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

Электрическое сопротивление угольного столба, собранного на изоли­ рованной шпильке из большого числа тонких угольных шайб, за­ висит от степени сжатия его и может изменяться в довольно широких пределах. Механическое воздействие на регулируемое сопротивление осуществляют либо с помощью серводвигателя небольшой мощности, либо с помощью электромагнита. Последний способ является наиболее распространенным.

На рис. 148 изображена принципиальная схема угольного усили­ теля. Управляющее напряжение ІІу подается на катушку 2 электро­ магнита. Возникающая электромагнитная сила Ром, втягивающая сер­

сил нарушается и сердечник 3 перемещается в направлении действия большой силы. Когда напряжение увеличивается, возрастает сила Рэм и сердечник втягивается в катушку. При этом угольный столб 1 сжимается, его сопротивление уменьшается и ток /„ в цепи нагрузки R увеличивается. Уменьшение напряжения приводит к перемещению сердечника в противоположном направлении, давление на угольный столб уменьшается и ток в цепи нагрузки уменьшается.

Достоинствами угольных усилителей является простота конструк­ ции. Недостатки заключаются в значительной инерционности, малой

парат, в котором для усиления сигнала используется управляемое индуктивное сопротивление. Простейший дроссельный магнитный усилитель (рис. 149, а) представляет собой замкнутый магнитопровод с двумя обмотками — обмоткой переменного тока (рабочая) wv, вклю­ ченной в цепь нагрузки R, и обмоткой управления wy, на которую подается управляющее напряжение от источника постоянного тока. При прохождении переменного тока по обмотке шр в wy будет наводить­ ся э. д. с., которая будет создавать переменный ток в цепи управле­ ния. Для ограничения этого тока включается балластный дроссель Др, имеющий малое активное сопротивление. При отсутствии тока управления индуктивное сопротивление рабочей обмотки равно

191

При неизменных S, иУр и / индуктивность определяется магнитной проницаемостью р. Если ток управления отсутствует, то сердечник работает в ненасыщенной зоне 1 (рис. 149, б). В этой зоне магнитная

велики. Нагрузка R обычно очень мала по сравнению с X,,,, поэтому ток в рабочей обмотке определяется только индуктивным сопротив­ лением дросселя. Если пренебречь активным сопротивлением рабочей обмотки и сопротивлением нагрузки, то действующее значение напря­ жения на дросселе URl равно

времени представлена на рис. 149, б.

Подадим в обмотку управления постоянный ток / у такой величины, чтобы перенести рабочую зону полностью в область 2 на кривой намаг­ ничивания. В этой области материал имеет малую магнитную пронн-

к уменьшению полного сопротивления цепи и возрастанию тока в на­ грузке. Сопротивления Х|і2 и R выбирают таким образом, чтобы Х„2 С R- Тогда ток в цепи определяется только сопротивлением самой нагрузки.

192

Напряжение на дросселе в этом ре­ жиме (Удо приближенно можно опреде­ лить по формуле

насыщенной части характеристик умень­

шается ß a2, и при а = 0 Ва2 = 0. При этом все напряжение источника полностью будет приложено к нагрузке.

Мы рассмотрели два режима усилителя — режим холостого хода, когда / у = 0 и ток в нагрузке имеет минимальное значение, и режим максимальной отдачи, когда ток в нагрузке достигает наибольшего значения.

При плавном увеличении тока управления / у ток в нагрузке плав­ но увеличивается от минимального до максимального значения за счет уменьшения магнитной проницаемости.

Существует много различных схем магнитных усилителей, однако наибольшее распространение получила так называемая схема с самоподмагнпчпванием (рис. 150), обладающая наиболее высоким коэф­ фициентом усиления и быстродействием. Магнитный усилитель, собранный по такой схеме, состоит из двух одинаковых сердечников 1 и 2, изготовленных из листовой электротехнической стали. Необходимо, чтобы сталь сердечников обладала большой магнитной проницаемостью II резко выраженным насыщением. Для мощных магнитных усилите­ лей применяют холоднокатаные стали марок Э310—ЭЗЗО, для усили­ телей малой мощности — сплавы железа с никелем (пермаллой) марок 50НП, 79НМ к др.

