Лекция 1
Электрические аппараты локомотивов должны удовлетворять комплексу требований, предъявляемых к современным промышленным изделиям и специфическим условиям работы на тепловозе. Эти требования сформулированы в ГОСТ, отраслевых стандартных и технических условиях и могут быть объединены в следующие группы:
1. Функционально-технические требования:
а) нагревостойкость частей аппарата при нормальном и аварийном режимах;
б) электрическая прочность всех изоляционных частей и промежутков при продолжительном максимальном рабочем напряжении и наихудших условиях окружающей среды (влажность, пыль и пр.), а также при коммутационных перенапряжениях;
в) механическая прочность и износостойкость всех частей аппаратов пределах необходимого срока службы при нормальном и аварийном режимах;
г) коммутационная способность при нормальном и аварийном режимах;
д) возможная простота конструкции, малые габариты и масса, компактность.
2. Эксплуатационные требования:
а) учет влияния окружающих условий. Требование особо важное для тепловозной аппаратуры, которая должна устойчиво работать в условиях тряски, ударов, значительных ускорений и температуры от —50 до +60° С, а также при возможных отклонениях напряжения питания (снижение до 80%номинальной величины);
б) надежность;
в) долговечность, большой срок службы;
г) простота и удобство наблюдения за работой, осмотра и замены частей —ремонтопригодность;
д) малое потребление аппаратом энергии;
3. Социальные требования:
а) облегчение условий труда обслуживающего персонала (эргономические, т. е. психофизиологические требования);
б) безопасность в производстве, монтаже и эксплуатации;
в) эстетичность конструкции.
4. Экономические требования:
а) низкая стоимость аппарата;
б) небольшие капиталовложения при установке, монтаже и вводе в эксплуатацию;
в) низкие эксплуатационные расходы;
г) учет возможности дальнейшего развития.
В настоящее время проводится коренная модернизация тепловозной аппаратуры, все больше появляется аппаратов, действие которых основано на использовании магнитных усилителей и полупроводниковых приборов. Отсутствие в этих аппаратах подвижных частей и контактов повышает их работоспособность, надежность, упрощает обслуживание и ремонт.
Значительная часть электрооборудования унифицируется с промышленными типами, что весьма благоприятно сказывается на его стоимости. Переход на стандартное напряжение (НОВ) цепей управления тепловозов даст возможность применять промышленное электрооборудование еще шире. Появляется возможность унифицировать большинство электрических аппаратов с электроподвижным составом. В связи с развитием новых видов электрических передач на тепловозах, в электрических системах появляются аппараты переменного тока, что является новым для подвижного состава.
Существующая тепловозная электроаппаратура может быть условно разделена на группы, объединяющие аппараты по назначению.
Коммутационные аппараты — контакторы, реверсоры, контроллеры, разъединители и др.
Реле — аппараты, служащие для автоматического либо дистанционного замыкания электрических цепей при заданном определенном изменений расчетных параметров либо внешних воздействий. Большая группа реле выполняет защитные функции.
Регуляторы — аппараты, назначение которых срабатывать при изменениях контролируемой величины и воздействовать на другие аппараты и машины так, чтобы контролируемая величина изменялась по заданному закону либо поддерживалась постоянной. Наибольшее распространение на тепловозах получили регуляторы напряжения и мощности.
Группа вспомогательных элементов. К ним относят сопротивления всех типов, клеммовые рейки, автоматы защиты низковольтных цепей, плавкие предохранители и т. д.
Точный расчет электромеханических аппаратов, связан с трудоемкими вычислительными работами по следующим причинам:
1) зависимость индукции от напряженности поля для цепей со сталью нелинейна;
2) значение индукции в рабочих зазорах магнитопровода распределяется неравномерно;
3) распределение магнитного поля в воздушных зазорах магнитопровода, а также пути рассеивания весьма сложны;
4) распределение магнитных потоков в системе зависит от расположения катушки на сердечнике;
5) температура нагрева различных частей аппарата различна.
Кроме того, применяемые в расчетах данные о материалах и размерах в условиях производства осуществляются с большими отклонениями.
В инженерных методах расчета приемлем ряд допущений, упрощающих расчет и обеспечивающих достаточную точность:
1) поле в рабочих зазорах принимается однородным, расчет производят по среднему значению индукции;
2) проводимость воздушных зазоров и путей рассеивания вычисляется упрощенно;
3) не учитывается расположение катушки в магнитопроводе по отношению к рабочему зазору.
Катушки электрических аппаратов и реле. Катушка должна обеспечить необходимую н. с. срабатывания электромагнита, температура ее нагрева при длительном режиме работы должна быть не выше предельно допустимой для принятого класса изоляции, иметь заданную диэлектрическую прочность, быть компактной и удобной для производства.
В зависимости от конструкционного выполнения различают катушки: каркасные, намотка которых осуществляется на каркасе; бескаркасные бандажированные с намоткой на съемном шаблоне (после намотки катушки бандажируют); бескаркасные с намоткой на сердечнике магнитной системы; бескаркасные небандажированные.
