Кратко опишите назначение и классификацию приводов тяговых электрических аппаратов

Обновлено: 05.07.2024

Механизмы, осуществляющие кинематическую и силовую связь между якорем тягового электродвигателя или выходным валом гидравлической передачи, с одной стороны, и ведущими колесными парами локомотива, с другой, называются тяговыми приводами. В простейшем виде — это одноступенчатый редуктор, в более сложных случаях — система валов, муфт, шарниров и редукторов. Назначение редукторов, входящих в такую систему, заключается в повышении крутящего момента, передаваемого колесным парам, а иногда в раздаче мощности, а также изменении направления движения локомотива.

Тяговые приводы локомотивов работают в тяжелых условиях: они подвергаются воздействию больших динамических нагрузок, возникающих при взаимодействии колес с рельсом, колебаниях надрессорного строения, боксовании. На них длительное время воздействуют пыль, сырость, снег. Габариты передаточных механизмов ограничены.

Все это выдвигает перед конструкторами при проектировании локомотива ряд особенных требований. Наиболее важные из них: обеспечить необходимую при движении локомотива свободу перемещения колесных пар относительно рамы тележки, а тележки — относительно рамы локомотива; обеспечить оптимальную частоту вращения якоря тягового электродвигателя или выходного вала гидропередачи и высокий КПД передачи; предусмотреть возможность демпфирования колебаний, возникающих в тяговом приводе. Привод должен быть прост по конструкции, иметь наименьшую массу неподрессоренных частей и малые габаритные размеры.

Конструкции приводов локомотивов разнообразны, что зависит от типа и назначения локомотива, выбранной передачи, условий работы и т.п.

Все приводы можно разделить на индивидуальные и групповые. В индивидуальном приводе крутящий момент от тягового электродвигателя передается на одну движущую колесную пару. Классификация наиболее распространенных индивидуальных электрических приводов современных локомотивов приведена на рис. 3.1.

Индивидуальные приводы отличаются один от другого способом подвешивания тягового двигателя: опорно-осевое, опорно-центровое и опорно-рамное, а также тягового редуктора (опорно-осевое, опорно-рамное).

При опорно-осевом подвешивании (рис. 3.1, а) корпус тягового двигателя одной стороной жестко опирается непосредственно на ось колесной пары, а другой — упруго подвешен к раме тележки, кожух тягового редуктора крепится к двигателю. При этом способе подвешивания сохраняется постоянное расстояние между осью колесной пары и осью якоря тягового двигателя. Однако при такой подвеске масса неподрессоренной части колесно-моторного блока значительна. Вследствие жесткого опирания двигателя на ось колесной пары увеличивается динамическая нагруженность самого двигателя и редуктора, возникает повышенная вибрация щеточного аппарата. Локомотивы с опорно-осевым подвешиванием двигателей оказывают при движении повышенное динамическое воздействие на путь. Поэтому опорно-осевое подвешивание тяговых двигателей и редуктора применяют, как правило, для локомотивов, конструкционная скорость которых не превышает 100—120 км/ч.

Наиболее полно удается решить проблему улучшения динамики колесно-моторного блока при опорно-рамном подвешивании тягового электродвигателя. Двигатель в этом случае закреплен на раме тележки, что позволяет уменьшить массу неподрессоренной части до 50 %. Для передачи крутящего момента от вала якоря электродвигателя на колесную пару включают в привод подвижные и упругие элементы, обеспечивающие некоторую свободу перемещения колесной пары относительно тягового двигателя. Конструкции таких приводов разнообразны. Принципиальные схемы некоторых из них представлены на рис. 3.1: схемы в, г с кинематическим или упругим компенсирующим звеном на стороне меньшего крутящего момента и схемы д, е на стороне большего крутящего момента.

По классификации профессора И.В. Бирюкова, в основу которой положена степень динамического совершенства, все приводы с односторонней передачей мощности можно разделить на три класса: класс I — двигатель и редуктор с опорно-осевым подвешиванием; класс II — двигатели с рамным подвешиваем, редуктор с опорно-осевым; класс III—двигатель и редуктор с рамным подвешиванием. Наиболее совершенным по динамике является привод III класса.

Как видно из приведенных на рис. 3.1 схем, в приводах II класса упругие и компенсирующие элементы расположены на стороне меньшего крутящего момента, а III класса на стороне большего крутящего момента.

