Электровозы постоянного тока — Устройство электровоза (Часть 2)
С общими чертами электровозов постоянного и переменного тока мы слегка разобрались в первой части. Начинаем разбирать их очень существенные отличия, как конструктивные, так и отличия в управлении.
Электровоз постоянного тока
В кузове данного локомотива расположены:
- мотор-вентиляторы, необходимые для охлаждения тяговых электродвигателей и пусковых сопротивлений,
- мотор-компрессор, который качает воздух в главные резервуары, расположенные под кузовом электровоза,
- аккумуляторная батарея,
- быстродействующий выключатель (БВ) – аппарат служащий для подключения силовой цепи электровоза к контактному проводу (через токоприемник, конечно) и защищающий электрические цепи от перегрузок, путем их быстрого отключения от сети
и многие другие необходимые для работы электровоза аппараты. Количество мотор-вентиляторов на «постоянниках» невелико, обычно один или два, мотор-компрессор также один на секцию, на пассажирских электровозах устанавливается, как правило, два мотор-компрессора.
Все силовые и низковольтные цепи управления коммутируются контроллером машиниста, установленного в кабине, а также посредством кнопочных выключателей, кнопок и т.д. Напряжение в цепях управления составляет 50 вольт постоянного тока, им же происходит заряд аккумуляторной батареи. Ток для питания цепей управления вырабатывается генератором управления.
Интересный вопрос: Почему бы не подвести напрямую к контроллеру машиниста силовые цепи?
Конечно, нельзя подвести в кабину машиниста к контроллеру силовые кабели, это очень опасно, поэтому вся регулировка напряжения на ТЭД и многое другое производится через низковольтные цепи управления, посредством реле со своими блокировками в цепях, контакторами электропневматическими, электромагнитными, пневматическими блокировками и т.д.
Все силовые контакторы имеют устройства для дугогашения, тяговые электродвигатели подключаются к силовой цепи пневматическими контактами с дугогашением, называемыми «линейными». Электродвигатели вентиляторов и компрессоров работают на постоянном токе. Все высоковольтное оборудование электровозов как постоянного, так и переменного тока располагается в высоковольтных камерах (ВВК), которые обычно поделены на отсеки – блоки силовых аппаратов (БСА).
Электробезопасность
Так вот, просто так в ВВК никто не зайдет, потому что они закрываются подвижными металлическими сетчатыми дверями (как в купе), именуемыми на языке профессионалов «шторками». Как только машинист поднимает токоприемник, то сразу получает питание вентиль защиты, который открывает доступ воздуха к пневматическим цилиндрам блокировок ВВК, а те в свою очередь выпускают штока, которые заходят в пазы на специальных кронштейнах, приваренных к шторкам и все, ВВК надежно закрыты и заблокированы.
Если шторку, где- то не закрыли полностью, шток блокировки уперся в торец двери, то токоприемник не поднимется, придется искать неплотность и заново закрывать шторки. А теперь попасть в ВВК можно будет только тогда, когда машинист опустит токоприемник.
Как работает электровоз
Вот мы и подошли к главному, а как работает вся эта система, как управляется и тянет целый состав. Кажется, что можно сразу включить быстродействующий выключатель, он подключит ТЭД к контактной сети и поехали! Но на деле все не так просто, это касается электровозов обоих систем тока.
Что же мешает сделать так сразу?
Когда происходит пуск электродвигателя, то его якорь неподвижен и в его обмотке э.д.с. не возникает, а ведь именно она уравновешивает подведенное к ТЭД напряжение. Вот поэтому в это самое первое мгновение, когда якорь не двигается, ток зависит только от величины приложенного напряжения и сопротивления обмоток якоря, а оно очень невелико. В связи с этим через все обмотки ТЭД пойдет очень большой ток, на который ни ТЭД, ни другое оборудование электровоза не рассчитаны и БВ сразу-же разомкнет силовую цепь.
Управление движением электровоза
На электровозах постоянного тока для ограничения пускового тока все ТЭД перед пуском соединяются последовательно. Ну а для ограничения тока в силовую цепь введен пусковой реостат, сопротивление которого регулируется, посредством контроллера машиниста. Что-же представляет из себя этот пусковой реостат? Это сопротивления (резисторы), которые соединены последовательно и включены в силовую цепь, таким образом можно регулировать подводимое напряжение к ТЭД – если все резисторы включены, то сопротивление большое и по электродвигателям пойдет небольшой ток, затем в процессе разгона можно выводить из этой цепи сопротивления и соответственно будет увеличиваться величина тока.
Чтобы обеспечивалось постоянное ускорение необходимо уменьшать сопротивление реостата таким образом, чтобы касательная сила и ток в ТЭД оставались постоянными. Когда токи и мощность ТЭД большие, то трудно осуществлять плавное реостатное регулирование. В связи с этим применяется ступенчатое регулирование: отдельные секции реостата отключаются с помощью индивидуальных контакторов. Ступени пускового реостата рассчитаны для наибольшего допустимого тока ТЭД. Пусковые реостаты собираются из отдельных резисторов, изготовленных из сплавов с большим сопротивлением, объединяя их в конструкции, называемые ящиками.
