1. Для чего нужен на локомотиве контактор?
Чтобы привести локомотив в движение, машинист отпускает тормоз и ставит контроллер (ручка переключения скоростей в виде штурвала, джойстика и т. д.) в первую позицию (у автомобилистов — первая скорость). Не буду перечислять весь алгоритм отправления локомотива согласно инструкции, иначе читатель умрет от скуки и количества непонятных фраз)). Основная мысль заключается в том, что при постановке контроллера в первую позицию благодаря электрическому аппарату, называемому контактором, тяговый генератор*, установленный в дизельном помещении, электрически соединяется с тяговыми электродвигателями*, установленными на каждой колесной паре* локомотива. Колесные пары начинают вращение, передаваемое электродвигателем через тяговый редуктор*.
Согласитесь, картина будет просто ужасной, если локомотивная бригада, для того чтобы отправиться, будет выбегать в машинное отделение и вручную замыкать рубильники для шести тяговых электродвигателей, чтобы подать на них ток?
Решением проблемы стал электропневматический контактор. При постановке контроллера в первую позицию замыкается цепь, по которой сравнительно невысокое напряжение 110 В (имеется в виду тепловоз) подается на контактор, заставляя его соединить тяговый генератор с тяговым электродвигателем.
Назначение контактора — дистанционное управление цепями высокого напряжения посредством относительно небольшого сигнала управления.
2. Устройство электропневматического контактора
Слово «электропневматический» уже наталкивает на мысль, что в работе контактора участвуют электричество и воздух. На мощную панель, которая не проводит ток (в данном случае текстолит), крепится кронштейн с мощным неподвижным контактом из меди и дугогасительной катушкой. Ниже устанавливается пневмопривод, представляющий из себя стальной цилиндр с поршнем, штоком и возвратной пружиной внутри. Крышка, закрывающая цилиндр пневмопривода, заканчивается литым кронштейном, к которому крепится подвижной рычаг с массивной медной губкой (подвижный контакт).
По этим контактам при замыкании пойдет ток от генератора на тяговый электродвигатель, сила которого может достигать до 1000 Ампер. Достаточное нажатие подвижного контакта на неподвижный при таких токах может обеспечить только электропневматический привод (если мы не хотим, чтобы контактор стал несуразно большим). При недостаточном нажатии между микроскопическими неровностями поверхностей контактов возникнут микродуги, что приведет к оплавлению и подгару контактируемых поверхностей.
Подвижный контакт соединен двумя медными шунтами (кабель, плетенный из гибких медных проводов в виде косичек) с выходной силовой шиной. К ней болтами и гайками крепится мощный электрический кабель. Неподвижный контакт соединен с дугогасительной катушкой, назначение и работу которой рассмотрим ниже.
Притирающая пружина позволяет подвижному контакту при замыкании сместиться по поверхности неподвижного контакта, как бы притираясь. Тем самым происходит удаление оксидной пленки, которая всегда присутствует на поверхности цветных металлов под действием кислорода, увеличивая сопротивление, способствуя подгару и оплавлению контактных поверхностей.
3. Как устроен пневмопривод?
Электропневматический привод включает в себя стальной цилиндр, в котором расположен поршень со штоком, возвратная пружина и электропневматический вентиль. При подаче напряжения 75–110 вольт (в зависимости от марки тепловоза) на выводы катушки, электропневматический вентиль открывает путь воздуху в цилиндр пневмопривода.
Поршень под давлением воздуха перемещается, сжимая возвратную пружину, шток выходит наружу из цилиндра, поворачивая подвижный рычаг вокруг оси. На подвижном рычаге закреплен контакт (губка из меди), называемый подвижным, который замыкается с неподвижным.
4. Электропневматический вентиль
Электропневматический вентиль, образно выражаясь, можно назвать сердцем контактора: катушка с медным проводом, двумя выводами и полым сердечником, внутри которого стержень с впускным клапаном на конце и возвратной пружиной. Над стержнем с одной стороны свободно закреплена стальная пластина в форме лепестка, называемая якорем.
