Устройства питания цепей управления и заряда

АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ11, ВЛ11^М

Аккумуляторные батареи, служащие на электровозах ВЛ11, ВЛ11^М источником напряжения 50 В, состоят из 40 элементов КН125 (щелочные кадмиево-никелевые, номинальной емкостью одного элемента 125 А ^. Ч и напряжением на зажимах 1, 25 В).

Технические условия на элементы КН125 определяют параметры их работы в режиме заряда и разряда. От того, соответствуют ли фактические режимы требованиям ТУ во время эксплуатации, зависит срок службы элементов и батареи в целом. Аккумуляторная батарея, находящаяся в режиме постоянного подзаряда, должна иметь автоматическое регулировочное устройство, обеспечивающее требуемые характеристики и максимальный срок службы. Начальный и конечный ток заряда батареи в эксплуатации должен быть соответственно 25 А и 3 А.

В связи с тем, что электровозы ВЛ11 и ВЛ11^М имеют аккумуляторные батареи на каждой секции, устройства питания цепей управления и заряда имеют отличия от аналогичных устройств на электровозах ВЛ10, кроме того, они осуществляют выравнивание нагрузки параллельно работающих генераторов управления.

Работа бесконтактного регулятора напряжения, при определенных неисправностях элементов его схемы, сопровождается резким увеличением напряжения на зажимах соответствующего генератора управления и может привести к повреждению, как самого регулятора, так и низковольтной аппаратуры цепей управления. Нарастание напряжения происходит так быстро, что функции защиты способно выполнить только специальное электронное устройство.

Перечисленные функции обеспечивают агрегаты панели управления. Сравнительные технические характеристики различных модификаций агрегатов приведены в таблице 4.

Из анализа технических характеристик видно, что панель управления на электровозах ВЛ11 по № 240, обеспечивающая напряжение заряда, равное напряжению в цепи управления, ограничивает величину начального и конечного тока заряда в очень узких пределах. Аккумуляторные батареи электровозов, имеющих такие характеристики, подвержены медленной зарядке и повышенному нагреву вследствие относительно большой величины конечного тока заряда.

На электровозах ВЛ11 с № 241 эти недостатки, в основном устранены, но начальный ток заряда не превышает 20 А. Усложнилась схема заряда батарей из-за перераспределения функций генераторов управления. Один генератор управления работает на заряд аккумуляторных батарей всех секций, другой генератор на питание цепей управления.

Таблица 4.

На электровозах ВЛ11^М по № 140 (АПУ-006) созданы условия заряда аккумуляторных батарей в соответствии с ТУ, но характеристики панели управления имеют ряд недостатков. Основным из них является повышенное (до 67-69 В) напряжение цепи заряда вследствие применения вольтодобавочного устройства.

Панель управления АПУ-009 установленная на ВЛ11^М с № 141, отвечает всем требованиям эксплуатации.

Анализ работы и отказов аккумуляторных батарей электровозов ВЛ11, ВЛ11^М показывает, что из-за недостатков характеристик устройств питания цепей управления и заряда батарей, их ресурс составляет 40-50% от установленного. Поэтому назрел вопрос оптимизации технических характеристик панелей управления электровозов.

Такая работа была выполнена Тбилисским научно-производственным объединением «Электровозостроитель». В его СКБ разработано и освоено производство усовершенствованного устройства для замены панелей управления АПУ-287, АПУ-006 электровозов ВЛ11, ВЛ11^М. Усовершенствованное устройство при совместной работе с генератором постоянного тока и аккумуляторной батареей обеспечивает питание цепей управления и заряд аккумуляторной батареи электровозов постоянного тока во всех режимах работы электровоза в соответствии с техническими требованиями.

Устройство выполнено с использованием современной, широко распространенной элементной базы, что позволило существенно его упростить, повысить его технические данные (точность, стабильность, надежность, масса габаритные показатели и др.) и улучшить эксплуатационные характеристики.

Устройство состоит из трех функционально и конструктивно законченных блоков:

· блока регулятора напряжения БРН, обеспечивающего питание обмотки возбуждения генератора управления, стабилизацию выходного напряжения генератора и ограничения тока нагрузки генератора. График статической регулировочной характеристики БРН приведен на рис. 1.1;

· блока заряда аккумуляторной батареи БЗ, обеспечивающего оптимальный зарядный ток аккумуляторной батареи. График зависимости изменения тока заряда в процессе заряда батареи приведен на рис.1.2;

· блок предохранителей БП, обеспечивающего селективную защиту отдельных цепей управления электровоза.

