.

Пакетные переключатели имеют, как правило, три рабочих поло­ жения и одно выключенное. Переключатели обычно используются в различных цепях управления и измерений; количество пакетов в пе­ реключателе может достигать 10—15 шт. Такие переключатели исклю­ чительно удобны в работе: одним поворотом рукоятки можно собирать сложные схемы.

На рис. 73, а приведена схема подключения вольтметра к двум лю­ бым линейным проводам при помощи пакетного переключателя, ручка которого имеет четыре положения (рис. 73, б): / — вольтметр подклю­ чен к проводам А и В\ II — к А и С и III — к В и С; 0 — пере­ ключатель выключен.

4. КНОПОЧНЫЕ И ИМПУЛЬСНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Кнопочные выключатели имеют пружину, возвращающую подвиж­ ной контакт в исходное положение после нажатия на кнопку выклю­ чателя (самовозврат). Контакты выключателей могут быть размыка­ ющими и замыкающими.

Наряду с кнопочными станциями для управления магнитными пус­ кателями широко применяются импульсные пакетные выключатели (рис. 74), имеющие самовозврат подвижного контакта 3. Такой пере­ ключатель отличается от обычного только конструкцией пружиннофиксирующего механизма, не позволяющего оси 4 и контакту 3 от­ клоняться от исходного положения свыше определенного угла а. При повороте подвижного контакта по часовой стрелке до упора (положе­ ние /) все клеммы переключателя К л і , Кл2 и КлЗ соединяются между

Для непосредственного включения потребителей вручную на поез­ дах и секциях используют трехполюсные кнопочные выключатели.

100