На сердечниках расположены рабочие обмотки <3 и 5 с одинаковым числом витков Шр. Обе обмотки включены параллельно и встречно. Последовательно с каждой обмоткой включены вентили Д1 и Д2. Схема может работать и без этих вентилей, однако благодаря им уве­ личиваются коэффициент усиления и быстродействие магнитного уси­ лителя. Последовательно с усилителем в цепь переменного тока, пи­ таемую напряжением U, включена нагрузка R.

Обмотка управления 4 с числом витков wy обхватывает оба сердеч­ ника. На нее подается управляющий сигнал' Uy. Если управляющих сигналов несколько, то соответственно на сердечниках располагают и несколько обмоток управления.

При наличии вентилей Д1 и Д2 каждая рабочая обмотка проводит ток только в течение одного полупериода питающего напряжения U.

Рассматривая работу усилителя в течение первого полупериода (ин­ тервал времени от 0 до я), ограничимся анализом процессов только в сердечнике 1. Предположим, что по обмотке управления протекает ток / у, создающий намагничивающую силу Fy = / цу К началу первого полупериода в сердечнике будет уже создан начальный поток Ф0, определяемый по кривой намагничивания сердечника (рис. 151, а). Под действием напряжения питания, приложенного к рабочей обмот­ ке первого сердечника, начнется дальнейшее перемагничнванпе сер­ дечника, представленное кривой на рис. 151, в. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока сердечник не насытится.

Время, в течение которого происходит перемагннчнвание сердеч­ ника, называют интервалом возбуждения и характеризуют углом насыщения а (рис. 151, б). В интервале возбуждения из-за большой индуктивности рассматриваемого дросселя (обмотка шу с сердечни­ ком 1) все напряжение питания практически прикладывается к дрос­ селю и в нагрузке протекает лишь небольшой' намагничивающий ток

/ п (рис. 151, г).

Когда сердечник насытится, наступает интервал насыщения, про­ должающийся до конца полупериода. В этом интервале поток сердеч­ ника не изменяется, поэтому индуктивность дросселя мала и все на­ пряжение питания прикладывается к нагрузке. Ток в нагрузке резко возрастает до величины, определяемой сопротивлением нагрузки, и протекает в течение всего интервала насыщения, т. е. от момента насы­ щения сердечника, определяемого углом а, до конца полупериода, т. е. до угла л. В течение другого полупериода работает второй сердеч­ ник, причем все процессы протекают совершенно так же.

Таким образом, роль дросселей сводится к задержке начала про­ текания тока по нагрузке. Длительность этой задержки определяется углом насыщения а. Среднее значение тока в нагрузке определится

степени начального намагничивания сердечника, т. е. от величины потока Ф0. Действительно, изменение потока АФ в течение интервала возбуждения может быть определено из выражения

а

194

Мощность нагрузки Ри находится по формуле

где [/мрм и / ІІ0М— номинальные напряжение и ток нагрузки усилителя. Под мощностью управления Ру понимают потерн в сопротивлении обмотки управления /у от тока управления / у.ІІ0М, обеспечивающего

номинальный ток нагрузки:

Коэффициент усиления зависит от конструктивных параметров магнитного усилителя, в частности от массы меди обмотки управления: чем больше меди, тем больше кус. В зависимости от назначения уси­ лителей их коэффициент усиления варьируют в широких пределах: от десятков единиц до десятков тысяч.

Важным параметром магнитных усилителей является также их быстродействие, т. е. время, необходимое для установления выходного напряжения после подачи сигнала управления. Так как выходное напряжение и ток определяются величиной угла насыщения а, а он зависит от величины начального потока Ф 0, то в конечном итоге бы­ стродействие определяется скоростью установления потока Ф0. Уста­ новление потока Ф0 происходит по показательной функции с постоян­ ной времени Т :

где Фоуст — установившееся значение потока.