Порядок расчета катушки обычно следующий:
1) устанавливают исходные данные. Назначение, напряжения питания, магнитная индукция и усилие катушки;
2) у последовательных катушек постоянного и переменного тока определяют число витков и сечение провода;
3) находят электрическое сопротивление обмотки;
4) вычисляют ток и потребляемую мощность катушки;
5) определяют индуктивность обмотки (особенно важно для катушек переменного тока, а также если имеет значение время срабатывания аппарата);
6) производят тепловой расчет катушки.
Материалы, применяемые для изготовления катушек, можно разделить на следующие группы:
1. Обмоточные провода (ГОСТ 7019—61). Катушки изготовляют из медной круглой проволоки диаметром 0,1—3 мм; при сечении превышающем 10 мм2, используют квадратную проволоку, а в некоторых случаях полосовую медь.
Для намоточной проволоки применяется изоляция следующих видов:
1) хлопчатобумажная — выпускается с одним слоем изоляции (типа ПБО) и с двумя слоями (ПБД);
2) шелковая — с одним слоем (ПШО) и двумя (ПШО);
3) эмалевая (ПЭ);
4) лавсановая — с одним слоем (ПЛО) и двумя (ПЛД);
5) асбестовая (ПА); I
6) стекловолокно — с одним слоем (ПСО) и двумя (ПС);
7) винифлексовая (ПЭВ).
Возможно применение комбинированной изоляции: ПЭБО — слой эмали и слой хлопчатобумажной изоляции; ПТЭ — теплостойкая (Т) эмалевая; ПЭЩО — слой эмали и слой шелковой изоляции.
Распределение изоляции проводов по классам нагревостойкости приведено в табл. 1.
Таблица 1
| Вид проводов | Классы нагревостойкости | ||||
| А до 105°С | Ε до 120° С | В до 130° С | F до 155° С | Н до 180° С | |
| Эмалированные Эмалированные с волокнистой изоляцией С волокнистой изоляцией. | ПЭЛ; ПЭВ; ПЭВА ПЭЛБО; ПЭЛО; пэлшко ПБД; · ПЛБД; ПШКД | пэвтл - - | пэтв ПЭТЛО; пэтсо - | ПЭТ-2; ПЭТВА пэтксо - | - - псдк псдкт |
Во всех случаях предварительно необходимо выбрать габаритные размеры проектируемой катушки lн, hn и Dn, которые в дальнейшем могут быть откорректированы.
2. Рулонные, листовые и ленточные электроизоляционные материалы. Это материалы, изолирующие обмоточные токоведущие провода снаружи катушек и отдельные элементы обмотки внутри их. Основными из этих материалов являются ткани, лакоткани, изоляционные ленты, изоляционные бумаги (табл. 2).
Таблица 2
| Изоляционный материал катушки | Марка | Толщина, мм | Нагрево-стойкость, °С | Рабочее напряжение, В |
| Конденсаторная бумага То же | КОН-1 КОН-2 ктн К-08 К-17 - ЛХ1 · ЛШС ЛШ1 ЛШ2 ЭСТБ - ЛСК-7 - - - - - | 0,005 0,03 0,05 0,08 0,17 0,10 0,15 0,05 0,10 0,10 0,04 0,10 0,15 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05 | ||
| Телефонная бумага Кабельная бумага | ||||
| То же Лакированная бумага Лакоткань хлопчатобумажная Лакоткань шелковая То же То же | ||||
| Стеклоткань Стеклолента бесщелочная Стеклолакоткань Фторопласт-3 | ||||
| Полистирол | ||||
| Полиэтилен | ||||
| Полихлорвинил | ||||
| Капрон, нейлон.......... |
3. Лаки, компаунды и эмали. Употребляются для операций отделки, которые увеличивают водо- и маслостойкость, а также механическую прочность катушек. Условно можно различать основную и дополнительную отделки.
К основной относится пропитка лаками и компаундами. Пропитка лаками пористой изоляции повышает пробивное напряжение и теплопроводность, уменьшает гигроскопичность. Для этой цели используются лаки с большим количеством летучих растворителей (50—60%), вследствие чего при просушке образуются поры.
Рис. 1. Схема катушки электрического аппарата
Компаундировка катушек производится пропиточными компаундами при 150—160° С и избыточном давлении до 7 кгс/см2. Компаунд, заполняя все поры, образует монолитную массу. Создается надежное, механически прочное сцепление между отдельными витками, что особенно важно для катушек, работающих с большой частотой включения, так как в этом случае происходит истирание изоляции витков, вызываемое взаимным перемещением проволоки при включении и выключении катушек. Пропиточные компаунды обладают малой усадкой и содержат незначительное количество растворителей,
Катушки аппаратов, не имеющих кожуха, после пропитки подвергают дополнительной отделке, заключающейся в покрытии наружной поверхности тонким слоем лакоткани с небольшим нахлестом для склейки концов полотна, или покрывают покровными лаками воздушной сушки СВД. Образующаяся на поверхности прочная пленка повышает водо- и маслостойкость изоляции, уменьшает приставание к катушке пыли и грязи, улучшает ее внешний вид.
4. Конструкционные материалы. Сюда относятся пластические массы, низкоуглеродистая сталь, латунь, медь, электрокартон, фибра, гетинакс, текстолит, припои, канифоль, нитки, шпагат и др., употребляемые для изготовления каркасов катушек и других надобностей.