В схеме на рис. 3.1, в (II класса) для реализации смещений двигателя и редуктора используются две муфты и торсионный вал, расположенный в полом валу якоря. Одна из муфт выполнена в виде зубчатой, а другая — в виде пакета из двух резинокордных диафрагм.

В схеме на рис. 3.1, г якорь передает крутящий момент через муфту с упругими резиновыми элементами на торсионный вал, расположенный в полом валу якоря. Свободным концом торсионный вал входит в полый вал шестерни редуктора. Крутящий момент от торсионного вала на шестерню передается через шарнирное устройство.

Применение опорно-осевого редуктора в приводах II класса увеличивает неподрессоренную массу колесной пары и изменяет нагрузку на оси колесной пары в результате действия тяговых и реактивных сил при реализации движущего момента.

Среди приводов III класса широко распространены приводы с полым валом (рис. 3.1, д) или с карданным полым валом (рис. 3.1, е). В большинстве случаев при их использовании можно в одном комплекте с электродвигателем закреплять зубчатое колесо и полый вал, а также обеспечить большую свободу перемещения колесной- пары относительно тягового двигателя. Недостаток конструкции — значительная масса тягового двигателя вследствие развитой части корпуса, образующей опору его на полый вал (рис. 3.1, д), и мощные компенсирующие и упругие элементы, передающие большой крутящий момент.

В групповом приводе крутящий момент от одного электродвигателя или выходного вала коробки передач распределяется редукторами, карданными валами или спарниками по колесным парам одной тележки или экипажной части. Групповой привод с одним электродвигателем на тележку и редуктором применяется у некоторых магистральных тепловозов и электровозов Франции. Групповой привод с карданными валами применяется для маневровых и промышленных тепловозов. За рубежом (Германия, Австрия) он использовался и для магистральных тепловозов с гидропередачей.

Привод с карданными валами подразделяют на две группы. Приводы первой группы характеризуются тем, что все движущие оси локомотива связаны единой системой карданных валов (рис. 3.2). Ко второй группе относятся приводы, рассчитанные на независимое обслуживание каждой тележки. В этом случае гидравлическая коробка передач может быть расположена как на раме тележки (рис. 3.3, а), так и на раме локомотива (рис. 3.3, б, в).

Если коробку передач устанавливают на тележку, то привод к осям выполняют без раздаточных редукторов, а осевые редукторы делают одноступенчатыми. Это позволяет уменьшить массу неподрессоренной части. Однако масса тележки в целом значительно увеличивается. Кроме того, создаются тяжелые условия для работы карданного вала, связывающего первичный двигатель с коробкой передач, и возникает потребность в применении гибких трубопроводов, соединяющих коробку передач с системой охлаждения масла.

Если коробку передач устанавливают на раму локомотива, то приводы могут быть выполнены с одним общим раздаточным редуктором или с одним раздаточным и одним промежуточным редукторами. В последнем случае неподрессоренная масса колесной пары снижается в результате применения одноступенчатых осевых редукторов. Однако количество карданных валов и редукторов в приводах такого рода на единицу больше, чем в приводах с общим раздаточным редуктором. В практике отечественного локомоти- востроения тяговый привод, выполненный по схеме рис. 3.3, в, был применен Коломенским тепловозостроительным заводом для пассажирского тепловоза ТГП50 мощностью 2940 кВт. Сравнивая карданные приводы двух групп, отметим, что по использованию сцепного веса локомотива приводы первой группы лучше.

Спарниковые приводы (рис. 3.4) с отбойным валом используют для промышленных и маневровых локомотивов небольшой мощности, например тепловозов ТГМ23 Муромского завода. Привод этого типа отличается простотой и надежностью в работе, однако применение его ограничено специфической конструкцией экипажной части и невозможностью использования унифицированных узлов и деталей.

Рисунок 3.2 – Кинематические схемы передачи с единой системой карданных валов:

а — с одной силовой установкой; б — с двумя силовыми установками; в — с промежуточными редукторами; 1 — дизель; 2 — гидравлическая коробка передач; 3 — реверс-редуктор; 4— осевой редуктор; 5 — карданный вал; 6 — промежуточный редуктор.

Рисунок 3.3 – Схемы карданного привода к тележке:

1 — дизель; 2 — коробка передач; 3 — карданный вал; 4 — осевой редуктор; 5 — раздаточный редуктор; 6 — промежуточный редуктор.