Скорость установления потока характеризуется постоянной Т, причем полное время установления принимается равным ЗТ. Постоян­ ная времени Т зависит от соотношения индуктивности и сопротивле­ ния обмотки управления, а также от параметров рабочих обмоток. Хотя точный анализ влияния конструктивных параметров магнитного усилителя на Т очень сложен, можно считать, что увеличение сопро­ тивления цепи управления ведет к уменьшению Т, а увеличение массы меди обмоток управления и рабочих обмоток — к увеличению Т. Так как коэффициент усиления также прямо пропорционален массе меди, то, следовательно, увеличение кус неизбежно приводит к увеличению Т, т. е. уменьшению быстродействия усилителя. Для существующих усилителей Т находится в пределах от сотых до нескольких десятых долей секунды.

8.АВТОМАТИЗАЦИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Взависимости от условий эксплуатации и назначения дизельного агрегата различают три степени его автоматизации.

П е р в а я с т е п е н ь а в т о м а т и з а ц и и сводится к обо­ рудованию дизельного агрегата устройствами аварийно-предупреди­ тельной сигнализации и защиты. Дизель в этом случае снабжается

196

комплектом приборов, контролирующих основные рабочие параметры: температуру воды и масла, давление в системе смазки и скорость вращения вала. Когда контролируемые параметры достигают предель­ ных значений, подается предупредительный сигнал, и, если через определенный промежуток времени причины ненормальной работы не устраняются, специальное защитное устройство (стоп-устройство) останавливает дизель. Агрегат, имеющий первую степень автоматиза­

автоматический пли дистанционный запуск и остановку двигателя, управление прогревом и включение нагрузки, регулирование темпе­ ратуры воды и масла в системах охлаждения и смазки двигателя, конт­ роль за его работой и защиту при наступлении аварийного состояния. При этом сохраняется необходимость обслуживания агрегата для по­ полнения уровня масла и топлива в баках, подкачки воздушных пус­ ковых баллонов и выполнения других операций.

Т р е т ь я с т е п е н ь а в т о м а т и з а ц и и обеспечивает ра­ боту агрегата без обслуживающего персонала. Полностью автомати­ зированный дизельный агрегат оснащается следующими аппаратами, приборами и устройствами автоматизации:

датчиками, контролирующими температуру воды в системе охлаж­ дения, масла в системе смазки двигателя, подшипников и температуру выхлопных газов, а для дизельной электростанции — температуру под­ шипников и обмоток генератора;

датчиками, контролирующими давление масла в системе смазки двигателя,, воздуха в пусковых баллонах, воды в системе водоснаб­ жения;

датчиками, контролирующими уровень масла в поддоне картера двигателя, топлива в резервуарах системы топливоснабжения, воды в системе охлаждения двигателя;.-

датчиками контроля за скоростью вращения коленчатого вала дизеля;

регуляторами, поддерживающими скорость вращения коленчатого вала дизеля и температуру воды и ’ масла в системе охлаждения и смазки в заданных пределах;

аппаратами, механизмами и приводами систем автоматического пуска и останова агрегата;

устройствами, обеспечивающими блокировку и сигнализацию; коммутационными аппаратами с электромагнитным приводом; щитами управления.

Все автоматизируемые операции условно можно разбить на три группы: запуск дизеля; рабочие режимы и защита его в случае их на­ рушения; обслуживание в эксплуатационных условиях.

К первой группе относятся: прогрев масла и воды перед запуском, предварительная прокачка масла по системе смазки и запуск дизеля. Вторую группу составляют операции: прогрев дизеля после запуска, но до включения нагрузки, контроль и регулирование температуры воды, контроль за давлением масла, регулирование скорости вращения коленчатого вала дизеля и предупреждение разноса. К третьей группе

197

относятся: контроль уровня н долив масла в картер и воды в систему охлаждения двигателя, контроль за давлением в пусковых баллонах и их заполнение, подзарядка аккумуляторных батарей, долив топлива в расходный бак и поддержание дизеля в прогретом состоянии после его остановки вплоть до следующего запуска.

При автоматизации дизеля в расчет принимаются командные па­ раметры. При разработке схемы учитывают, что некоторые из парамет­ ров, входящих в контрольный комплекс, взаимосвязаны, т. е если ведется наблюдение за одним из них, то косвенно контролируется и другой. Система контроля и защиты строится на следующих прин­ ципах:

автоматизируется контроль минимума параметров, отражающих состояние главной системы и косвенно указывающих на состояние сопряженных систем дизеля;

работа автоматики организуется по аварийно-исполнительной схеме;

нарушение основных параметров, угрожающее аварией, является командой устройствам, останавливающим дизель с включением ава­ рийного сигнала;

автоматизация контроля режимов не исключает установку на пульте двигателя основных измерительных приборов.

Аварийным состоянием необходимо считать перегрев двигателя из-за нарушений в работе системы охлаждения, падение давления масла в системе смазки и увеличение скорости вращения вала двига­ теля выше номинальной (разнос).

В качестве командных и исполнительных органов системы автома­ тизации работы дизелей используются приборы с механическим, гид­ равлическим и электрическим приводами. Автоматическое устройство собирается в виде общего блока, который может быть смонтирован либо на самом агрегате, либо на стене рабочего помещения.

Часть дизельных агрегатов на 23-вагонных поездах автоматизи­ рована по схеме аварийной защиты. Эта схема обеспечивает автомати­ ческую остановку дизеля в случае падения давления масла в системе смазки ниже 0,6 -ІО5 нім2 или повышения температуры охлажда­ ющей воды выше + 95° С. Одновременно с остановкой включается зву­ ковой сигнал и на пульте управления загорается лампа, указыва­ ющая номер остановившегося дизеля. Приборы схемы работают на по­ стоянном токе напряжением 52 в. В схеме использовано комбиниро­ ванное реле типа КР-4, реле давления типа РДК-3, стоп-устройство электромеханической системы, промежуточные реле и другая вспомо­ гательная арматура.

Дизели в связи с отсутствием перед пуском давления смазки в их системах запускаются при выключенных приборах автоматики. Вклю­ чение электрических приборов схемы для каждого дизеля самостоя­ тельное и осуществляется выключателями В1, В2, ВЗ (рис. 153). При падении давления масла или повышении температуры охлаждающей воды свыше установленного предела контакты P4U или Р4/2 микро­ выключателя замкнутся, создав цепь питания катушки промежуточ-

198

запуска дизеля, когда давление в системе смазки поднимается выше 2 -ІО5 н/м2. При этом загорается сигнальная лампа 19 («Автоматика включена»). Если во время работы дизеля давление масла упадет ниже 2 • ІО5 н/м2 (датчик 7), а температура охлаждающей воды поднимается выше + 85° С (датчик 6), замкнется цепь соответствующего датчика и загорится сигнальная лампа 17 («Внимание») и реле 18 через контакты 12 включит звуковые сигналы 14, размещенные в дизельном и машинном отделениях. Услышав сигнал, механик устраняет причину ненормаль­ ной работы дизеля.

В случае дальнейшего понижения давления масла В системе смазки дизеля до 0,5 -ІО5 н/м2 (датчик 5) или повышения температуры воды до + 95° С (датчик 4) замкнется цепь питания сигнальной лампы 15 («Стоп») и реле 16. Через контакты 21 включится магнитный вентиль

199

Рис. 154. Схема авариіі-

. ио-предупредііте.пыіоі[ защиты и сигнализации работы дизеля 4NVD-21

22, н спустя 15—20 сек дизель остановится, при этом загорится сиг­ нальная лампа 20. Электромагнитный вентиль имеет защелку, которая фиксирует его в закрытом положении, так как при остановке дизеля катушка вентиля будет обесточена.

Для повторного запуска дизеля необходимо освободить защелку клапана электромагнитного вентиля, опустить шток клапана и про­

200