Схема цепи управления электровоза постоянного тока

Цепи управления электровозов можно разделить на две части: цепь управления тяговыми двигателями и вспомогательные цепи. С помощью вспомогательных цепей управляют токоприемниками, быстродействующими выключателями, вспомогательными машинами, отоплением, песочницами, освещением, звуковыми сигналами и другим электрооборудованием. Совместное изображение цепей управления тяговыми двигателями и вспомогательных цепей занимает много места и дается в виде вклеек в учебниках и руководствах по эксплуатации электровозов, прилагаемых заводами-изготовителями.

Мы рассмотрим схемы цепи управления тяговыми двигателями электровозов постоянного тока, представленные в сравнительно упрощенном виде. Схемы цепи управления электровозами постоянного тока (особенно в части управления работой тяговых двигателей) довольно сложны, так как в них введены многие блокировки, обеспечивающие те или иные зависимости. Они, как и схемы силовой цепи, выполняются строчным способом, с горизонтальным расположением строк. Как пример, на рис. 95 показана упрощенная схема цепей управления электровоза ВЛ23.

Рис. 95. Схема цепей управления шестиосного электровоза постоянного тока без рекуперации

Так же, как и в силовых схемах, в схемах цепей управления используются буквенные и цифровые обозначения. Все горизонтальные строки схемы цепей управления нумеруют. Так, для схемы, изображенной на рис. 95, строки имеют номера с 1 по 32. (Для упрощения на схеме не изображены строки - линии связи с номера 7 по 23).

Цепи управления питаются от генератора управления ГУ. Параллельно генератору включают аккумуляторную батарею, питающую эти цепи при опущенном токоприемнике, а также в случае неисправности генераторов.

На отечественных электровозах применено однопроводное питание. Это значит, что один полюс генератора управления (обычно положительный) соединен проводами с аппаратами, а другой - с рамой кузова электровоза, к которой присоединены соответствующие выводы обмоток аппаратов. Такой способ соединения позволяет сократить количество и длину проводов, упрощает монтаж.

Для того чтобы можно было прочитать схему, необходимо увязать состояние ее элементов в данный момент с расположением выступов и впадин шайб контроллера, так как от этого зависит, в каком положении находятся контакты аппаратов: замкнуты или разомкнуты. Обычно это делается так: каждую шайбу развертывают в плоскость, делят эту плоскость вертикальными линиями на столько равных частей, сколько позиций имеет главная рукоятка (рис. 96). Когда контакторный элемент контроллера находится против впадины шайбы, его контакты замкнуты. На развертке его показывают зачерненными точками на вертикальных линиях (на рис. 96 внизу). Если контакторный элемент остается включенным на нескольких соседних позициях контроллера, допускается вместо зачерненных точек показывать сплошную зачерненную линию (верхняя часть развертки на рис. 96).

Рис. 96. Пример развертки шайбы кулачкового вала контроллера

Следовательно, контакторный элемент, положение которого зависит от формы шайбы, на позициях 1-6 и 14-18 замкнут, на 7-13 разомкнут и вновь размыкается на позиции 19.

Упрощенная развертка кулачковых шайб главного вала контроллера электровоза изображена в левой части рис. 95. Количество горизонтальных линий на развертке соответствует числу кулачковых шайб, посаженных на вал. В данном случае главный вал контроллера имеет 26 кулачковых шайб (на рис. 95 показана лишь часть кулачковых шайб и часть позиций главной рукоятки контроллера). Кроме того, четыре шайбы имеют вал ослабления возбуждения и две шайбы - реверсивный вал. Еще больше число шайб в контроллере восьмиосного электровоза с рекуперацией. Так, главный вал электровоза ВЛ10 выполнен с 26 фасонными шайбами, 22 шайбы имеет тормозной вал с помощью которого осуществляется и ослабление возбуждения, 10 шайб посажено на реверсивно-селективный вал.

С правой стороны развертки изображают контакторные элементы контроллера, которые замыкаются и размыкаются кулачковыми шайбами в зависимости от положения рукоятки того или иного вала.

Изучая схему цепи управления, на каждой позиции контроллера рассматривают прохождение тока и определяют, какие аппараты при этом срабатывают в силовой цепи.

Проследим, например, что происходит в цепи управления, когда главная рукоятка контроллера машиниста переводится с нулевой позиции на 1-ю. Перед этим машинист должен поднять токоприемник, включить выключатель цепи управления ВУ, соединяющий цепи управления электровоза с генератором ГУ, пустить в ход вспомогательные машины, включить быстродействующий выключатель и реверсивную рукоятку контроллера поставить в положение Вперед или Назад. Вспомогательные машины предварительно включают для того, чтобы создать запас сжатого воздуха, необходимый для работы приводов аппаратов, и обеспечить работу двигателей вентиляторов и генератора управления. На 1-й позиции от провода H1 (на рис. 95 сохранены обозначения, принятые в заводской схеме) через замкнутые контакторные элементы напряжение подается на общую шину контроллера и от нее на провода 6 и 26.

От шины контроллера получает питание провод 1 и катушка электромагнитного вентиля реверсора Вn, когда реверсивный вал поставлен в положение Вперед, или провод 2 и катушка Наз, когда реверсивный вал находится в положении Назад. Допустим, реверсор займет положение - Вперед. При этом в проводе 1 замкнутся блок-контакты Вn, и по цепи- катушки электромагнитных вентилей 1, 18, провод 1E, блок-контакты группового переключателя КСП-С, провод 26, корпус - пойдет ток. Это может быть только в том случае, когда включен БВ, а значит, замкнуты его блок-контакты в проводе 1A-1Б, и групповой переключатель находится в положении, соответствующем последовательному соединению двигателей (иначе блок-контакты КСП-С будут разомкнуты).

Поэтому, прежде чем поставить рукоятку контроллера на 1-ю позицию, машинист должен установить реверсивную рукоятку в соответствующее положение и включить быстродействующий выключатель. Для этого он нажимает кнопку БВ, в результате чего получает питание удерживающая катушка БВ, если, конечно, замкнуты блок-контакты 96 и 124. Затем машинист нажимает на кнопку Возврат БВ и отпускает ее. При этом открывается доступ сжатому воздуху в цилиндр выключателя.

Попутно отметим, что быстродействующий выключатель можно включить лишь, когда главная рукоятка контроллера находится в нулевом положении. Только тогда через провод 32 получит питание цепь катушки Возврат БВ. На всех остальных позициях, кроме нулевой, контакторный элемент 32 будет разомкнут. Сделано это не случайно. При отключении быстродействующего выключателя машинист вынужден поставить главную рукоятку контроллера на нулевую позицию и только после этого включить быстродействующий выключатель и повторить весь процесс пуска сначала. Тем самым исключается возможность включения БВ на любой промежуточной позиции.

Допустим, машинист мог бы после отключения БВ включить его вновь на промежуточной позиции. Что же произойдет при этом? За время после отключения БВ скорость движения поезда могла резко снизиться. Тогда в момент включения э. д. с. тяговых двигателей будет значительно меньше, чем прежде, а в цепь может быть введено слишком малое сопротивление пускового реостата. В результате возникнет недопустимый бросок тока и сработает защита.

От провода 1E для тока есть и второй путь: через блок-контакт 1, принадлежащий линейному контактору 1, на корпус. По этому пути ток пойдет, как только замкнется контактор 1; тем самым обеспечивается соединение провода 1E с корпусом на всех последующих позициях.

В действительности, на 1-й позиции включаются индивидуальные контакторы и контакторы группового переключателя: собирается силовая цепь последовательного соединения двигателей с полностью введенным пусковым реостатом.

