Электромагнитные контакторы

На вагонах Ем применяются электромагнитные контакторы типа КПП-110, КПД-110 и КПП-113.

Контакторы включаются за счет силы электромагнита. По назначению их разделяют на контакторы силовой цепи, вспомогательной и цепи управления.

Магнитная система состоит из Г-образного ярма, сердечника и якоря. Катушка расположена на сердечнике; она называется подъемной. Якорь вращается на призматическом упоре. Он отжат от сердечника под действием возвратной пружины.

Силовые контакты снабжаются дугогасительным устройством, поэтому способны разрывать значительные токи.

Контакторы могут иметь блокировочные контакты мостикового типа – нормально-разомкнутые или нормально-замкнутые.

При подаче напряжения на катушку якорь притягивается к сердечнику; происходит замыкание силовых контактов и переключение блок-контактов.

При отключении подъемной катушки якорь отпадает от сердечника. Силовые контакты размыкаются. Блок-контакты приходят в свое нормальное состояние (разомкнутое или замкнутое).

Кулачковые контакторные элементы

Кулачковым контакторным элементом называют коммутационный аппарат, приводимый в действие кулачковой шайбой.

Кулачковые контакторные элементы используются в групповых коммутационных аппаратах с ручным, электромеханическим или электропневматическим приводом.

Различают силовые контакторные элементы и элементы цепей управления.

В силовых цепях вагонов используются элементы типа КЭ 47 и КЭ 46.

В цепях управления - элементы типа КЭ 42 и КЭ 48.

Все контакторные элементы приводятся в действие кулачковыми шайбами, в некоторых случаях - специальными профильными колодками. Кулачковая шайба вращается на валу и имеет на своей образующей поверхности впадины, выступы и скосы. Контакт кулачкового контакторного элемента размыкается при нажатии выступа кулачковой шайбы на ролик рычага, а замыкается под действием включающей пружины, когда ролик находится во впадине кулачкой шайбы.

КОНТАКТОРЫЙ ЭЛЕМЕНТ КЭ 47 предназначен для переключений в силовой цепи без разрыва тока.

На изоляционном основании крепится неподвижный контакт; на оси закреплен рычаг. С одной стороны рычага установлен подпружиненный подвижный контакт, соединенный с выводным зажимом гибким соединением (медным «шунтом»). С другой стороны рычага на оси имеется ролик. В этом месте рычага установлена включающая пружина.

КОНТАКТОРЫЙ ЭЛЕМЕНТ КЭ 46 предназначен для переключений в силовой цепи, связанных с разрывом тока до 50 А, и отличается от КЭ 47 наличием дугогасительного устройства. Это устройство состоит из изоляционной огнестойкой камеры с зигзагообразной щелью, а также катушки из медной шины, сердечника и полюсов.

КОНТАКТОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ КЭ 42 имеет мостиковый контакт и предназначен для переключений в цепях управления, не связанных с разрывом тока.

КОНТАКТОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ КЭ 48 предназначен для переключений в цепях управления, связанных с разрывом тока, поэтому снабжен дугогасительным устройством.

Групповые коммутационные аппараты

Групповые коммутационные (переключающие) аппараты представляют собой совокупность коммутирующих устройств, связанных между собой механически так, что при работе привода их контакты замыкаются и размыкаются в установленной последовательности, производя требуемые изменения в силовых цепях тяговых двигателей и цепях управления. В качестве коммутирующих устройств в групповых аппаратах вагонов метрополитена применяют кулачковые контакторные элементы.

Основными деталями кулачкового барабана (кулачкового вала) любого группового аппарата являются стальной вал квадратного сечения и насаженные на него кулачковые шайбы, изготовленные из прессованной пластмассы. Профиль каждой кулачковой шайбы имеет выступы, впадины и скосы. При нахождении ролика кулачкового элемента на выступе шайбы контакты кулачкового элемента разомкнуты. При нахождении ролика во впадине контакты замкнуты, а при нахождении на скосе - идут на замыкание или размыкание.

На фиксированных позициях контакты кулачковых контакторов должны быть окончательно замкнуты или полностью разомкнуты.

Групповые аппараты, применяемые на вагонах метро, приводятся в действие рукой, электродвигателем или усилием сжатого воздуха.

К групповым аппаратам вагонов Ем относятся:

- контроллер машиниста;

- реверсор;

- реостатный контроллер;

- переключатель положений.

Аппараты установлены в металлических ящиках, закрывающихся съемными кожухами. Контроллер машиниста установлен в кабине, а остальные – под вагоном, с правой стороны. Каждый ящик подвешивается на раме кузова при помощи четырех болтов с миканитовой опрессовкой, через круглые фарфоровые изоляторы.

КОНТРОЛЛЕР МАШИНИСТА КВ 55 служит для задания различных ходовых и тормозных режимов ведения поезда путём подачи напряжения на поездные провода с целью дистанционного управления приводами контакторов и групповых коммутационных аппаратов, находящихся на вагонах. Кроме этого, через контроллер машиниста (КВ - «контроллер водителя») заводится схема управления дверьми поезда, белыми фарами и красными сигнальными фонарями, а также сигнализация и восстановление защиты силовых цепей. Съёмной реверсивной рукояткой машинист задает направление движения вагона, а рукояткой привода главного вала - режимы работы схемы управления, а следовательно - режимы работы тяговых электрических машин как в ходовом, так и в тормозном режимах.

Реверсивный вал имеет три положения: нулевое, «вперёд» и «назад».

Главный вал имеет семь положений: нулевое, «ход 1», «ход 2», «ход 3», «тормоз 1», «тормоз 1А» и «тормоз 2».

Вал разъединителя цепей управления (РЦУ) имеет два положения: «включено» и «отключено». Вал приводится в движение реверсивной рукояткой через дополнительный вал и зубчатую передачу. С помощью вала РЦУ можно отключить вагонные цепи управления от поездных проводов.

Все три вала - реверсивный, главный и РЦУ - находятся на одной оси и вращаются в подшипниках, установленных в верхней и нижней панелях. Панели соединяются стальными рейками, к которым по обеим сторонам валов крепятся кулачковые контакторы КЭ42 и КЭ 48.

На реверсивный вал и вал РЦУ установлены профильные изоляционные колодки, а на главном валу - кулачковые шайбы.

Гнёзда реверсивного вала и вала РЦУ расположены на верхнем основании контроллера. Специальные приливы основания позволяют снять или поставить реверсивную рукоятку только при нулевом положении реверсивного вала и при крайних фиксированных положениях вала РЦУ.

Главный и реверсивный валы механическими сблокированы между собой таким образом, что главный вал нельзя вращать при нулевом положении реверсивного, а реверсивный можно вращать только при нулевом положении главного вала. Блокирование валов предотвращает применение непредусмотренных режимов ведения поезда и работы электрических схем, а также приведение поезда в движение без установки съемной реверсивной рукоятки, являющейся своего рода ключом к контроллеру машиниста.

РЕВЕРСОР ПР 772 предназначен для изменения направления вращения тяговых двигателей путём изменения направления тока в обмотках якорей и, следовательно, для изменения направления движения вагона.

Реверсор имеет две фиксированные позиции: «вперёд» и «назад».

Реверсор состоит из двух стальных рам, соединенных между собой стальными рейками. Между рамами в подшипниках установлен кулачковый барабан с шайбами. По обе стороны барабана на стальных рейках закреплены восемь кулачковых элементов силовой цепи КЭ47 и четыре кулачковых элемента цепей управления КЭ42. К задней раме привода прикреплён двухпозиционный пневматический привод с двумя электропневматическими вентилями. Сжатый воздух подводят к ящику с реверсором через орешковый изолятор.

В ящике с реверсором установлен также шунт силового амперметра.

Двухпозиционный привод - электропневматический, состоит из чугунного литого цилиндра, в котором перемещаются два поршня с уплотнением из кожаных манжет. Поршни между собой связаны штоком. Поступательное движение поршня превращается во вращательное движение вала при помощи сухаря и водила. Вал реверсора может поворачиваться на угол в 45.

РЕОСТАТНЫЙ КОНТРОЛЛЕР ЭКГ 17 предназначен для выведения пуско-тормозных сопротивлений из цепи тяговых двигателей в процессе пуска и электрического торможения вагона, а также для изменения поля двигателей в ходовом и тормозном режимах. Выведение сопротивлений - это их шунтирование (исключение из цепи тяговых двигателей) контактами кулачковых контакторов в процессе перехода кулачкового вала с одной позиции на другую.