1.2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ АГРЕГАТОВ
ПАНЕЛЕЙ УПРАВЛЕНИЯ

На агрегатах панелей управления (АПУ) (Рис.1.3.) установлены следующие блоки:

· БРН – бесконтактный регулятор напряжения;

· БЗ – блок защиты;

· БВНГ – блок выравнивания напряжений генератора.

БРН обеспечивает регулировку напряжения на зажимах генераторов (генератора) в пределах 50 В (33 В).

При возрастании напряжения генератора (Рис.1.4.) до номинальной величины прекращается прохождение тока по элементам схемы БРН. Обмотка возбуждения генератора теряет питание. Напряжение генератора снижается и, как только оно становится ниже номинального, ток снова начинает протекать по элементам схемы БРН, обмотка возбуждения вновь получает питание, напряжение генератора опять возрастает до номинальной величины. Этот процесс непрерывно повторяется, поэтому напряжение генератора управления будет пульсировать около номинального. Для сглаживания этих пульсаций параллельно якорным зажимам генератора включен конденсатор С1 (С2). Диод Д9, включенный параллельно обмотке возбуждения, исключает перенапряжения на элементах схемы измерительного устройства БРН, возникающие из-за значительной величины индуктивности обмотки.

БЗ. При неисправности измерительного устройства блока БРН напряжение на зажимах генератора управления резко возрастает до максимальной величины, что может привести к повреждениям в цепи управления и блоков АПУ. Для его ограничения служит блок БЗ, который до напряжения 65-70 В на зажимах генератора пропускает ток от его плюсового зажима через элементы схемы блока БРН на обмотку возбуждения генератора, а свыше 65-70 В блок срабатывает и прерывает цепь на обмотку возбуждения. Напряжение его снижается. Для восстановления работы блока БЗ необходимо нажать его импульсную кнопку. Если после трехкратного нажатия работа блока не восстанавливается, необходимо определить и устранить неисправность или выключить рубильник «Генератор» соответствующего генератора управления.

БВНГ служит для выравнивания напряжений генераторов управления двух (трех) секций. Он подсоединен к якорю генератора и БРН своей и других секций.

При равных напряжениях на генераторах блок БВНГ никакого влияния на работу блока БРН не оказывает. В случае возникновения разницы между напряжениями генераторов, блок БВНГ той секции, на которой генератор стал вырабатывать меньшее напряжение, срабатывает и увеличивает уставку по напряжению блока БРН. Напряжение генератора растет. Это будет происходить до тех пор, пока напряжение генераторов всех секций не уравняется. При любом количестве секций напряжение всех генераторов управления выравнивается по уровню большего из них. Интервал колебания напряжения при включении и выключении блока БВНГ составляет 4-5 В. В случае выхода из строя одного из генераторов управления блок БВНГ этой секции срабатывает и производит переключения в схеме, предотвращающие нарушения в системе выравнивания напряжения генераторов. При этом нагрузка распределяется равномерно между оставшимися в работе генераторами.

1.3. ВКЛЮЧЕНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ НА
ЭЛЕКТРОВОЗАХ ВЛ11 пО № 240

Включение аккумуляторной батареи Б, состоящей из двух групп Б1 и Б2 по 20 элементов, на каждой секции производится рубильником В3 «Батарея» на устройстве У12 (агрегат панели управления АПУ-287). При его включении напряжение от батареи Б подается на плюсовую шину 18 агрегата управления (перемычки между автоматами и предохранителями) и межсекционный провод Э301 по цепи (рис.1.5.): " плюс" первой группы элементов Б1, провод 328, П5: 13, провод 51, плюсовой предохранитель Пр14 (50 А) батареи Б, нож рубильника В3, шунт амперметра А2, +Ш18, П5: 14 и П3: 8, провод Э301. Этот провод объединяет +Ш18 АПУ всех секций, и по нему подается напряжение к выключателям управления ВУ-20, а через предохранители Пр12 и Пр8 к кнопкам “Локомотивная сигнализация“ и “Противобоксование“ на кнопочных выключателях БлКн6, БлКн5 и к выключателям В4, В14 поездной радиосвязи.

От +Ш18 в каждой секции образуется цепь (см. рис. 1.5.): резистор R12, провод 32, блокировка контактора К2, провод 63, П5: 1, провод Э322, сигнальная лампа “ГУ”, провод 800, “корпус”, “корпус” АПУ, провод 300 клемма П5: 15 АПУ, соединенная с клеммой 7 на этой же планке, провод G, нож рубильника В3, минусовой предохранитель Пр15 (50 А) батареи Б, провод 53, П5: 12, провод 327, 2 группа элементов Б, провод 325, П5: 10, провод 56, контакты контактора К1, провод 48, диоды Д15 и Д16, провод 54, П5: 11, провод 326, “минус“ 1 группы элементов Б1 аккумуляторной батареи Б.

На пультах помощника машиниста всех секций загораются сигнальные лампы “ГУ”, сигнализирующие о том, что генераторы управления не работают. От плюсовой шины 18 через предохранители и автоматы защиты подается напряжение к клеммам клеммовых планок П1, П2, П3, П4, П5, а от них - в цепи управления, освещения и сигнализации. При включении в этих цепях тумблеров, кнопок, выключателей управления или контроллера машиниста ток, пройдя эти цепи, возвращается на “минус” первой группы элементов аккумуляторной батареи Б по цепи, аналогичной цепи сигнальной лампы “ГУ”.

Таким образом, при неработающих генераторах управления обе группы элементов аккумуляторной батареи Б на каждой из секций соединены последовательно, а батареи всех секций межсекционным проводом Э301 соединены между собой параллельно и обеспечивают питание цепей управления, освещения, сигнализации, обогревов и радиостанций.

Диоды Д15 и Д16 предотвращают подзарядку аккумуляторных батарей друг от друга, исключая тем самым протекание больших уравнительных токов по проводу Э301 и шинам 18 агрегатов панелей управления.

В режиме “Разряд” напряжение на батареях контролируется вольтметрами V1 на АПУ и V2 на пульте помощника машиниста, а их разрядные токи - амперметрами А2.

1.4. ВКЛЮЧЕНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ НА
ЭЛЕКТРОВОЗАХ ВЛ11 С № 241

На этих электровозах установлен АПУ с новой схемой заряда аккумуляторной батареи Б, также состоящей из двух групп элементов Б1 и Б2. Как и в предыдущей схеме, включение аккумуляторной батареи производится рубильником В3 “Батарея“.

При его включении напряжение от аккумуляторной батареи Б подается на плюсовую шину 18 АПУ и межсекционный провод Э301 по цепи (рис. 1.6.): +Б2, провод 328, П5: 13, провод 51, плюсовой предохранитель Пр14 (50 А) батареи Б, левый нож В3, шунт амперметра А2, диод Д16, +Ш18. От +Ш18 напряжение через предохранители и автоматические выключатели подается в цепи управления, а также через П5: 14 на межсекционный провод Э301. От этого провода оно подается к тем же аппаратам, что и в предыдущей схеме. Кроме того, с № 310 по этому проводу через клеммовую сборку на пульте помощника машиниста подается напряжение к установленным на этом пульте автоматическим выключателям: В21 “БВ, токоприемники”, В22 “Сигнализация”, В23 “Освещение кабин, ФО, измерительных приборов”, В24 “Песок, свисток”, В25 “Вспомогательные машины”.

От +Ш18 образуется цепь на сигнальную лампу “ГУ”(см. рис.1.6.): резистор R12, блокировка контактора К2, провод 63, П5: 1, провод Э322, сигнальная лампа ЛС81 “ГУ”, провод 800, “корпус”, “корпус“ АПУ, провод 300 на П5: 15 АПУ, провод ”G”, средний нож рубильника В3, минусовой предохранитель Пр15 (50 А) батареи Б, провод 53, П5: 12, провод 327, Б1, провод 325, П5: 10, провод 56, контакты контактора К1, провод 54, П5: 11, провод 326, “минус“ 2 группы элементов Б2 аккумуляторной батареи Б.

Таким образом, как и в предыдущей схеме, все 40 банок аккумуляторной батареи в каждой секции соединены последовательно контактами контактора К1, а батареи всех секций проводом Э301 соединены параллельно. Включенные цепи управления будут иметь цепь на “минус” Б2 такую же, как и сигнальная лампа “ГУ”.

Примечание:

· на принципиальной схеме эта цепь не показывается, но ее надо иметь в виду.

1.5. ВКЛЮЧЕНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ НА ЭЛЕКТРОВОЗах ВЛ11^М
по № 140

Включение аккумуляторной батареи Б производится рубильником S2 “Батарея“ на панели агрегата типа АПУ-006 (515). При его включении напряжение от двух групп батареи Б1 и Б2, соединенных постоянно последовательно, подается на плюсовую шину и межсекционный провод Э301 по цепи (рис. 1.7.): “плюс“ второй группы элементов Б2 аккумуляторной батареи Б, провод 328, клемма Х14: 3, провод 26, шунт амперметра А2, плюсовой предохранитель F4 (50 А) батареи, правый нож рубильника S2, провод 28, контакты контактора К1, +Ш13, клемма Х14: 7, провод Э301.

Провод Э301 объединяет плюсовые шины 13 всех агрегатов панелей управления, и по нему на каждой секции подается напряжение через предохранители Пр12 и Пр8 к кнопкам “Локомотивная сигнализация“ и “Противобоксование“ на кнопочных выключателях БлКн6, БлКн5 и параллельно, к выключателям поездной радиосвязи В4, В15, в цепь АЛС, к главным контактам контактора К62 в цепи независимой обмотки генератора преобразователя, через клеммовую сборку на пульте помощника машиниста к автоматическим выключателям В20, В21, В22, В23, В24, В25, В35. Кроме этого, по проводу Э301 подается напряжение к автоматическим выключателям цепей управления и предохранителям, расположенным на лицевой стороне панели АПУ В31, В33, В34, ПР и ПР8 и далее в цепи управления и сигнализации.

На каждой секции от плюсовой шины 13 образуется цепь(см. рис.1.7.): блокировка контактора К1, провод 45, Х12: 8, провод Э322, сигнальная лампа “ГУ“, провод 800, “корпус“, “корпус“ АПУ Х14: 6, провод 300, нож рубильника S2, минусовой предохранитель F3 (50 А) батареи, провод 24, Х14: 4, провод 327, “минус“ и “плюс“ 1 группы элементов Б1, “минус“ 2 группы Б2 аккумуляторной батареи Б. На пультах помощника машиниста загораются сигнальные лампы “ГУ“. Все остальные цепи управления замыкаются на минус группы Б2 аккумуляторной батареи Б по цепи аналогичной цепи сигнальной лампы “ГУ“.

1.6. ВКЛЮЧЕНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ НА ЭЛЕКТРОВОЗАХ ВЛ11^М с № 141

Включение аккумуляторной батареи Б, состоящей из двух групп элементов Б1 и Б2 производится рубильником S4 на АПУ типа АПУ-009. При его включении напряжение от двух этих групп, соединенных последовательно контактами контактора К1, подается на плюсовую шину 14 панели и межсекционный провод Э301 по цепи (рис. 1.8.): “плюс“ первой группы элементов Б1, провод 325, Х15: 2, провод 32, плюсовой предохранитель F5 (50 А) батареи Б, левый нож рубильника S4, шунт амперметра А2, +Ш14, клемма Х15: 7, провод Э301. Этот провод объединяет плюсовые шины 14 всех панелей, и по нему на каждой секции подается напряжение через предохранители Пр12 и Пр8 к кнопкам “Локомотивная сигнализация“ и “Противобоксование“ на кнопочных выключателях БлКн6, БлКн5 и к выключателям В4, В14 поездной радиосвязи, в цепи АЛС, через клеммовую сборку для этого провода с правой стороны пульта помощника машиниста к автоматическим выключателям В20, В21, В22, В23, В24 и В25 на этом пульте и к главным контактам контактора К62 в цепи независимой обмотки возбуждения (НОВ) генератора АМ-Г преобразователя.

От +Ш14 в каждой секции образуется цепь (см. рис. 1.8.): блокировка контактора К2, провод 25, на Х12: 8, провод Э322, сигнальная лампа “ГУ”, провод 800, “корпус”, “корпус” АПУ, провод 300 на Х15: 6, провод 300, средний нож рубильника S4, минусовой предохранитель F6 (50 А) батареи Б, провод 36, провод 36 на Х15: 5, провод 326, группа элементов Б2, провод 328, Х15: 4, провод 55 у шунта А3, провод 42, контакты контактора К1, провод 33 на Х15: 3, провод 327, “минус“ первой группы элементов Б1 аккумуляторной батареи Б. На пультах помощника машиниста загораются сигнальные лампы “ГУ”. Кроме этой цепи, от +Ш14 через автоматические выключатели, предохранители и клеммовые планки напряжение подается в цепи управления, освещения и сигнализации. Включенные цепи управления замыкаются на минус первой группы Б1 аккумуляторной батареи по цепи, аналогичной цепи сигнальной лампы “ГУ”.

Примечание:

· провод Э301 в межсекционном соединении соединяется болтовыми соединениями на клеммовых планках П31 и П32. Таким же образом выполнено соединение проводов Э424, Э425 и Э426 независимых обмоток генераторов преобразователей.