Групповой привод с одним электродвигателем на тележку применяют в основном для французских локомотивов. Крутящий момент от одного тягового двигателя передается на движущие оси через систему зубчатых колес, объединенных в редуктор, который может быть расположен как внутри, так и снаружи тележки. Во Франции с подобным приводом построены также локомотивы с трехосными тележками, например тепловоз СС72000. В СССР групповой привод был применен для опытных электровозов ВЛ40 и ВЛ83. Тележки локомотивов с таким приводом получаются компактными, с малым моментом инерции относительно вертикальной оси, что важно для улучшения ходовых качеств локомотивов при высоких скоростях движения в кривых и прямых участках пути. К недостаткам подобных конструкций следует отнести сложность тягового редуктора. Кроме того, в эксплуатации наблюдается рост динамических нагрузок в приводе по мере износа бандажей и появления разницы в диаметрах кругов катания колесных пар тележки.

Рисунок 3.4 – Схема спарникового привода с отбойным валом:

1 — коробка передач; 2 — карданный вал; 3 — реверс-режимный механизм; 4—дизель; 5 — движущая колесная пара; 6 — отбойный вал; 7 — спарник

Комбинированный тип приводов находит ограниченное распространение. Карданный привод в комбинации со спарниковым механизмом (рис. 3.5, а) применяют в зарубежных тепловозах малой мощности; тяговый электродвигатель, подвешенный на раме кузова в комбинации с карданным механизмом (рис. 3.5, б), установлен в маневровом тепловозе ТЭМ12, тяговом модуле ТЭУ630 Людиновского завода. Последней конструкцией привода достигается полная унификация тележек тепловозов с гидравлической и электрической передачами. Применение электрической передачи увеличивает КПД тепловоза по сравнению с гидравлической.

Рисунок 3.5 – Схема комбинированного передаточного механизма:

а — карданный привод со спарниковым механизмом; б — тяговый элек-тродвигатель с карданным механизмом; 1 — осевой редуктор; 2 — кар-данный вал; 3 — тяговый электродвигатель; 4— суммирующий редуктор;

5 — дизель; 6 — коробка передач; 7 — спарник.

Кроме того, тяговые двигатели локомотива работают в лучших условиях, чем при индивидуальном электрическом приводе колесных пар с опорно-осевым подвешиванием тяговых двигателей (снижаются динамические нагрузки, уменьшается воздействие атмосферных условий и т.п.).

Електричний привід колісних пар.

Вибір основних параметрів і розрахунок міцності тягового приводу з електродвигуном.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

По классификации И. Б. Бирюкова (Доктор философских наук, профессор), все тяговые приводы по их кинематическим характеристикам и динамическим выходным параметрам можно разделить на три класса в порядке нарастания положительных качеств 1) опорно-осевой 2) опорно-рамный с необрессоренным редуктором 3) опорно-рамный с обрессоренным редуктором. Применение опорно-осевого привода на грузовых электровозах объясняется тем, что при опорно-осевом подвешивании можно получить наименьшее межцентровое расстояние и возможна реализация силы тяги на ось более 40 кН без применения промежуточных зубчатых колес.

Назначение -подвешивание служит для размещения тяговых двигателей в тележке и для смягчения ударов, приходящихся на них. Оно подразделяется на опорно-осевое (Рис.1) и опорно-рамное (Рис.2). Первое применяется на грузовых электровозах, второе - на пассажирских.

Рис. 1. Траверсное опорно-осевое подвешивание.

При опорно-осевом подвешивании тяговый двигатель одним концом опирается через моторно-осевые подшипники на ось колесной пары, а другим - через подвеску, траверсную или маятниковую - на раму тележки. Достоинством подвешивания является близкое расположение тягового двигателя к оси колесной, что упрощает передачу вращающего момента от тягового двигателя к колесной паре. К его недостаткам относятся:

- низкое расположение центра тяжести электровоз, что увеличивает его воздействие на путь при вписывании электровоза в кривые.

- большой неподрессоренный вес: колесная пара и почти 60% веса тягового двигателя;

- ограничение размеров тягового двигателя габаритами тележки, а следовательно, и его мощности;

При опорно-рамном подвешивании тяговый двигатель расположен на раме тележки. Преимуществом его является уменьшение воздействия электровоза на путь и не ограниченные габаритами тележки, размеры тягового двигателя.