Реостатный контроллер (РК) состоит из трех рам, отлитых из алюминиевого сплава, которые соединены между собой стальными рейками. Между передней и задней рамами в подшипниках установлен кулачковый барабан, состоящий из стального стержня квадратного сечения с насаженными на него изоляционными шайбами. На конец барабана насаживают большую шестерню, имеющую стопорный болт, который предотвращает круговое вращение вала из-за упора болта в прилив передней рамы.

По обеим сторонам кулачкового барабана, на стальных рейках между передней и средней рамами установлены контакторные элементы КЭ 47 и КЭ 46 силовой цепи. На рейках, связывающих среднюю и заднюю рамы, установлены контакторные элементы КЭ 42 цепи управления.

Кулачковый барабан приводится во вращение электродвигателем постоянного тока ПЛ-072Г на номинальное напряжение 70 В (серводвигатель реостатного контроллера - СДРК), установленным на передней раме. Вращающий момент от двигателя к кулачковому барабану передается через двухступенчатый редуктор, у которого первая ступень червячная с передаточным числом 25, а вторая - цилиндрическая с передаточным числом 1,74; общее передаточное число - 43,5. Редуктор уменьшает скорость вращения и увеличивает вращающий момент кулачкового барабана. Червячный вал редуктора соединяется с валом двигателя через муфту.

СДРК может вращать кулачковый барабан РК в прямом и обратном направлениях. Реверсирование происходит за счет изменения направления тока в обмотке якоря с помощью реле реверсирования РР. РК имеет 18 позиций. Поскольку возможно двустороннее вращение, то в схеме используется 36 позиций (с 1 по 18 позицию прямого и с 18 по 1 позицию обратного хода РК).

Кулачковый барабан останавливается и фиксируется на позициях электродинамическим тормозом - за счет перевода электродвигателя в тормозной режим путем замыкания обмотки якоря накоротко.

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОЛОЖЕНИЙ ЭКГ 18 предназначен для переключения силовой схемы из ходового режима в тормозной и обратно, а также с последовательного соединения на параллельное соединение групп тяговых двигателей в ходовом режиме.

Конструктивно и внешне близок к реостатному контроллеру, но имеет круговое одностороннее вращение и четыре фиксированных позиции: ПС и ПП - ходовые, ПТ1 и ПТ2 - тормозные. Углы поворота вала при переходе с позиции на позицию составляют:

ПС - ПП 60°

ПП - ПТ1 80°

ПТ1 - ПТ2 60°

ПТ2 - ПС 160°

В переключателе положений применен двигатель ПЛ-072Д на номинальное напряжение 24 В (серводвигатель переключателя положений - СДПП), а также, дополнительно к электродинамическому, электромагнитный фрикционный тормоз. Катушка электромагнита включена последовательно обмоткам СДПП, поэтому при снятии напряжения с электродвигателя катушка электромагнита обесточивается, и усилием пружины фрикционные диски входят в зацепление и затормаживают вал двигателя.

Принцип действия электродинамического тормоза основан на том, что после обрыва цепи питания СДПП ток протекает по замкнутой цепи, в которую входят обмотка возбуждения и якорная обмотка. Этот ток вызван электродвижущей силой (противо-ЭДС), которая индуктируется в проводниках якорной обмотки при вращении ее в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения. При этом направление тока в якоре меняется на противоположное, по сравнению с рабочим режимом. В результате возникает момент, направление которого противоположно направлению вращения якоря, что вызывает затормаживание якоря.

При сбросе с ходовых режимов переключатель положений остается на той позиции, на которой находился (ПС или ПП).

При сбросе с тормозных режимов переключатель положений автоматически переходит на позицию ПС.

Р Е Л Е

Реле на электроподвижном составе применяют для автоматизации процессов управления, для защиты силовых цепей, а также в качестве низковольтных электромагнитных коммутационных аппаратов.

В реле, применяемых для защиты цепей и автоматизации процессов управления, контролируемым (входным) параметром может быть ток, напряжение, давление воздуха, температура, время и так далее.

Действие реле, производимое им в соответствии с его основным назначением называют срабатыванием, а значение входного параметра, при котором это происходит - уставкой реле. Переход реле в первоначальное состояние, в котором оно находилось до срабатывания, называется возвратом. В одних случаях в реле регулируют уставку на притяжение якоря (РП 1-3, РП 2-4, РПЛ и пр.), в других случаях – на отпадание (РУТ). Реле имеет ряд основных и дополнительных органов.

К основным органам относятся:

- Воспринимающий - предназначен для непосредственного восприятия контролируемого явления и последующего воздействия на исполнительный орган;

- Исполнительный - осуществляет скачкообразное изменение состояния исполнительных электрических цепей (частным случаем исполнительного органа являются контакты);

- Замедляющий - обеспечивает требуемое замедление действия реле;

- Регулировочный - служит для изменения уставки или времени срабатывания реле.

Электромагнитные реле, применяемые в качестве низковольтных коммутационных аппаратов, имеют конструкцию, аналогичную электромагнитным контакторам, но без силовых контактов и без дугогасительного устройства. Они срабатывают при подаче напряжения аккумуляторной батареи на катушку. При этом переключаются их контакты.

РЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ служат для контроля за величиной напряжения в той или иной цепи. Воспринимающим органом является катушка, намотанная большим числом витков тонкого изолированного провода (до нескольких тысяч витков; диаметр 0,1 - 0,4 мм; сопротивление обмотки от нескольких десятков до нескольких сотен Ом). Реле может иметь контактную группу, состоящую из одного или нескольких н.р. и н.з. контактов. Напряжение, при котором реле включается, всегда больше напряжения отпадания якоря. Разница этих напряжений обусловливается величиной воздушного зазора между якорем и сердечником реле, а также толщиной диамагнитной прокладки, установленной на якоре напротив сердечника, и одновременно служащей для исключения магнитного прилипания якоря.

РЕЛЕ ТОКА служат для контроля за величиной тока в цепи какой-либо нагрузки, обычно в цепи электродвигателей. Если величина тока нагрузки превышает установленный предел (уставку), то якорь реле притягивается к сердечнику, контакты переключаются, обрывая цепи управления, что приводит к отключению силовых аппаратов и обесточиванию цепи нагрузки. Конструктивно реле выполнено так же, как и реле напряжения, но воспринимающим органом является катушка, намотанная из нескольких витков толстого медного провода прямоугольного сечения (медной шины). Такая катушка обладает очень низким сопротивлением и не вносит никакого влияния в работу силовой электрической цепи.

ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ предназначены для защиты электродвигателей и других аппаратов от длительной работы и перегрузок.

Воспринимающим органом теплового реле является биметаллическая пластина. От протекающего тока пластина нагревается и изгибается, что приводит к размыканию контактов в управляющих цепях.

Возврат реле с самовозвратом (замыкание контакта) происходит автоматически, после остывания биметаллической пластины или вручную при нажатии кнопки. Возврат реле с ручным возвратом в исходное положение (замыкание контакта), происходит только вручную при нажатии кнопки (термореле компрессора ТРК).

РЕЛЕ ВРЕМЕНИ служат для создания задержки между моментом изменения входной величины (например, подачей или снятием напряжения на катушку реле) и моментом срабатывания исполнительного органа. Реле времени, в частности, могут быть электромагнитными, электронными, механическими и т. д. Задержку отпадания якоря электромагнитного реле можно обеспечить схемно или конструктивно. При схемном решении, например, параллельно катушке реле присоединяется конденсатор или включенный встречно диод.

При конструктивном решении на ярмо, сердечник или катушку реле надевается короткозамкнутый виток - медная втулка или медный цилиндр. После снятия напряжения с катушки реле спадающий магнитный поток катушки наводит в витке (втулке, цилиндре) ЭДС индукции, который вызывает протекание тока по витку. Ток, в свою очередь, вызывает появление магнитного поля, направление которого совпадает с направлением поля катушки. Это позволяет какое-то время удерживать якорь реле притянутым к сердечнику. Поле витка зависит от тока, протекающего по нему, а значит - от материала и площади поперечного сечения витка. Поэтому втулки и цилиндры изготавливают из меди, а от их массивности напрямую зависит время выдержки реле. На вагонах Ем для замедления срабатывания реле применяют медные втулки.