Пособие по изучению электрических цепей,
электромагнитных реле и тяговых двигателей вагонов метрополитена
Глава 1
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ВАГОНОВ МЕТРОПОЛИТЕНА
(часть 2 из 7)
Силовая цепь вагонов типа Е и Ем
Схемы силовых цепей вагонов Е и Ем однотипны. В силовую цепь этих вагонов входит следующее основное электрическое оборудование:
– четыре тяговых двигателя типа ДК-108;
– четыре токоприемника типа ТР-3А;
– главный предохранитель ЯП-13-7;
– главный разъединитель ГВ-10Е;
– групповой реостатный контроллер ЭКГ-17В, имеющий 27 силовых контакторов и 15 контакторов цепи управления. Контакторы силовой цепи РК1...РК20 типа КЭ-47 предназначены для вывода пуско-тормозных сопротивлений, а РК21...РК26 – для ослабления поля. Контакторы PK2I и РК.22 типа КЭ-46А с дугогашением. Контактор РК.27 в схеме не используется. Вал РК имеет двухстороннее вращение с 1-й по 18-ю позицию н с 18-й по 1-ю. Для вращения вала РК. применяется электродвигатель ПЛ-072Г, который передает вращающий момент через редуктор;
– групповой переключатель положений ЭКГ-18В, имеющий 22 контактора силовой цепи и 18 контакторов цепи управления. Силовые контакторы Т12 и Т13 типа КЭ-46А с дугогашением, а Т1...Т22 типа КЭ-47 без дугогашения. Переключатель положений имеет 18 контакторов цепи управления, из которых 17 типа КЭ-42 и один типа КЭ-48 с дугогашением. Вал переключателя вращается в одну сторону при помощи электродвигателя типа ПЛ-072Д и имеет четыре фиксированные позиции: последовательное соединение ПС, параллельное ПП, положение Тормоз 1 и Тормоз 2.
Углы попорота вала определяются разверткой кулачковых шайб цепи управления. Угол поворота вала с ПС в ПП равен 60°, с ПП в Тормоз 1 – 80°, с Тормоз 1 в Тормоз 2 – 60°, с Тормоз 2 в ПС-1600;
– электропневматический реверсор типа ПР-764В, имеющий 8 контакторов силовой цепи типа КЭ-47 и 4 контактора цепи управления типа КЭ-42. Реверсор имеет два положения узла: Вперед и Назад. Поворот вала происходит при помощи электропневматического привода;
– линейные контакторы типа ПК-162. На вагонах типа Е установлены 4, а па вагоне типа Ем пять контакторов. Каждый индивидуальный контактор имеет электропневматический привод. Контакторы отличаются друг от друга количеством блокировочных контактов и их разверткой;
– электромагнитные индивидуальные контакторы типа КПД-113; контакторы КШ1...КШ4 служат для ослабления поля тяговых двигателей, а контактор ТШ подключает подмагничивающие катушки на тормозном режиме;
– панель типа РП-18В с реле перегрузки. В силовую цепь включено четыре реле. Реле РПЛ защищает силовую цепь от токов перегрузки и короткого замыкания на тяговом режиме. Отрегулировано на ток срабатывания 950 А. Реле РП1–3 и РП–4 защищают силовую цепь от токов короткого замыкания и перегрузок на тяговом и тормозном режимах. Регулируются на ток срабатывания 550 А. Реле РЗ1 защищает силовую цепь от токов короткого замыкания только на тормозных режимах. Якоря реле взаимодействуют с общим валом, который, поворачиваясь, освобождает якорь реле Возврат. Контакты реле разрывают цепь питания вентильных катушек ЛК1, ЛК3, ЛК4;
– две силовые катушки реле РУТ типа Р-52В, включенные в группу 1 и 3-го, 2 и 4-го тяговых двигателей. Такое включение катушек выполнено для контроля за током в каждой группе двигателей при выводе пуско-тормозных сопротивлений;
– индуктивный шунт типа ИШ-10А-1, выполненный из шести катушек, которые укреплены на сердечнике, набранном из лакированных листов. Каждые три катушки соединены последовательно между собой и включены в цепь 1 и 3-го двигателей в точках К1 и Р28. Следующие три катушки включены в цепь 2 и 4-го двигателя в точках К4 и Л24. Индуктивный шунт защищает двигатели от больших токов при работе в неустановившихся режимах и включен в цепь ослабления поля первой и второй групп двигателей;
– сопротивления пуско-тормозные н ослабления поля (типа КФ-47А). Восемь ящиков по восемь элементов в каждом. Элемент состоит из фехралевой ленты, намотанной на ребро, и фарфорового изолятора. Сопротивления ограничивают силу тока в силовой цепи и в тяговых двигателях.
Тяговый режим
Положение Ход 1 (маневровое). Аппараты с групповыми приводам:: переключаются в обесточенной силовой цепи. Затем включаются индивидуальные электропневматические контакторы. При сборе схемы в положение Ход 1:
– вал реостатного контроллера находится на 1-й позиции и контакторы PK1...РК4, РК20...РК26 замкнуты;
– вал переключателя положений поворачивается в положение ПС; при этом замыкаются контакторы Т4, Т5, Т9, Т12, Т13, Т16, Т22;
– вал реверсора поворачивается в положение заданного движения: Вперед или Назад;
– включаются электромагнитные контакторы ослабления поля КШ1 и КШ2;
– включаются линейные контакторы ЛК1...ЛК.5. В цепи вагона типа Ем первым включается ЛК.5, за ним КШ1 и КШ2. Вагоны типа Е контактора ЛК5 не имеют.
После включения всех аппаратов тяговые двигатели вагонов типа Ей Ем соединены последовательно со всеми введенными сопротивлениями и ослабленным 35%-ным полем возбуждения (рис. 6).
Положение Ход 2 (последовательное соединение). Из цепи двигателей выводятся сопротивления, равные 4,960 Ом. Вывод сопротивлений осуществляется вращением вала реостатного контроллера с 1-й по 18-ю позицию моторным приводом.
На 2-й позиции отключаются КШ1 и КШ2, поле усиливается до 100%.
С 3-й по 17-ю позицию происходит вывод пусковых сопротивлений согласно табл. 3.
На 18-й позиции моторный привод теряет питание, вал РК останавливается. Тяговые двигатели соединены последовательно со всеми выведенными сопротивлениями и 55%-ным средним полем возбуждения (рис.7).
Положение Ход 3 (параллельное соединение). При переходе с последовательного соединения на параллельное происходит подключение сопротивлений в цепь первой и второй групп тяговых двигателей. Переход осуществляется поворотом вала переключателя положений из ПС в ПП. При этом дополнительно замыкаются контакторы Т1, ТЗ, Т8, Т15, Т17, Т20, а Т12 и Т13 размыкаются.
Контакторы Т1, ТЗ, Т20 подключают сопротивления Р11–Р5 и Р4–РЗ к первой группе двигателей, а контакторы Т8, TI5, Т17 сопротивления Р17–Р18, Р19–Р25 ко второй группе двигателей.
Путь тока на 19-й позиции (рис. 8, а): ТР, СК, ГП, Г В, ЛК2, РПЛ, точка Л3. В точке Л3 часть тока идет на первую группу тяговых двигателей через РП1–3, Л КЗ, контактор реверсора Вперед, якоря 1 и 3-го тяговых двигателей, контактор реверсора Вперед, обмотки возбуждения 1 и 3-го двигателей, РУТ, Т9, Т20, сопротивления P11–P5, Т1, Р4–РЗ, Т3, КС2, ЗУМ, «земля».
Другая часть тока от точки Л3 идет на вторую группу тяговых двигателей через Т8, сопротивления Р17–Р18, Т15, Р19–Р25, 717, Т4, РУТ, обмотки возбуждения 2 и 4-го тяговых двигателей, РП2–4, ЛК4, контактор реверсора Вперед, якорь 2-го тягового двигателя, шунт амперметра, якорь 4-го тягового двигателя, контактор реверсора Вперед, Т5, КС2, ЗУМ, «земля».
Следовательно, на 19 (18)-й позиции каждая группа тяговых двигателей работает самостоятельно, имея в своей цепи сопротивления по 1,21 Ом,
На 20 (17)-й позиции выводится сопротивление Р9–Р11 в первой группе тяговых двигателей.
На 21 (16)-й позиции замыкается РК14, выводится сопротивление Р23–Р22 во второй группе тяговых двигателей. В обеих группах сопротивления уравниваются до 0,940 Ом.
На 31 (6)-й позиции выводится последнее сопротивление, равное 0,10 Ом.
Путь тока на 31 (6)-й позиции показан на рис. 8,6.
На 32 (5)-й позиции включаются электромагнитные контакторы КШ1 и КШ2. Происходит ослабление поля у тяговых двигателей до 78%. Путь тока по шунтирующей цепи и обмоткам возбуждения показан на рис. 9, а.
В точках К1 и К4 происходит распределение тока по двум цепям: 78% по обмоткам возбуждения и 22% по шунтирующей цепи через все сопротивления и контакты КШ1, КШ2.
На 33 (4)-й позиции (рис. 9, б) включаются контакторы РК21 и РК.22. Происходит ослабление поля до 55%.
В точках К1 и К4 ток расходится по двум цепям: 55% по обмоткам возбуждения и 45% по шунтирующей цепи через сопротивление Р28–Р31, Р37–К2 и контакты КШ1, КШ2.
На 34 (3)-й позиции (рис. 9, в) включаются контакторы РК23, РК.24. Происходит ослабление поля до 44%. При этом 44% общего тока проходит по обмоткам возбуждения и 56% по шунтирующей цепи.
На 35 (2)-й позиции (рис. 9, г) замыкаются контакторы РК25 и РК26. Поле у двигателей ослабляется до 35%. В точках К1 и К4 ток распределяется по двум цепям: 35% по обмоткам возбуждения и 65% по шунтирующей цепи.
На 36 (1)-й позиции изменений в цепи не происходит. Тяговые двигатели работают по автоматической характеристике параллельного соединения. Путь тока на 36 (1-й) позиции: ТР, КС1, ГП, ГВ, ЛК1, ЛК2, РПЛ, точка Л3.
В точке Л3 ток распределяется по двум параллельным цепям. Первая цепь: силовая катушка реле перегрузки РП1–3, ЛК3, контактор реверсора Вперед, обмотки якорей 1 и 3-го тяговых двигателей, контактор реверсора Вперед, точка К1. Из К1 35% тока идет по обмоткам возбуждения I и 3-го тяговых двигателей и 65% по ИШ1–3, сопротивлениям Р28–Р29, РК25, КШ1 в точку КЗ. Из К3 общий ток идет через силовую катушку РУТ, Т9, РК3, Т3, КС2, ЗУМ, «земля».
Вторая цепь: из точки Л3 по силовому контакту переключателя положений Т8, РК4, Т4, РУТ, К4. Из точки К.4 35% тока идет по обмоткам возбуждения 4 и 2-го тяговых двигателей, а 65% через ИШ2–4, КШ2, РК.26. сопротивления Р35–К2 в точку К2. Из К2 общий ток проходит по силовой катушке реле перегрузки РП2–4, ЛК.4, контактор реверсора Вперед, якорь 2-го двигателя, шунт амперметра, якорь 4-го двигателя, контактор реверсора Вперед, Т5, КС2. ЗУМ, «земля».
Таким образом, на 36 (1)-й позиции группы тяговых двигателей соединены попарно-параллельно со всеми выведенными пусковыми сопротивлениями и ослабленным до 35% нормальным полем возбуждения (рис. 8, в).
Тормозной режим
Положение Тормоз 1. Па вагонах типа Е и Ем применяется циклическая или перекрестная схема торможения, при которой ток 1 и 3-го двигателей в генераторном режиме проходит по обмоткам возбуждения 4 и 2-го двигателей, и наоборот. Перекрестное включение обмоток возбуждения и якорей обеспечивает устойчивую работу двигателей в генераторном режиме. Это объясняется тем, что любое увеличение тока в цепи одной группы генераторов вызывает его увеличение в цени другой группы генераторов, и токи в обеих группах будут выравниваться.
Для создания тормозного эффекта на вагонах типа Е и Ем необходимо, чтобы аппараты с групповыми переключениями контактов и индивидуальные контакторы находились в следующем положении:
– вал реверсора – в положении заданного движения Вперед
– вал переключателя положений повернут и положение Тормоз 1. контакторы Т1, Т2, Т6, Т7, Т10, T11 T15, Т16, TI8, Т22 замкнуты. При этом Т2 и Т7 образуют петлевой контур, а Т8 подключает катушку Р31 между 2 и 4-м генераторами. Контакторы Т1, Т6, Т10, ТП, Т15, Т16 и Т22 подсоединяют к замкнутому контуру пуско-тормозные сопротивления Р17–Р18, Р19–Р24, Р25-Р27, Р14–Р11, Р10–Р5, Р4–РЗ в точках К1 и К2.
Включаются индивидуальные электромагнитные контакторы ТШ, КШ1...КШ4 и индивидуальные электропневматические контакторы ЛК3, ЛК.4, а на вагонах типа Ем–ЛК5.
Из точки К1 и замкнутом генераторном контуре токи распределяются по двум цепям. Первая цепь: через контактор реверсора Вперед, якоря 3 и 1-го тяговых двигателей, контактор реверсора Вперед, контактор ЛК3, силовую катушку реле перегрузки РП1–3, контактор переключателя положений Т2, силовую катушку реле РУТ, в точку К.4. В точке К4 31% тока проходит по обмоткам возбуждения 4 и 2-го двигателей, а 69% по шунтирующей цепи через ИШ2–4, КШ2, КШ4 в точку К2, где токи сходятся.
Вторая цепь: ток из К1 проходит по двум параллельным цепям: 31% – по обмоткам возбуждения 1 и 3-го тяговых двигателей, а 69% –по ИШ1–3, КШЗ, КШ1 в точку К3. Из К3 общий ток идет по силовой катушке РУТ, контакторы переключателя положений 77 и реверсора Вперед, якорь 4-го тягового двигателя, шунт амперметра, якорь 2-го тягового двигателя, контакторы реверсора Вперед и ЛК4, силовую катушку реле перегрузки РП2–4 в точку К2. Из К2 общий ток генераторов проходит по пуско-тормозным сопротивлениям через Т6, РК4 Р17–Р18, Т15, Р19–Р24 Т16, Р25–Р27, Т10, ЛК5 (на вагонах типа Ем), Р14–Р11 Т22 Р10–Р5, Р4–РЗ, РК3, T11 в точку К1, где снова разделяются по группам генераторов.
Путь тока па 1-й позиции вала реостатного контроллера в положении Тормоз 1 показан па рис. 10.
Положение Тормоз 2. Петлевой генераторный контур во время работы силовой схемы в тормозном режиме не меняется. Изменяются лишь подключенные к нему сопротивления от точки К1 до точки К2. Поэтому эти сопротивления можно рассматривать в виде одной цепи.
Общее тормозное сопротивление, па котором гасится энергия генераторов, составляет 3,330 Ом.
На 2-й позиции пала РК электромагнитные контакторы КШЗ и КШ4 отключаются и происходит усиление поля до 35%. Путь тока по шунтирующей цепи в замкнутом генераторном контуре меняется: 35% тока пойдет по обмоткам главных полюсов 1 и 3-го двигателей, а 65% – по шунтирующей цепи через ИШ1–3, сопротивлениям Р28–Р29, РК25, КШ1 в точку КЗ. В цепи 2 и 4-го тяговых двигателей в точке К4 ток расходится: 35%–по обмоткам возбуждения 4 и 2-го двигателей, а 65% – по ИШ2–4, КШ2, РК26, сопротивлениям Р35–К2 в точку К.2. В этой точке токи 1 и 3-го, 2 и 4-го генераторов сходятся, и общий ток проходит через пуско-тормозные сопротивления.
На 3-й позиции размыкаются контакторы РК25 и РК26, увеличивается сопротивление в цепи ослабления поля и происходит усиление поля до 44%.
На 4-й позиции размыкаются контакторы РК23 и РК24. Поле усиливается до 55%.
На 5-й позиции размыкаются контакторы РК.21 и РК22 и поле усиливается до 78%.
На 6-й позиции отключаются электромагнитные контакторы КШ1 и КШ2. Поле у генераторов усиливается до 100%. Кроме того, замыкается контактор РК5, сопротивления Р3–Р4 шунтируются. Схема силовой цепи в положении Тормоз 2 на 6-й позиции показана на рис. 11.
Силовые цепи вагонов типа Е и Ем с 7-й по 36-ю позицию приведены и табл. 4.
Особенности силовых цепей вагонов типа Е и Ем
1. Включено дополнительное сопротивление 0,840 Ом, которое шунтирует силовой контакт ЛК2 при сбросе с ходовых положений.
2. Включена дополнительная катушка реле перегрузки РПЛ для защиты двигателей и силовой цепи на тяговом режиме.
3. Главный предохранитель защищает главный разъединитель и силовую цепь от токов короткого замыкания и токов перегрузки.
4. Групповые аппараты, реостатный контроллер и переключатель положений имеют электрический привод (взамен воздушного), который позволяет регулировать время вращения вала в более широких пределах и обеспечивает надежную фиксацию и остановку его на позициях.
5. Для перевода групп тяговых двигателей с последовательного в параллельное соединение и с тягового режима в тормозной имеется специальный аппарат– переключатель положений.
6. Реверсирование тяговых двигателей производится при помощи реверсора, контакторы которого изменяют направление тока в якорях тяговых двигателей. Реверсор имеет электропневматический привод.
7. Реостатный контроллер выводит пуско-тормозные сопротивления за два оборота вала на тяговом и тормозном режимах, поочередно закорачивая сопротивления то в одной группе тяговых двигателей, то в другой. Поэтому каждая группа двигателей для контроля за током в их цепях имеет силовую катушку реле ускорения РУТ.
8. На вагонах типа Е вал РК на тормозном режиме вращается до 33-й позиции, а с 33-й по 36-ю по цепи возврата. На вагонах типа Ем вал вращается до 36 (1)-й позиции. На этой позиции подается сигнал в цепь автоведения для открытия вагонных дверей.
9. На вагонах типа Ем имеется пятый линейный контактор, который при сбросе с тормозного режима вводит дополнительное сопротивление 1,460 Ом. Это сопротивление уменьшает ток в цепи генераторов. ЛК5 отключается первым, за ним через 0,3 с – ЛК3 и ЛК4. Происходит ступенчатое отключение линейных контакторов, которое достигается за счет работы реле с выдержкой времени на отключение.