Рис. 2. Опорно-рамное подвешивание

Недостатком данного подвешивания является удаленность тягового двигателя от колесной пары, что усложняет передачу его вращающего момента на колесную пару. Такая передача осуществляется с помощью полого вала якоря двигателя и карданного вала с шарнирными муфтами, которые обеспечивают свободу перемещения колесной пары относительно тягового двигателя.

Устройства, осуществляющие кинематическую и силовую связь между якорем тягового электродвигателя и колесными парами ЭПС, называются тяговыми электроприводами. В простейшем виде это одноступенчатый редуктор, состоящий из шестерни, которая напрессована на вал тягового электродвигателя и зубчатого колеса, находящегося на оси колесной пары. В более сложных случаях — система валов, шарниров, муфт и зубчатых передач (редукторов).

Конструкция тягового привода влияет на базу тележки, т.е. на расстояние между смежными колесными парами одной тележки. А это влияет на радиус кривой пути. Чем меньше расстояние между смежными колесными парами, тем в кривую меньшего радиуса может вписаться локомотив.

Тяговые приводы локомотивов работают в тяжелых условиях. На них воздействуют перепады температур от +40 до —50 °С (в условиях умеренного климата) и от +40 до —60 °С (в условиях умеренно-холодного климата); воздействуют пыль, влажность, снег, повышенные вибрации; динамические нагрузки, возникающие от неровностей пути и от колебаний надрессорного строения. Поэтому к тяговым приводам предъявляются высокие требования по основным параметрам надежности, таким как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

На электровозе ЧС4 (рис. 1.75) тяговый двигатель 1 имеет на корпусе опорный кронштейн 2 большой длины для крепления его к раме тележки. При этом вал якоря ТЭД выполнен полым (рис. 1.76).

Рис. 1.75. Крепление тягового двигателя к раме тележки электровоза ЧС4Т

Рис. 1.76. Редуктор и карданный привод II класса электровоза ЧС4

Внутри вала 7 имеется шлицевое зацепление 6, передающее вращающий момент на барабан 5 шарнирной муфты. Зацепление между внутренней полостью якоря и поршнем шарнирной муфты осуществлено на большом диаметре, что обеспечивает незначительный уровень напряжений, возникающих при передаче вращающего момента. Этим достигается необходимая долговечность узла. С барабана вращающий момент передается на шарнирную муфту. Конструкции шарнирных муфт, установленных со стороны якорного подшипника (внутренняя муфта) и со стороны шестерни (наружная муфта), аналогичны. Момент с барабана 5 через игольчатые подшипники 4, расположенные в корпусе 3, и крестовину 2 передается на карданный вал 1, а затем через наружный поводок 8 и крестовину с подшипниками — на поводок 9 малой шестерни. Поводки расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. К ним болтами крепятся четыре корпуса игольчатых подшипников, в которые входят цапфы крестовины. Вращающий момент с поводка 9 передается на вал-шестерню 11, вращающийся в опорных подшипниках редуктора 10.

Тяговыми называют аппараты специального исполнения, предназначенные для работы на тяговом подвижном составе. На электроподвижном составе (э. п. с.) они служат прежде всего для управления электрическими цепями. Их обычно подразделяют на коммутационные, осуществляющие переключения в цепях (например, контакторы), и параметрические, изменяющие параметры цепей. Коммутационные аппараты бывают контактные, замыкающие и размыкающие цепи контактами, и бесконтактные, размыкающие цепи путем резкого снижения своей проводимости (полупроводниковые ключи, магнитные усилители в релейном режиме).

В зависимости от основных функций аппараты относят к силовым, вспомогательным цепям и цепям управления. В силовые и вспомогательные цепи преимущественно входят исполнительные аппараты систем управления. Это токоприемники и заземлительные устройства, соединяющие электрические цепи э. п. с. с контактной сетью и через колесные пары с рельсами; коммутационные аппараты для группирования машин при пуске и торможении; резисторы и реакторы, применяемые для регулирования в этих режимах. Сюда же относят аппараты прямой защиты, непосредственно воздействующие на защищаемую цепь (например, быстродействующие автоматические выключатели), и аппараты косвенной защиты, работающие как датчики определенных, величин.