При подаче тока в катушку вентиля неразлучным спутником тока является магнитное поле, которое сконцентрируется в сердечнике (магнитная проводимость металла на порядок выше воздуха). По сути, катушка превратится в электромагнит и притянет ближайшую к ней металлическую деталь — якорь. Якорь утопит стержень, на конце которого впускной клапан. Преодолев сопротивление возвратной пружины, впускной клапан отойдет от седла и откроет путь воздуху в пневмопривод. Силовые контакты замкнутся.
Чтобы отключить контактор, достаточно обесточить катушку. Возвратная пружина вытолкнет стержень, освободившийся от давления якоря, вверх. Выпускная часть стержня откроет путь воздуху из пневмопривода в атмосферу, а поршень в цилиндре пневмопривода вернется в первоначальное положение под давлением мощной возвратной пружины.
5. Электрическая дуга. Проблемы при размыкании. Дугогасительная система
При размыкании контактов в цепях высокого напряжения между подвижным и неподвижным контактами резко возрастает сопротивление. Это происходит из-за уменьшения нажатия, а значит, уменьшения контактных точек. Резко растет температура, а в это время контакты начинают расходиться, и в местах последних контактных точек создаются мостики из расплавленного металла. Естественно, что при дальнейшем размыкании мостики рвутся, а частицы расплавленного металла, испаряясь, создают для возникновения дуги идеальные условия.
Не буду врываться в глубину физических процессов, понятия ионизации и т. д., достаточно того, что мы размыкаем контакты, а получаем дугу, которая прекрасно проводит ток (то есть цепь так и осталась замкнутой) и вдобавок плавит металл.
Для борьбы с таким неприятным явлением, как дуга, на контакторе предусмотрена дугогасительная система, в которую входят дугогасительная катушка, дугогасительная камера и дугогасительный рог.
Возникающая дуга при разрыве контактов — проводник с током, имеющий вокруг себя магнитное поле. Неподвижный контакт контактора электрически связан с дугогасительной катушкой. При прохождении тока через дугогасительную катушку возникшее вокруг неё магнитное поле воздействует на магнитное поле дуги и выталкивает дугу в дугогасительную камеру.
Такое явление называется «магнитное дутье». Дуга, удлиняясь, оттесняемая магнитным полем катушки, соскакивает на дугогасительный рог и смещается, попадая в дугогасительную камеру. Асбестовые перегородки рассекают дугу на несколько более тонких, а металлические вставки активно поглощают тепло дуги. Дуга теряет температуру и гаснет.
6. Что такое блокировочные контакты?
Если смотреть на электропневматический контактор ПК-753, так сказать, с анфаса, в глаза бросается наличие двух колодок, выполненных из диэлектрика, подвижной и неподвижной. Неподвижная колодка прикреплена болтами к привалочному фланцу корпуса контактора и имеет шесть неподвижных контактов, прикрепленных к колодке болтами.
Другая колодка (подвижная) находится над неподвижной, прикреплена к привалочному фланцу на подвижном рычаге и перемещается вместе с рычагом при срабатывании пневмопривода. На подвижной колодке прикреплены три медных пластины в шахматном порядке. При движении рычага перемещается подвижная колодка с медными накладками, в результате чего два блокировочных контакта, расположенных по центру, размыкаются, а каждые два по краям колодки замыкают цепь в результате захода под них медных пластин подвижной колодки.
Блокировочные контакты рассчитаны на напряжение 75–110 вольт. Их функция — замыкание, размыкание вспомогательных цепей управления, *о назначении которых нужно посвящать отдельную статью*.
Так как электропневматические контакторы соединяют тяговый генератор с тяговым двигателем, они получили второе название — поездные и обозначаются на электрической схеме П1–П6.
В заключение обращу внимание читателей на наличие терминов, отмеченных снежинкой*, описание назначения которых можно будет встретить в следующих статьях, или информацию о них можно почерпнуть в наших коротких развивающих фильмах на нашем телеграм - канале https://t.me/mihailsilko24. Приглашаем посмотреть более 50 ти коротких обучающих фильмов, посвященных назначению, устройству и принципу работы различных узлов и агрегатов тепловозов и электровозов. Отписаться никогда не поздно, так что заходите на наш канал))). До скорых встреч!