Рассматривая схему цепи управления только для 1-й позиции, уже можно убедиться, что ток проходит через значительное число блок-контактов. Понятно, что блок-контакты вводят в цепь только там, где это необходимо. Рассмотрим для примера назначение блок-контактов контактора 1 в цепи провода 1E. Не исключена вероятность того, что машинист, поторопившись, может поставить главную рукоятку контроллера, допустим, сразу на 2-ю позицию или даже на 3-ю или же переведет ее с 1-й на последующие позиции, когда еще не замкнулся контактор 1. Тогда часть пусковых резисторов будет выведена из силовой цепи. Если бы и после этого могли включиться индивидуальные контакторы, то через якоря тяговых двигателей, которые еще не вращаются, пошел бы слишком большой ток. Поэтому в цепь провода 26 включен контакторный элемент контроллера, замыкающийся только на 1-й позиции. На остальных позициях цепь провода 26 разорвана и силовая цепь не может быть собрана. Чтобы ее собрать, машинисту обязательно придется возвратить главную рукоятку контроллера на 1-ю позицию.

Перемещение главной рукоятки контроллера на последующие позиции приводит к выключению контакторного элемента в цепи провода 26, но питание катушек вентилей контакторов 1, 18 и других не прекратится, так как замкнется блок-контакт контактора 1 в цепи провода 1E. На 2-й позиции главной рукоятки контроллера замкнется контакторный элемент в цепи провода 24 и ток пойдет через катушку электропневматического вентиля 22. Контактор 22 включится и его контакт шунтирует часть секций пускового реостата.

Если необходимо перейти на ослабление возбуждения, то машинист на 23-й ходовой позиции поставит рукоятку ослабления возбуждения в положение ОП1. При этом ток пойдет по проводу 31 в катушки вентилей контакторов ослабления возбуждения 52, 53 и 60, 61. В цепи катушек этих вентилей включены также некоторые блок-контакторы, которые для упрощения на схеме не показаны.

Перевод рукоятки ослабления возбуждения на позицию ОПII вызывает включение контакторов 51, 54 и 59, 62 и т. д. Контакторы ослабления возбуждения, например 52, 53, имеют общий привод.

Переводя главную рукоятку контроллера на последующие позиции, сняв предварительно ослабление возбуждения, переходят на последовательно-параллельное и затем параллельное соединение тяговых двигателей. При этом включаются или выключаются те или иные аппараты, замыкаются или размыкаются соответствующие блок-контакты и все это определяется по развертке контроллера. В процессе обратного перемещения главной рукоятки ("сброса позиций") вводятся ступени пускового реостата, соответственно уменьшается скорость.

При переходе с параллельного соединения на последовательно-параллельное пусковые резисторы выключаются, а вал группового переключателя занимает положение, соответствующее последовательно-параллельному соединению. Но при этом возник бы толчок тока, так как время срабатывания индивидуальных контакторов меньше, чем группового переключателя. Они сработают быстро и вследствие недостаточной скорости поворота вала группового переключателя выведут из цепи тяговых двигателей резисторы, когда двигатели еще соединены параллельно. Допустить этого нельзя и здесь опять приходится использовать блок-контакты, а также специальные блокировочные вентили. Например, к вентилям индивидуальных контакторов, которые выводят пусковые резисторы из цепи при переходе с параллельного на последовательно-параллельное соединение, подают сжатый воздух через блокировочный вентиль 86 (электропневматический клапан 86 на рис. 97).

Рис. 97. Схема включения блокировочного вентиля

Блокировочный вентиль не возбудится до тех пор, пока групповой переключатель не займет положения, соответствующего последовательно-параллельному соединению двигателей. Несмотря на то что катушки вентилей индивидуальных контакторов на 38-й позиции получают питание через включенные контакторные элементы контроллера (см. рис. 95), большинство контакторов не включается, так как к их приводам не подается сжатый воздух. Как только в цепях катушек соответствующих блокировочных вентилей, например 86, замкнется блокировка КСП-СП, откроется доступ сжатому воздуху к соответствующим индивидуальным контакторам 2, 3, 6, 10, 11, 12, 14, 19, 20 и 23 (см. рис. 97). Это теперь безопасно, так как переключатель уже находится в соответствующем положении.

В схемах цепи управления, в том числе и в схеме рис. 95, имеются и другие блок-контакты. Например, блокировки ОД - отключателей двигателей, которые изменяют порядок замыкания индивидуальных контакторов, когда отключена группа тяговых двигателей в случае их неисправности.

На электровозах с рекуперативным торможением схема цепи управления несколько сложнее.