Аппараты цепей управления имеют преимущественно распорядительно-информативное назначение в системе управления э. п. с. К ним относят следующие: комплекс автоматики (если он имеется), контроллеры машиниста, непосредственно управляющие движением поезда, кнопочные выключатели, управляющие отдельными аппаратами или процессами, автоматические регуляторы электрических и неэлектрических величин, поддерживающие их в заданных пределах (регуляторы напряжения, давления воздуха), блокировки различных видов, обеспечивающие правильную последовательность с

рабатывания аппаратов; устройства и аппараты поездных линий связи.

Разнообразие функций тяговых аппаратов приводит к разнообразию принципов их действия, конструкций, исполнений. Изучать тяговые аппараты целесообразно на основе существенных 4 обобщений и систематизированного группирования по физической природе элементов, на базе которых они выполнены.

В большой части коммутационных аппаратов используют электромеханические элементы, которые осуществляют переключения цепей, перемещая подвижные части аппарата. Изготовлять и обслуживать такие элементы несложно, но они обладают рядом недостатков: механической и магнитной инерционностью, нестабильностью характеристик вследствие изнашиваемости частей, незащищенностью от воздействия большого числа внешних и внутренних возмущений, относительно низкими надежностью и особенно ремонтопригодностью. Однако только такие элементы обеспечивают гальваническую развязку цепей, отвечают требованиям электробезопасности в отношении обесточивания цепей и снятия напряжения.

Лучшими свойствами обладают ферромагнитные элементы — магнитные усилители, дроссели насыщения и др. Им присущи в основном лишь магнитная инерция и незащищенность от некоторых возмущений (например, от значительных колебаний напряжения). Эти элементы могут быть использованы во многих случаях для тех же целей, что и электромеханические, но они не обеспечивают абсолютного разъединения отключаемых цепей, имеют большие токи утечки, к тому же их массо-габаритные показатели не всегда лучше, чем у элементов других видов.

Наиболее благоприятные свойства имеют полупроводниковые элементы, обладающие минимальной инерционностью. Их характеристики стабильны в течение продолжительного времени; при правильных конструктивных решениях эти элементы обеспечивают высокую надежность. Непрерывный процесс совершенствования полупроводниковых элементов делает их наиболее перспективными, хотя и они не обеспечивают абсолютного разъединения отключаемых цепей.

Коммутационные аппараты, срабатывающие только при нормальных режимах работы э. п. с., называют аппаратами оперативной коммутации. Если они переключают лишь обесточенные цепи, то их выполняют без дугогасительных устройств. Допустимо применять аппарат оперативной коммутации без дугогашения в тех случаях, когда он включает цепь под током, но отключает эту цепь только в обесточенном состоянии. Аппараты прямой токовой защиты, как бы редко они не срабатывали, всегда выполняют с дугогасительными устройствами.

НАЗНАЧЕНИЕ, УСЛОВИЯ РАБОТЫ

Глава 1

Тема семинара – возбуждение уголовного дела. Понятие м значение, поводы, способы проверок, процессуальные решения.

рабатывания аппаратов; устройства и аппараты поездных линий связи.

Для замыкания и размыкания контактов электрических аппаратов применяют различные приводы. В ручном приводе усилие передается от руки человека через систему механических передач к контактам. Ручной привод применяют в некоторых разъединителях, рубильниках, выключателях и контроллерах. Чаще всего ручной привод используют в неавтоматических аппаратах, хотя в некоторых защитных аппаратах включение осуществляется вручную, а отключение — автоматически под действием сжатой пружины. К дистанционным приводам относят электромагнитный, электропневматический, электродвигательный и тепловой приводы.

Электромагнитный привод. Наиболее широко применяется в электрических аппаратах электромагнитный привод, в котором используется сила притяжения якоря к сердечнику электромагнита или сила втягивания якоря в катушку соленоида. Любой ферромагнитный материал, помещенный в магнитное поле, приобретает свойства магнита. Поэтому магнит или электромагнит будет притягивать к себе ферромагнитные тела. На этом свойстве основано устройство разного рода подъемных втягивающих и поворотных электромагнитов.

Сила F, с которой электромагнит или постоянный магнит притягивает к себе ферромагнитное тело — якорь (рис. 311, а),

F = B 2 S / (2?₀) = 4B 2 S*10 5 (89)

В — магнитная индукция в воздушном зазоре;

S — площадь сечения полюсов.

