Пособие по изучению электрических цепей,
электромагнитных реле и тяговых двигателей вагонов метрополитена
Глава 1
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ВАГОНОВ МЕТРОПОЛИТЕНА
(часть 1 из 7)
Для управления тяговыми двигателями, электрическими групповыми аппаратами, индивидуальными электропневматическими и электромагнитными реле и другими приборами вагон оборудован тремя электрическими цепями; силовой, управления и вспомогательной.
Силовая цепь служит для соединения тяговых двигателей с электрическими аппаратами, индивидуальными контакторами, катушками реле и другими приборами, обеспечивающими;
– соединение силовой цепи вагона с контактным рельсом;
– изменение скорости и направления вращения якорей тяговых двигателей;
– переключение тяговых двигателей с моторного на тормозной режим и обратно;
– контроль и защиту тяговых двигателей и аппаратов силовой цепи от токов короткого замыкания и перегрузки;
– заземление силовой цепи.
Цепь управления служит для переключения электрических групповых аппаратов, индивидуальных электропневматических и электромагнитных контакторов силовой цепи каждого вагона.
Цепь управления включает ряд электромагнитных реле и вентильных катушек, контакты и контакторы индивидуальных и групповых аппаратов, которые обеспечивают порядок переключения отдельных аппаратов и приборов, контроль за их работой и состоянием силовой цепи. Питание цепи производится от аккумуляторной батареи 50–80 В.
Вспомогательная цепь служит для включения вспомогательного электрического оборудования.
Во вспомогательную цепь высокого напряжения (750 В) включаются; печи отопления, нулевое реле, освещение пассажирского салона, электромагнитные контакторы и цепи подзаряда аккумуляторных батарей, обмотки подмагничивания тяговых двигателей.
Во вспомогательную цепь низкого напряжения (50–80 В) включаются: аварийное освещение, управление освещением пассажирского салона, управление раздвижными дверями и компрессорами, красные сигнальные фары, прожекторы, педаль безопасности.
Все вагоны метрополитена моторные и управляются по системе многих единиц. Управление составом с помощью поездных проводов возможно из кабины любого вагона. Вагоны типа Д, Е и Ем имеют по 32 поездных провода, а автоматизированные ДА и ЕмА по 48 поездных проводов.
Силовая цепь вагона типа Д
Основное электрическое оборудование силовой пени вагонов типа Д:
– тяговые двигатели ДК-104;
– линейные контакторы ЛК1, ЛК2, Л КЗ типа ПК-162;
– реостатный контроллер ПК.Г-758Б, имеющий 16 силовых контакторов типа КЭ-4 и 12 контакторов цепи управления типа КЭ-35;
– тормозной переключатель (12 силовых типа КЭ-4 и 6 контакторов цепи управления типа КЭ-35) и реверсор (8 силовых типа КЭ-4 и 4 контактора цепи управления типа КЭ-35). Тормозной переключатель и реверсор расположены в одном ящике;
– панель с реле ускорения РУ типа Р-40В и реле времени РВ типа Р-3105Д. Панель крепится в тормозном переключателе со стороны канавы. На торцевой стенке тормозного переключатели установлено промежуточное реле ЯР;
– мостовой контактор М и два контактора ослабления поля Ш1 и Ш2 типа ПК-162. Контакторы Ш1 и Ш2 имеют один электропневматический вентиль;
– две силовые катушки реле перегрузки РП1–3 и РП2–4, рассчитанные на ток срабатывания 540–560 А. На одной панели с реле перегрузки установлено реле РЗ1, которое защищает силовую цепь в тормозном режиме;
– главный разъединитель ГВ типа ГВ-10Е;
– главный предохранитель Я типа ЯП-13И;
– четыре токоприемника типа ТР-3А;
– сопротивления типа КФ-7А-2;
– силовая соединительная коробка СК-3А;
– две коробки для заземления типа СК-25Е;
– индуктивный шунт типа ИШ-10А-1;
– четыре заземляющих устройства ЗУМ-1А, каждое из которых закреплено на корпусе редуктора колесной пары. На запорном лабиринтовом кольце редуктора расположёна беговая дорожка для щеток.
Схема силовой цепи вагонов типа Д предусматривает нормальную работу при напряжении на контактном рельсе 825 В. Тяговые двигатели соединены последовательно в две группы: 1 и 3-й, 2 и 4-й. В зависимости от положения главной рукоятки контроллера машиниста обе группы двигателей могут соединяться последовательно либо попарно параллельно, либо работать в генераторном режиме при электрическом торможении.
Тяговый режим
Положение Ход 1 (маневровое). Аппараты с групповыми приводами переключаются в обесточенной силовой цепи и занимают следующее положение:
– вал реостатного контроллера находится на 1-й позиции, контакторные элементы РК7 и РК8 замкнуты, а все другие контакторные элементы РК разомкнуты;
– вал реверсора устанавливается в положение заданного движения Вперед или Назад; при этом замкнуты четыре контакторных элемента;
– вал тормозного переключателя поворачивается в положение Ход. Замкнуты контакторные элементы ТЗ, Т4, 75, Т8, Т9 и 772. Другие контакторные элементы разомкнуты.
После включения контакторных элементов аппаратов с групповыми приводами включаются индивидуальные электропневматические контакторы: мостовой М и ослабления поля Ш1 и Ш2, затем контакторы ЛК1, ЛК2, ЛК3. Включением контактора ЛК3 заканчивается сбор схемы в положение Ход 1.
При этом тяговые двигатели соединены последовательно со всеми введенными пусковыми сопротивлениями 4,635 Ом и ослаблением 65%-ным средним полем возбуждения (рис. 1).
Ослабление поля на 1-й позиции увеличивает плавность пуска тяговых двигателей
Положение Ход 2 (последовательное соединение). Для увеличения скорости движения из цепи двигателей выводят пусковые сопротивления. Вывод сопротивлений осуществляется вращением вала реостатного контроллера РК в одном направлении. Угол поворота вала между всеми позициями 18°.
Кулачковые шайбы вала РК включают силовые контакторы, которые закорачивают отдельные ступени (секции) пускового сопротивления. Вследствие этого в силовой цепи происходит колебание тока от Imin до Imax т.е. при закорачивании очередной секции сопротивления происходит возрастание тока в цепи, а затем плавное уменьшение, так как возрастает противоЭДС.
Пусковой ток определяется по формуле Iп = Uс – E / Rп + Rдв, из которой видно, что при уменьшении пускового сопротивления Rп пусковой ток возрастает, а при увеличении противоЭДС Е ток уменьшается.
Последовательное соединение имеет 13 пусковых позиций. На 2-й позиции размыкаются контакторы Ш1 и Ш2, поле усиливается до 100%, что увеличивает тяговое усилие и ускорение вагона. На 3-й позиции замыкается контактор РКП, шунтируя сопротивления Р11–Р13, равное 2,2 Ом. Следовательно, с 3-й позиции начинается вывод пусковых сопротивлений из силовой цепи (табл. 1). На 11-й позиции все сопротивления выведены, и тяговые двигатели начинают работать на безреостатной автоматической характеристике при полном 100%-ном поле.
Для увеличения скорости движения на 12-й позиции включаются контакторы Ш1 и Ш2 и происходит ослабление поля до 65% (первая ступень).
На 13-й позиции включаются контакторы РК.12 и РК14 и происходит ослабление поля до 40% (вторая ступень).
В силовой цепи на 13-й позиции тяговые двигатели соединены последовательно со всеми выведенными пусковыми сопротивлениями и ослабленным нормальным полем возбуждения 40% (рис. 2).
Положение Ход 3 (параллельное соединение). Для увеличения скорости движения в силовой цепи предусмотрено переключение тяговых двигателей с последовательного соединения на попарно параллельное методом моста, При этом 1 и 3-й двигатели, 2 и 4-й соединены последовательно, а группы двигателей 1 и 3-й, 2 и 4-й между собой включены параллельно.
Чтобы уменьшить броски тока и толчки при переходе с ПС в ПП, в каждую группу двигателей вводится пусковое сопротивление. При повороте вала РК с 13-й на 14-ю позицию замыкаются контакторы П1 и П2, а индивидуальные электропневматические контакторы AT, Ш1 и Ш2 размыкаются. При включении контактора П1 подключаются пусковые сопротивления Р6–Р10 в цепь 2 и 4-го тяговых двигателей, а контактором П2 сопротивления Р5– Р1 в цепь 1 и 3-го двигателей.
Параллельное соединение имеет семь пусковых позиций. При этом на каждой последующей позиции сопротивления выводятся (шунтируются) одновременно из обеих групп параллельно соединенных двигателей.
На 14-й позиции при включенных контакторах П1 и П2 и отключенном контакторе М ток пойдет по двум цепям (рис. 3).
Как видно из схемы, ток от токоприемников идет на КС1, ГВ, ГП, ЛК1 в точку Л1. Из точки Л1 часть тока проходит через силовую катушку РЛ1–3, JIK.3, якоря 1 и 3-го двигателей, контактор реверсора Вперед, обмотки возбуждения 1 и 3-го двигателей контактор реверсора Вперед, силовую катушку РУТ, Т9, Р/С/0, сопротивления Р5–Р1. П2. ТЗ, КС2, ЗУМ, «земля».
Другая часть тока проходит через силовую катушку РП2–4. Т8, ЛК2, 171, сопротивления P6–PW, РК9, Т4, контактор реверсора Вперед, обмотки возбуждения 2 и 4-го двигателей, контактор реверсора Вперед, якорь 2-го двигателя, силовые контакты РУМ, якорь 4-го двигателя, Т5, КС2, ЗУМ, «земля».
На 15-й позиции замыкаются контакторы РК1 и РК.2, шунтируя сопротивления Р6–Р7 и Р1–Р2.
На 16-й позиции замыкаются контакторы РК3 и РК.4, шунтируя сопротивления Р7–Р8 и Р2–РЗ.
На 17-й позиции замыкаются контакторы РК5 и РК6, шунтируя сопротивления P8–P9 и РЗ–Р4.
На 18-й позиции замыкаются РК7 и РК8, шунтируя сопротивления Р9–Р10 и Р4–Р5.
Таким образом, все сопротивления из цепей будут выведены.
Для увеличения скорости движения на 19-й позиции включаются контакторы ослабления поля Ш1 и Ш2 и происходит ослабление поля у тяговых двигателей до 65% (первая ступень).
На 20-й позиции замыкаются контакторы РК.12 и РК14, шунтируя в цепи сопротивления Р22–Р21 и Р24–Р25. Происходит ослабление поля до 40% (вторая ступень).
Следовательно, на 20-й позиции тяговые двигатели работают на без реостат ной автоматической характеристике при ослабленном до 4 0% поле возбуждения (рис. 4).
Тормозной режим
Положение Тормоз 1. Для создания тормозного эффекта на вагонах типа Д необходимо, чтобы аппараты с групповыми приводами и индивидуальные контакторы находились в следующем положении:
– вал реверсора в положении заданного движения Вперед или Назад;
– вал реостатного контроллера на 1-й позиции; его контакторные элементы РК7 и PK8 должны быть замкнуты;
– вал тормозного переключателя повернут в положение Тормоз. Замыкаются контакторы тормозного режима. При этом Т2 и Т7 создают петлевой контур, в который входят якоря и обмотки возбуждения всех четырех тяговых двигателей, силовая катушка РУТ и РП1–3. Контакторы Т6 и Т11 подсоединяют к петлевому контуру пуско-тормозные сопротивления Р6–Р10, Р10–Р13, Р13– Р11, Р5–PI; T1 заземляет среднюю точку между якорями 2 и 4-го тяговых двигателей через катушку реле защиты Р31; Т10 подключает невыводимые сопротивления Р1–Р14, равные 0,5 Ом.
Включаются индивидуальные электропневматические контакторы в цепи ослабления поля Ш1 и Ш2, мостовой контактор М, линейные контакторы ЛК2 и ЛК3.
Замыканием контактора ЛК3 заканчивается сбор силовой схемы в тормозной режим. При этом двигатели начинают работать в генераторном режиме, гася выработанную электрическую энергию в тормозных сопротивлениях.
Токораспределение в замкнутом петлевом контуре и по тормозным сопротивлениям в положении Тормоз 1 показано стрелками на рис. 5.
Положение Тормоз 2. Вал реостатного контроллера начинает вращение с 1-й по 20-ю позицию, выводя при этом тормозные сопротивления.
На 1-й позиции замкнуты контакторы РК7 и РК8. Сопротивления P6–P10, Р10–Р13, Р13–Р11, Р5–Р1 подключены к замкнутому контуру. Обмотки возбуждения соединены таким образом, чтобы не изменялось направление тока, которое было при тяговом режиме. Это необходимо для того, чтобы усилить остаточное магнитное поле током работающих генераторов.
Для создания тормозного момента нужно изменить направление тока в якорях двигателей на обратное тяговому режиму.
На 2-й позиции размыкаются контакторы Ш1 и Ш2, поле возбуждения у генераторов усиливается до полного (100%). Ослаблением поля на 1-й позиции достигается плавность начала торможения, увеличивается интенсивность самовозбуждения двигателей, что дает возможность получить дополнительную позицию торможения.
Так как петлевой контур не меняется во время торможения, а меняются сопротивления от точки ЯЗ до Я2, то их можно рассматривать в виде одной цепи.
С 3-й позиции работа контакторов приведена в табл. 2.
Особенности силовой цепи вагонов типа Д
1. Каждая группа последовательно соединенных двигателей при параллельном соединении защищена своим реле перегрузки. При последовательном соединении силовая цепь защищена одной катушкой реле перегрузки, отрегулированной на 550 А. Включение одного реле в последовательную цепь делает защиту этой цепи более чувствительной.
2. Ослабление поля у двигателей осуществляется двумя ступенями.
3. Контакты РУМ установлены во вторую группу двигателей. В случае пробоя или нарушения работы в схеме до второго двигателя можно отключить вагон.
4. Одновременный вывод пуско-тормозных сопротивлений на ходовом и тормозном режимах позволяет контролировать ток в силовой цепи одной катушкой реле ускорения.
5. В схеме используются 20 пусковых и 19 тормозных позиций. При этом вал реостатного контроллера вращается в одну
6. Безреостатные ходовые позиции последовательного и параллельного соединений осуществляются ослаблением поля у тяговых двигателей, что увеличивает скорость вращения якорей и скорость движения вагона.