Но это еще не все, для дальнейшего разгона необходимо осуществлять перегруппировку ТЭД, чтобы повышать напряжение, подводимое к электродвигателю. Выглядит это так: при трогании с места все ТЭД соединены последовательно, далее при увеличении скорости ТЭД соединяются последовательно-параллельно, ну и далее параллельно. Таким образом, переключая двигатели с одного соединения на другое получается на каждом из них три значения напряжения, когда реостат выведен.
Такое переключение ТЭД называется «переходом». Переход производится с помощью групповых переключателей, состоящий из общего привода с расположенными на нем контакторами. Как я выше писал, регулировка частоты вращения ТЭД производится изменением магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, при неизменном подводимом напряжении. На всех ТЭД применяется последовательное возбуждение: обмотки возбуждения и обмотки якоря соединены последовательно, это применено на электровозах обоих систем тока. В таких ТЭД это возможно только уменьшая магнитный поток, что называется «ослаблением поля». На всех электровозах для осуществления ослабления поля параллельно к обмотке возбуждения подключают резистор, таким образом довольно просто получить несколько ступеней ослабления поля, путем изменения сопротивления этого самого шунтирующего резистора, разбивая его на несколько секций.
Осуществляется это путем включения соответствующих контакторов. На наших электровозах применяется от двух до четырех ступеней ослабления поля. Ослабление включается вручную машинистом, посредством рукоятки ОП, расположенной на контроллере.
Но могут случаться при движении и различные мелкие неприятности: контактная сеть может кратковременно отключаться от тяговой подстанции или кратковременно может произойти отрыв токоприемника от контактного провода. В результате этого может произойти искрение под щетками, которое легко может перейти в круговой огонь по коллектору ТЭД, что приводит к его выходу из строя, на профессиональном языке это явление называется «переброс». Для предотвращения этого явления с резистором ослабления поля последовательно включен индуктивный шунт (ИШ).
Изменение направления вращения ТЭД
Для изменения направления движения электровоза необходимо изменить направления магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. Но на некоторых типах отечественных электровозов переменного тока реверсирование производится путем изменения направления тока в якорях ТЭД.
Это достигается электрическими аппаратами, которые называются «реверсорами», это аппараты кулачкового типа с контакторами, приводимыми в движение кулачковым валом, через электропневматические клапаны. Управление реверсором осуществляется с контроллера машиниста, через установленную на нем реверсивную рукоятку.
Контроллер машиниста
Теперь еще немного о контроллерах машиниста. Как я писал выше, нельзя подводить силовую цепь электровоза непосредственно к контроллеру машиниста, это очень опасно, да и такой контроллер потребовал-бы уйму изоляции и получился бы просто огромным. Поэтому контроллер является дистанционным аппаратом косвенного управления силовыми и другими цепями электровоза через низковольтные цепи управления.
Любой контроллер включает в себя главные рукоятки, рукоятки ослабления поля и реверсивные, также с него производится управление в режиме электрического торможения. Рукоятки контроллера вращают кулачковые валы, к которым подходят электрические контакты («пальцы»), с небольшими роликами, которые перемещаются по поверхности кулачков и этим самым замыкая или размыкая необходимые контакты в цепях управления, а те в свою очередь своими аппаратами и контакторами работают в силовой цепи.
Вся эта схема применяется на электровозах обоих систем, только контроллеры электровозов постоянного и переменного тока отличаются. В настоящее время на современных электровозах с внедрением новейших полупроводниковых систем управления контроллеры значительно изменились в сторону минимализма.
Это теперь небольшие штурвалы или джойстики, но тем не менее функция управления у них осталась прежней. Теперь о контроллере грузового электровоза постоянного тока – это довольно внушительная конструкция, установленная слева от пульта машиниста. Контроллер имеет три рукоятки: главную, тормозную и реверсивно-селективную.
Главная рукоятка имеет 37 фиксированных позиций, из которых 16, 27 и 37 являются ходовыми, а остальные пусковыми. Тормозная рукоятка имеет 20 позиций – 4 ослабления поля и 16 тормозных. Фиксация главной и тормозной рукояток осуществляется по позициям защелками рукояток, западающими в пазы секторов, расположенных на крышке контроллера.
Реверсивно-селективная рукоятка имеет девять положений: нулевое, четыре положения в направлении Вперед (М-тяговый режим; П;СП;С – рекуперативные режимы. Такие же четыре положения в направлении Назад.
Вот так вкратце осуществляется управление движением электровозов постоянного тока. В электровозах обоих систем тока есть много общего, как я уже писал выше, в следующей части мы рассмотрим работу песочниц, тормозной системы, системы защиты от перегрузок, противопожарной системы. Все это работает и в электровозах переменного тока, к которым мы приступим в следующей части.
Как устроен электровоз — все части: