Принципиальная силовая схема

Принципиальные силовые схемы электровозов выполняют разнесенным способом. Отдельные цепи схемы располагают горизонтально одна под другой - они образуют параллельные строки. Принципиальные схемы различных электровозов отличаются одна от другой прежде всего числом тяговых двигателей, которых может быть 8, 6 или 4. Кроме того, на построении схем сказываются наличие или отсутствие рекуперативного либо реостатного торможения, используемый способ перехода с одного соединения двигателей на другое, число ступеней ослабления возбуждения, способы защиты силовых цепей электровоза и др.

Контакты аппаратов на силовых схемах показывают в положении, соответствующем условиям их изображения, о которых было сказано на с. 26. Как уже было отмечено, контакты аппаратов, не имеющих отключенного положения, изображают для одного из положений, принятого за исходное (нормальное). К таким аппаратам силовой цепи относятся реверсоры, тормозные и групповые переключатели. Для реверсоров исходным считают положение "Вперед", для тормозных переключателей - положение тягового режима, для групповых переключателей - положение последовательного соединения тяговых двигателей.

Очередность замыкания и размыкания контактов аппаратов силовой цепи устанавливается при разработке схем. Замыкание и размыкание тех или иных контактов в заданной последовательности обеспечиваются благодаря включению в цепь управления электровоза катушек вентилей и других аппаратов.

Переключения в цепи управления, а следовательно, и в силовой цепи осуществляют с помощью специального аппарата - контроллера машиниста. Машинист, ставя главную рукоятку контроллера на ту или иную позицию, подключает провода цепи управления к источнику тока. При этом срабатывает определенный аппарат силовой цепи. Каждая позиция рукоятки контроллера фиксируется.

Для того чтобы выяснить, какие контакты контакторов замкнуты и какие разомкнуты при различных положениях рукоятки контроллера, т. е. для того чтобы проследить пути прохождения тока, силовую схему дополняют таблицей последовательности замыкания и размыкания контакторов. Простейшая таблица была дана на рис. 32. В действительности такая таблица гораздо сложней. В ней для каждого вида соединения тяговых двигателей (С, СП и П) указаны позиции рукоятки контроллера. Из таблицы видно, какие контакторы - индивидуальные, группового переключателя, ослабления возбуждения поля - замкнуты и какие разомкнуты на каждой позиции рукоятки контроллера. Пользуясь этой таблицей, можно узнать, в какой последовательности переключаются контакторы группового переключателя при переходе с одного соединения тяговых двигателей на другое.

Как же выглядит силовая схема электровоза? На рис. 48, а для примера показана несколько упрощенная схема электровоза ВЛ10 для 1-й позиции главной рукоятки контроллера машиниста. Элементы электрического оборудования, входящие в силовую схему, показаны условными графическими изображениями. Силовая схема имеет четыре горизонтальные строки. В верхних двух строках приведены элементы оборудования, относящиеся к секции I кузова, в нижней - к секции II. Силовые цепи секций I и II подключены друг к другу межкузовными соединениями. Безусловно, схема была бы нагляднее, если ее можно было бы выполнить в две строки, показав нижние две строки как продолжение двух верхних, как изображено на структурной схеме рис. 48, б. Но при этом пришлось бы расположить схему на вклейке, большей страницы книги, что вызывает ряд неудобств.

Рис. 48. Принципиальная силовая схема электровоза постоянного тока

Прежде чем рассмотреть прохождение тока в силовой цепи, отметим следующее: цифровые или буквенные обозначения элементов силовой схемы не такие, как в заводской схеме; элементы электрооборудования, имеющие рядом с обозначением цифру 1, размещены в секции I электровоза (кузова), а элементы, имеющие цифру 2, - в секции II; на схеме рис. 48 для упрощения приведены не все обозначения, а только использованные при описании. Некоторые цепи, не упоминаемые в описании, не показаны. Электрический ток из контактной сети проходит через один из поднятых токоприемников, например T1, крышевой разъединитель РК1, дроссель Др1, обмотку дифференциального реле РД, быстродействующий выключатель БВ, линейный конктактор 1-1 (в действительности их два для облегчения разрыва цепи), первую группу секций пускового реостата Р1-Р2, контакторный элемент 2-1 группового переключателя. Затем ток проходит через вторую группу секций пускового реостата Р3-Р4, шунт амперметра А, обмотку реле перегрузки РП1 в цепи тяговых двигателей I и II, нож отключателя ОДI-II, контакты PI-II реверсора, якоря двигателей I и II, контакты реверсора PI-II, контакты тормозного переключателя Т, обмотку возбуждения OBI двигателя I, контакты тормозного переключателя Т, обмотку возбуждения OBII двигателя II, контакты тормозного переключателя Т, нож отключателя двигателей ОДI-II.

Далее ток через замкнутый контакторный элемент 3-1 группового переключателя проходит в цепь двигателей III и IV, в которую включены реле перегрузки РП2, отключатели и другие аналогичные элементы, упомянутые при описании прохождения тока в верхней строке схемы. Цепь двигателей III и IV отличается от цепи двигателей I и II лишь наличием реле давления РД1.

В секцию II кузова ток проходит через замкнутый контакторный элемент группового переключателя 4-O (буква О означает, что контакторный элемент относится к групповому переключателю, общему для обеих секций кузова) и межкузовное соединение. Прохождение тока в силовой цепи секции II аналогично прохождению его в секции I. Силовая цепь замыкается на рельсы (землю), с которыми находятся в постоянном контакте колесные пары, через вторую обмотку дифференциального реле РД и токовые обмотки двух счетчиков электрической энергии Сч. На 1-й позиции рукоятки контроллера в цепь тяговых двигателей полностью введен пусковой резистор. Токопрохождение в силовой цепи на первой позиции рукоятки контроллера показано жирными линиями.

Отметим особенность силовой схемы, изображенной на рис. 48, отличающую ее от силовых схем электровозов постоянного тока других серий. На 1-й позиции рукоятки контроллера замкнуты контакты контакторов 5-1, 6-1, 5-2, 6-2, 7-1, 8-1, 7-2, 8-2, т. е. включена первая ступень ослабления возбуждения тяговых двигателей (55%), что противоречит ранее сказанному о том, что ослабление возбуждения применяют только на ходовых позициях (см. с. 71). Это вызвано следующим. В процессе эксплуатации первой партии электровозов ВЛ10 перегревалась часть секций пускового реостата. Для предотвращения этого на локомотивах последующих выпусков была уменьшена мощность этих секций путем увеличения числа параллельно включенных элементов. Однако это затруднило их размещение, в связи с чем пришлось уменьшить сопротивление пускового резистора на 1-й позиции. Следовательно, ток тяговых двигателей на 1-й позиции возрос сверх допустимого по условиям плавного трогания. При этом тяговые двигатели в соответствии с формулой (3) развивали бы больший вращающий момент и большее тяговое усилие. Чтобы сохранить первоначальное значение тягового усилия при увеличившемся токе, уменьшают магнитный поток Ф, а значит и вращающий момент двигателей, так как при пуске э. д. с. в якорях двигателей равна нулю и уменьшение потока возбуждения не сказывается на изменении силы тока I двигателей. На 2-й позиции прекращают ослабление возбуждения и сила тяги возрастает. На 3-й позиции включается контактор 9-2 и тем самым выводится ступень Р5-Р6 пускового реостата. Дальнейшее перемещение главной рукоятки контроллера вызывает ступенчатое уменьшение сопротивления пускового реостата; полностью она выводится на 16-й ходовой позиции.

Переходя с одной реостатной позиции на другую, машинист, ориентируясь на показания амперметра А, следит за тем, чтобы ток двигателей не превышал допустимого по условиям сцепления. С целью предотвращения перегрева секций пускового реостата, рассчитанных на кратковременное включение, рукоятку контроллера задерживают на реостатных позициях не более 30 с. После того, как ручка контроллера будет установлена на пусковую позицию, машинист для увеличения скорости применяет четыре ступени ослабления возбуждения. С целью дальнейшего увеличения скорости движения поезда осуществляют переход на последовательно-параллельное соединение двигателей. Предварительно машинист должен перевести двигатели на режим полного возбуждения. Для этого сначала переводят рукоятку на 17-ю позицию, при этом в силовой цепи осуществляются переключения поэтапно в соответствии с рис. 38. Затем машинист с помощью рукоятки контроллера вновь ступенями уменьшает сопротивление пускового реостата, при этом увеличивается напряжение, подводимое к двигателям. На 27-й позиции выводится полностью реостат, эта позиция является ходовой. Затем машинист может использовать вновь четыре ступени ослабления возбуждения и скорость движения поезда еще более возрастет. Переведя рукоятку контроллера на 28-ю позицию, сняв предварительное ослабление возбуждения, осуществляют переход на параллельное соединение двигателей. На 38-й позиции пусковой реостат выведен - эта позиция ходовая.

При ведении поезда чаще всего используют параллельное соединение двигателей, применяя ослабление возбуждения. Если ток достигнет слишком большого значения, например, на крутом подъеме, переходят на более низкую ступень ослабления возбуждения или на полное возбуждение. В том случае когда необходимо значительно понизить скорость, машинист переводит рукоятку контроллера с 38-й на 27-ю или на 16-ю ходовую позицию.

В силовую цепь электровоза ВЛ10 (см. рис. 48, а) входят дифференциальное реле РД, реле перегрузки РП, реле боксования (на рис. 48 не показано), которые защищают силовую цепь в ненормальных режимах, а дроссель Др и конденсатор С необходимы для защиты от радиопомех. Сведения об их устройстве и действии приведены на с. 151 и 154.

В процессе работы может произойти повреждение одного из тяговых двигателей. Чтобы в этом случае поезд не остановился на перегоне, предусмотрена возможность работы электровоза с двумя отключенными двигателями. Отключают их ножами отключателей двигателей, например, при повреждении двигателя I ножами ОДI-II отключают двигатели I, II, и электровоз работает по аварийной схеме.

Для учета расхода электроэнергии установлены два счетчика. Счетчик Сч1 учитывает расход электроэнергии на тягу поезда и собственные нужды. В режиме рекуперации диск этого счетчика вращается в направлении, противоположном направлению его вращения в режиме тяги. Счетчик Сч2 предназначен только для учета рекуперируемой энергии.

Заканчивая рассказ об электровозах постоянного тока с тяговыми двигателями последовательного возбуждения, отметим, что для осуществления их пуска и регулирования частоты вращения требуется большое число индивидуальных и групповых контакторов. Например, только для получения различных соединений секций пускового реостата на электровозе ВЛ10 установлен 21 индивидуальный электропневматический контактор.