Магнитный поток Ф, создаваемый катушкой электромагнита, а следовательно, и магнитная индукция В в воздушном зазоре, как было указано выше, зависят от магнитодвижущей силы катушки, т. е. от числа витков ? и тока I, протекающего по ней. Поэтому силу F (тяговое усилие электромагнита) можно регулировать, изменяя ток в его катушке.

Свойства электромагнитного привода характеризуются зависимостью силы F от положения якоря. Эта зависимость называется тяговой характеристикой электромагнитного привода. На ход тяговой характеристики оказывает существенное влияние форма магнитной системы.

Широкое распространение в электрических аппаратах получила магнитная система, состоящая из П-образного сердечника 1 (рис. 311,б) с катушкой 2 и поворотного якоря 4, который соединен с подвижным контактом 3 аппарата.

Примерный вид тяговых характеристик приведен на рис. 312. При полностью разомкнутых контактах воздушный зазор х между якорем и сердечником относительно велик и магнитное сопротивление системы будет наибольшим. Поэтому магнитный поток Ф в воздушном зазоре электромагнита, индукция В и тяговое усилие F будут наименьшими. Однако при правильно рассчитанном приводе это усилие должно обеспечить притяжение якоря к сердечнику.

По мере приближения якоря к сердечнику и уменьшения воздушного зазора магнитный поток в зазоре увеличивается и соответственно возрастает тяговое усилие.

Тяговое усилие F, создаваемое приводом, должно быть достаточным для преодоления сил сопротивления подвижной системы аппарата. К ним относятся сила тяжести подвижной системы G, контактное нажатие Q и сила Р, создаваемая возвратной пружиной (см. рис. 311,б). Изменение результирующей силы при перемещении якоря показано на диаграмме (см. рис. 312) ломаной линией 1—2—3—4. При движении якоря и уменьшении воздушного зазора х до момента соприкосновения контактов привод должен преодолевать только сопротивление, обусловленное массой подвижной системы и действием возвратной пружины (участок 1—2). Далее усилие возрастает скачком на величину начального нажатия контактов (2—3) и растет по мере дальнейшего их перемещения (3—4).

Сопоставление характеристик, показанных на рис. 312, позволяет судить о действии аппарата. Так, если ток в катушке управления создает м. д. с. I₂? то наибольший зазор х, при котором может включиться аппарат, составляет x₂ (точка А), а при меньшей м. д. с. I₁? тягового усилия будет недостаточно, и аппарат может включиться только при снижении зазора до х1 (точка Б).

При размыкании электрической цепи катушки привода подвижная система возвращается в исходное положение под действием пружины и силы тяжести. При малых значениях воздушного зазора и возвращающих усилий якорь может удерживаться в промежуточном положении остаточным магнитным потоком. Это явление устраняется установкой фиксированного наименьшего воздушного зазора и регулировкой пружин.

В автоматических выключателях применяют системы с удерживающим электромагнитом (рис. 313, а). Якорь 1 удерживается в притянутом положении к ярму сердечника 5 под действием магнитного потока Ф, создаваемого удерживающей катушкой 4, которая питается от цепи управления. При необходимости отключения подается ток в отключающую катушку 3, создающую магнитный поток Ф₀, направленный навстречу магнитному потоку Ф_у ка-

тушки 4, который размагничивает якорь и сердечник. В результате якорь под действием отключающей пружины 2 отходит от сердечника, и контакты 6 аппарата размыкаются. Быстродействие отключения достигается благодаря тому, что в начале движения подвижной системы действуют наибольшие усилия натянутой пружины, тогда как в обычном электромагнитном приводе, рассмотренном ранее, движение якоря начинается при большом зазоре и малом тяговом усилии. В качестве отключающей катушки 3 в автоматических выключателях иногда используют шины или размагничивающие витки, по которым проходит ток силовой цепи, защищаемой аппаратом.

При достижении током в катушке 3 некоторого значения, определяемого уставкой аппарата, результирующий магнитный поток Ф_у — Ф₀, проходящий через якорь, снижается до такого значения, что больше не может удержать якорь в притянутом состоянии, и аппарат отключается.

В быстродействующих выключателях (рис. 313,б) катушки управления и отключения устанавливают в различных частях маг-нитопровода, чтобы избежать их взаимного индуктивного влияния, которое замедляет размагничивание сердечника и повышает собственное время выключения, особенно при высоких скоростях нарастания аварийного тока в защищаемой цепи.

Отключающую катушку 3 устанавливают на сердечнике 7, который отделен от основного магнитопровода воздушными зазорами.

