矿用机车第二讲

第二讲架线式电机车的电器部分 教师 马俊 电气设备包括牵引电动机 控制器 启动电阻 受电弓 自动开关和照明等 牵引电动机的作用有两个 牵引作用和制动作用 控制器的作用是控制电机车启动 停止 调速 电气制动和运行方向 受电器的作用是从接触架线上取用电能 启动电阻的作用是限制牵引电动机的启动电流 自动开关与照明 电器部分 牵引电动机及其控制 一 直流串激电动机的特性目前矿用电机车都采用直流串激电动机作牵引电动机 与其他激磁方式的直流电动机比较 直流串激电动机的优点是 1 串激电动机启动时 能以不大的电流获得较大的启动转矩 因而在要求相同的启动转矩条件下 可采用较小功率的电动机 2 串激电动机的转矩和旋转速度随着列车运行阻力及行驶条件而自动地进行调节 这种特点是由于串激电动机具有软的牵引特性 见图1 1 所决定的 当电机车上坡行驶或负荷较大时 需要较大的牵引力 随着牵引力的增大 电动机的转速会自动地降低 这样 既保证了运行安全 又不致从电网吸取过大的功率 3 两台串激电动机并联工作时 负荷分配比较均匀 由于两台电动机特性有差异或前后车轮直径不相等 两台电动机的转速不等 会引起各电动机负荷电流不相同 但由于其牵引特性较软 因而负荷电流差异很小 约在5 10 范围内 这样 可以避免个别电动机在运转中因负荷不均匀而产生严重过负荷现象 4 当架空电网的电压变动时 只影响串激电动机的转速 而不影响其转矩 这样 就使得当架空电网的电压降很大时 电机车也能启动 此外 串激电动机构造简单 体积和质量都较小 也是其重要的优点 但是 串激电动机也有缺点 如调整性能差等 牵引电动机的特性是指运行速度v 轮缘牵引力F以及效率 与电枢电流之间的关系 即速度特性 f1 I 牵引力特性F f2 I 及效率特性 f3 I 这些特性均用曲线表示 图1 1及图1 2分别为ZQ 21型及ZQ 24型牵引电动机的特性曲线 图1 2 二 牵引电动机的启动矿用电机车工作条件困难 启动频繁 因而要求启动时能量消耗要小 启动要平稳 以避免机械冲击 1 启动原理牵引电动机在静止时电枢绕组内没有反电势 而绕组本身电阻又很小 因此 如果在启动时把牵引电动机直接接至全电压电网 则在静止的电动机各绕组中通过的电流很大 会引起绕组很快发热甚至烧毁 此外 还会产生很大的转矩 引起机械部分的损坏 为了限制启动时的电流冲击 并保持一定的电流数值 普遍采用在牵引电动机的电路中串接启动电阻和将两台牵引电动机串并联的方法进行启动 2 启动方法a 串接电阻的启动方法 若已知允许的启动电流 并测出电动机绕组的电阻值 便可以确定启动电阻值 但是 随着电动机旋转速度的增加 若启动电阻固定不变 则电枢电流将减小 电机车的牵引力也随之减小 为了保持牵引力不变 必须相应地减小启动电阻值 显然 理想的启动应是使启动电阻的数值无级地减小 也就是说要保证每瞬间的启动电流固定不变 但实际上要使启动电阻无级地减小 其控制是比较困难和复杂的 解决这个问题的方法 是将可控硅脉冲技术用在电机车上 以实现无级调速和平稳启动 为了简化控制 在ZK型电机车上启动电阻都是做成四级的 即采用逐级减小启动电阻的方法来启动 启动电流在一定的范围内变动 大约为启动电流平均值的 15 b 串并联启动方法 矿用电机车还采用了两台牵引电动机串并联启动的方法 开始启动时 第一步先将两台电动机串联 并加入启动电阻如图1 3所示 然后逐段切除电阻 直至 0 第二步是将两台电动机并联 加人适当的电阻R 然后逐段切除 直至两台电动机不带电阻并联运行 这时电机车即达到全速运行 三 牵引电动机的调速在运输中电机车需要多种速度 所以必须采取一定的措施 由司机来控制牵引电动机的旋转速度 以达到获得多种速度的目的 改变电动机的端电压或磁场强度 也能改变电机车的速度 1 改变电动机的端电压 a 串联电阻法 电路内串联接人一个电阻 通过改变此电阻的数值来调节电动机的端电压 但是这个方法很不经济 因为在电阻器中将消耗大量的电能 所以电阻器实际上只能作为启动之用 而不应该用来调速 b 串并联法 改变两台牵引电动机的联接方式 串并联法 是一种经济的调速方法 但选种调速方法平滑性较差 因为矿用电机车对调速的要求不高 一般正常运行为并联 高速 过道岔及弯道时为串联 低速 两级速度基本上可以达到运输要求 c 可控硅脉冲调速法 在牵引电动机的电路中串联可控硅元件 利用可控硅断续供电改变电动机端电压的平均值 以达到调速的目的 2 改变电动机的磁场强度单电机小型矿用电机车采用这种方法 a 改变激磁绕组的匝数 为了改变激磁绕组的匝数 需要把激磁绕组分为两组 如图1 4a所示 当两组激磁绕组全部接入主电路时 磁场强度最大 电动机旋转速度最低 当只有一组激磁绕组接入主电路时 由于激磁绕组的匝数减少一部分 因此 磁场被削弱 电动机旋转速度增高 b 改变激磁绕组的接线 改变激磁绕组的连接方式 如图1 4b所示 串联时为满磁场 电动机旋转速度最低 激磁绕组并联时将削弱磁场 电动机旋转速度增高 这种方法的优点是经济性和平滑性好 但调速范围有一定的限制 四 电气制动矿用电机车的电气制动大多数是采用动力制动 或称能耗制动 其原理是根据牵引电动机在一定工作条件下可以转变为发电机运转的可逆性 当牵引电动机转变为发电机工作时 列车的动能转变为电能 这时 电流将转变为相反的方向 使电动机轴上产生制动力 在进行电气制动的过程中 将产生的电能直接消耗在电阻器上 动力制动的优点是不从电网吸取电能 线路比较简单 同时产生的机械冲击也不大 其缺点是制动过程中 电动机中有电流通过 因此电机绕组的温升要增大 故牵引电动机的功率比不用动力制动者增加15 20 此外 采用动力制动不能达到完全停车 还需使用闸瓦制动 要实现动力制动必须解决两个问题 一是制动前后串激磁场中的电流方向不能改变 否则会产生去磁作用而失去制动力 二是在制动时两台电动机均变成串激发电机 其负荷为同一个制动电阻器 相当于两台串激发电机并联运行 而串激发电机的并联运行是不稳定的 为了解决上述两个问题 必须采用两台电机的激磁绕阻交叉联接线路或交叉一桥式联接线路 目前ZK型架线式电机车的电气制动线路都是采用交叉一桥式联接线路 图1 1ZQ 21型牵引电动机特性曲线 自动开关是电机车主回路的电源总开关 又是电机车主回路的过负荷和短路的自动保护装置 见课本35页图2 24 自动开关由操作机构和衔铁机构两部分组成 操作机构有合闸及跳闸用的手动传动装置及静 动触头衔铁机构有过电流线圈 消弧线圈 衔铁装置 脱扣连锁等 自动开关的安全技术要求有 自动开关的整定值要按规定计算 不能随意选取 过小保证不了按规定牵引矿车数 过大起不到保护作用 会烧坏电动机 触点起始压力为90 140N 终压力为130 160N 间隙为8 10mm 压缩空气系统调压器 是电机车压缩空气系统的风电控制装置 压缩空气系统使用调压器进行自动控制 不但能保证控制制动系统安全可靠工作 还可节约电能 延长空气压缩机的使用寿命 电阻 是牵引电动机进行起动 调速和电气制动的重要装置 电阻一般采用带状电阻 带状电阻是用不同断面高电阻率的铜或铁铬镍合金带做成的螺旋状电阻 受电弓 是架线式电机车用以从架空导线获取电能的装置 受电弓由弓圈 接触件 绝缘棒 导线和导线连接螺栓组成 受电弓的滑动接触部分采用碳素滑板和铸铝滑板 碳素滑板是一种以石墨为主的多种材料加压 焙烧成形 它具有润滑 抗磨 导电性能好 抗电灼和使用寿命长等优点 铸铝板易受电火花灼伤和磨损 使用寿命短 故多使用前者 蓄电池组 是蓄电池电机车的电源装置 由许多个蓄电池组成 蓄电池组的主要技术特征是额定电压和额定容量 蓄电池的容量是 充足了电之后 以恒定电流 连续放电至端电压为极限电压时为止 其放电电流与放电时间的乘积 单位为A h 蓄电池的容量与放电电流有关 放电电流愈大 容量愈小 电机车的蓄电池一般以5h制 即放电时间为5小时 为额定标准 矿用蓄电池有一般型和防爆特殊型两种 矿用一般型没有防爆性能 防爆特殊型有防爆性能 防爆特殊型蓄电池的防爆性能 不是依靠采用隔爆外壳 而是在蓄电池本身和蓄电池箱内采用特殊措施 使蓄电池在正常和故障时不发生电弧或电火花 消除火源 并防止氢气在箱内聚集的办法 使蓄电池箱内不产生爆炸的因素 达到防爆目的 电控装置 是控制牵引电动机和电机车运行的重要设备 它的作用是操纵电机车前进或后退运行的方向 并控制电机车的起动 调速 停车及电气制动 按控制方式分为两种 一种是利用控制器进行控制的有触点的电控装置 另一种是利用晶闸管脉冲调速 或变频器 的无触点的电控装置 信号与通讯装置 是电机车运输系统的重要组成部分 信号与通讯装置齐全可靠 是列车安全运行的必备条件 电机车司机只有熟悉所行驶线路的所有信号与通讯装置的作用 掌握信号与通讯装置的使用方法和要求 严格按调度命令和信号指令行车 才能保证电机车有序 高效 安全地运行 1 电机车运输信号的种类电机车运输信号分为固定信号和移动信号两类 固定信号用灯光显示 灯光有红 黄 绿 蓝 3种 地面信号机固定在杆子上 井下信号机固定在巷道内 移动信号用旗语 鸣笛 响铃 口哨向司机 挂钩工或行人显示 地面运输 昼间用旗语 旗语可分为红 黄 蓝3种颜色 其显示方法与标准机车基本相同 夜间用灯光显示 灯光有红 黄 绿3种颜色 2 电机车运输信号的规定 1 灯光信号 专用色灯信号 红色 停车 黄色 注意或减低速度 绿 蓝 色 按规定速度行车 机车和列车尾部红灯是防止追尾信号 司机发现时要根据距离的大小采取减速行驶或紧急制动的方法 防止事故发生 矿灯代用的临时信号 左右摆动为开车 上下摆动为停车 急速的上下摆动为紧急停车 2 声响信号 司机开车前必须先鸣笛或响铃 两列车交会时 发现行车前方有行人或车辆时 司机应鸣笛或响铃 使用电铃或口哨时 一长声为停车 二短声为向前慢行 三短声为向后慢行 二长声为向前行 三长声为向后行 需要说明的是 各矿对灯光和音响信号使用方法的规定并不一定完全相同 所以在执行中仍要结合本单位的具体规定进行操作 一 架线电机车的供电系统矿井架线电机车的供电系统是指架线电机车牵引变流所和牵引网络 其主要由变流所 馈电线 架空线 轨道 回流线等组成 如图1 5 牵引变流所通过交流设备将交流电变成直流电 由馈电线经馈电点送至架空线 通过电机车的集电弓引入电机车电路和牵引电动机 经电机车车轮 轨道 回电点 回流线回到牵引变流所 构成完整的电流回路二 根据规定 电机车供电电压 采用交流电源时应不超过400V 采用直流电源时 应不超过600V 为了保证供电质量 运输线路较长的矿井往往采取分段供电 但要遵守下列原则 供电和分段系统应便于检修 并尽量缩小故障时的停电范围 保证经济合理的运行方式 满足电压降得要求 满足供电系统保护选择性和灵敏度的要求 与运输系统和生产系统的要求相配合 架空线应采用分段绝缘器和分段开关 分段开关的距离不得超过500m 架线在结构上分段 在电气上不分段 必要时 平行双轨线路接触线之间应进行绝缘分段 当一条线路发生故障时 要保证另一条线路能正常行车 平行两接触线用一回馈电线供电时 应设电气连接 电气连接线之间的距离一般不大于150m 三 馈电线馈电线分两类 即电缆馈电线和架空馈电线 四 电机车的接触线1 接触线的结构 接触线是一种特制的带有沟槽的 既导电 耐磨又方便架设的专用线 按材质分为铝合金线 钢铝电车线与铜线三种 2 架空线的悬挂方式 硬性悬挂 弹性悬挂和链型悬挂三种 3 架空线的悬挂高度 1 井下主要运输巷道 调车场以及人行道同运输巷道交叉的地方 不小于2m 在不行人的巷道内为1 9m 2 在井底车场内 从井底道乘车场不小于2 2m 3 在地面或工业场地内 不同其它道路交叉的地方 不小于2 2m 4 架空线的挠度架空线的绕行原则上越小越好 通常规定不大于横吊线间距的4 1000 其数值不大于50mm 为了减小架空线的挠度 架空线悬挂点间的距离不能太大 并要绝缘良好 根据规定 滑触线悬挂点的间距 在直线段内不超过5m 在曲线段内不超过3m 滑触线线夹两侧的横拉线 须用瓷瓶绝缘 线夹与瓷瓶的距离不超过0 2m 线夹与巷道顶板或支架横梁间的距离不小于0 2m 滑触线与管线外缘的距离不小于0 2m 滑触线与金属管线交叉处 需用绝缘物隔开 5 电车线架空