Якорь 1, сердечники 5 и 7 выполняют в виде пакетов из листовой стали, а поэтому изменение в них магнитного потока будет точно соответствовать изменению тока в защищаемой цепи. Поток Ф₀, создаваемый отключающей катушкой 3, замыкается двумя путями: через якорь 1 и по нешихтованному магнитопроводу 8 с катушкой управления 4.
Распределение потока Ф₀ по магнитным цепям зависит от скорости его изменения. При больших скоростях нарастания аварийного тока, который в данном случае создает размагничивающий поток Ф₀, весь этот поток начинает протекать через якорь, поскольку быстрому изменению части потока Ф₀, проходящей по сердечнику с катушкой 4, препятствует э. д. с, индуцируемая в удерживающей катушке при быстром изменении проходящего через нее потока. Эта э. д.с. согласно правилу Ленца создает ток, замедляющий нарастание этой части потока Ф₀. В результате скорость отключения быстродействующего выключателя будет зависеть от скорости нарастания тока, проходящего через отключающую катушку 3. Чем быстрее нарастает ток, тем при меньшем токе начинается выключение аппарата. Это свойство быстродействующего выключателя весьма ценно, поскольку наибольшую скорость ток имеет в режимах короткого замыкания, и чем раньше выключатель начнет разрывать цепь, тем меньше будет ограничиваемый им ток.

В отдельных случаях требуется замедление работы электрического аппарата. Это выполняется с помощью устройства для получения выдержки времени, под которой понимается время от момента подачи или снятия напряжения с катушки привода аппарата до начала движения контактов. Выдержка времени на отключение электрических аппаратов, управляемых постоянным током, осуществляется с помощью дополнительной короткозамкнутой обмотки, находящейся на одном магнитопроводе с катушкой управления.

При снятии питания с катушки управления магнитный поток, создаваемый этой катушкой, изменяется от своего рабочего значения до нуля.

При изменении этого потока в короткозамкнутой катушке наводится ток такого направления, что его магнитный поток препятствует спаду магнитного потока катушки управления и удерживает якорь электромагнитного привода аппарата в притянутом положении.

Вместо короткозамкнутой катушки может быть установлена на магнитопроводе медная гильза. Действие ее аналогично действию короткозамкнутой катушки. Этого же эффекта можно достичь при замыкании накоротко цепи катушки управления в момент отключения ее от сети.

Для получения выдержки на включение электрического аппарата используют различные механические механизмы времени, принцип действия которых аналогичен часовому механизму.

Электромагнитные приводы аппаратов характеризуются током (или напряжением) срабатывания и возврата. Током (напряжением) срабатывания называется наименьшее значение тока (напряжения), при котором обеспечивается четкое и надежное срабатывание аппарата. Для тяговых аппаратов напряжение срабатывания составляет 75 % номинального напряжения. Если постепенно плавно снижать ток в катушке, то при определенном его значении аппарат отключится. Наибольшее значение тока (напряжения), при котором аппарат уже отключается, называется током (напряжением) возврата. Ток возврата I_в всегда меньше тока срабатывания I_ср, поскольку при включении подвижной системе аппарата необходимо преодолеть силы трения, а также повышенные воздушные зазоры между якорем и ярмом электромагнитной системы.

Отношение тока возврата к току срабатывания называют коэффициентом возврата:

Этот коэффициент всегда меньше единицы.

Электропневматический привод. В простейшем случае пневматический привод состоит из цилиндра 1 (рис. 314) и поршня 2, который связан с подвижным контактом 6, При открытии крана 3 цилиндр соединяется с магистралью сжатого воздуха 4, который поднимает поршень 2 в крайнее верхнее положение и замыкает контакты. При последующем закрытии крана объем цилиндра под поршнем соединяется с атмосферой и поршень под действием возвратной пружины 5 возвращается в исходное состояние, размыкая контакты. Такой привод можно назвать пневматическим приводом с ручным управлением.

Для возможности дистанционного управления подачей сжатого воздуха вместо крана применяют электромагнитные вентили. Электромагнитный вентиль (рис. 315) представляет собой систему двух клапанов (впускного и выпускного) с электромагнитным приводом малой мощности (5—25 Вт). Они подразделяются на включающие и выключающие в зависимости от характера выполняемых ими операций при возбуждении катушки.

Включающий вентиль при возбужденной катушке соединяет цилиндр привода с источником сжатого воздуха, а при невозбужденной катушке сообщает цилиндр с атмосферой, одновременно перекрывая доступ в цилиндр сжатого воздуха. Воздух из резервуара поступает через отверстие В (рис. 315, а) к нижнему клапану 2, который в исходном положении закрыт. Цилиндр пневма-

Рис. 314. Пневматический привод

тического привода, присоединенный к отверстию А, соединяется через открытый клапан 1 с атмосферой через отверстие С. При возбуждении катушки К шток электромагнита давит на верхний клапан 1 и, преодолевая усилие пружины 3, закрывает клапан 1 и открывает клапан 2. При этом сжатый воздух из отверстия В через клапан 2 и отверстие А поступает в цилиндр пневматического привода.

Выключающий вентиль, наоборот, при невозбужденной катушке соединяет цилиндр со сжатым воздухом, а при возбужденной — с атмосферой. В исходном состоянии клапан 1 (рис. 315,б) закрыт, а клапан 2 открыт, создавая путь сжатому воздуху от отверстия В до отверстия А через клапан 2. При возбужденной катушке клапан 1 открывается, соединяя цилиндр с атмосферой, а подача воздуха прекращается клапаном 2.

Электродвигательный привод. Для привода ряда электрических аппаратов применяют электрические двигатели с механическими системами, преобразующими вращательное движение вала двигателя в поступательное движение контактной системы. Основным преимуществом электродвигательных электроприводов по сравнению с пневматическими является постоянство их характеристик и возможность их регулирования. По принципу действия эти приводы можно разделить на две группы: с постоянным соединением вала двигателя с электрическим аппаратом и с периодическим сцеплением.

В электрическом аппарате с электродвигательным приводом (рис. 316) вращение от электродвигателя 1 передается через зубчатую передачу 2 к кулачковому валу 3. В определенном положении кулачок вала 4 поднимает шток 5 и замыкает связанный с ним подвижной контакт с неподвижным контактом 6.

В систему привода групповых электрических аппаратов иногда вводятся устройства, обеспечивающие шаговое вращение вала электрического аппарата с остановкой его на каждой позиции. Во время остановки электродвигатель выключается. Такая система обеспечивает точную фиксацию вала электрического аппарата на позициях.

В качестве примера на рис. 317 схематически изображен привод с так называемым мальтийским крестом, который применяется

в групповых контроллерах. Привод состоит из серводвигателя и червячного редуктора с фиксацией позиций с помощью мальтийского креста. Червяк 1 связан с серводвигателем и передает вращение на вал червячного колеса 2, приводя в движение диск 3 с пальцами и фиксатором (рис. 317, а). Вал мальтийского креста 4 не вращается до тех пор, пока палец диска 6 (рис. 317,б) не войдет в паз мальтийского креста. При дальнейшем вращении палец повернет крест, а следовательно, и вал, на котором он сидит, на 60°, после чего палец выйдет из зацепления, а фиксирующий сектор 7 точно зафиксирует положение вала. При повороте вала червячного колеса на один -оборот вал мальтийского креста повернется на 1/3 оборота.

На валу мальтийского креста насажена шестерня 5, которая передает вращение на главный кулачковый вал группового контроллера.

Тепловой привод. Основным элементом этого привода является биметаллическая пластина, которая состоит из двух слоев различных металлов, жестко связанных по всей поверхности соприкосновения. Эти металлы имеют разные температурные коэффициенты линейного расширения. Слой металла с большим коэффициентом линейного расширения 1 (рис. 318) называется термоактивным слоем в отличие от слоя с меньшим коэффициентом линейного расширения 3, называемого термопассивным. При нагревании пластины проходящим через нее током или нагревательным элементом (косвенный подогрев) происходит различное удлинение обоих слоев, и пластина изгибается в сторону термопассивного слоя. При таком изгибе могут непосредственно замыкаться или размыкаться контакты 2, соединенные с пластиной, что используется в тепловых реле.

Изгиб пластины может также освобождать защелку рычага электрического аппарата, который затем отключается пружинами. Ток уставки привода регулируют подбором нагревательных элементов (при косвенном подогреве) или изменением раствора контактов (при прямом подогреве). Время возврата биметаллической пластины в исходное положение после срабатывания и охлаждения ее колеблется от 15 с до 1,5 мин.

Читайте также: