Text
                    А. Ф. МИХАЙЛОВ, Л. А. ЧАСТОЕДОВ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Утверждено Главным управлением учебными заведениями МПС в качестве учебника для техникумов железнодорожного транспорта
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» t980
УДК 656 •>''> : G'2I 31 1 (5
Михайлов А. Ф., Частоедов Л А. Электроснабжение устройств автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта. — М.; Транспорт, 1980.— 240 с.
В книге приведены основные сведения об источниках электрической энергии и различных видах электротехнического оборудования, применяемого для электропитания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.
Описаны современные электропитающие установки, обеспечивающие бесперебойное питание аппаратуры автоблокировки, электрической и диспетчерской централизации, даны методы расчета отдельных питающих устройств.
Книга является учебником для учащихся техникумов железнодорожного транспорта.
Ил. 206, табл. 17.
Книгу написали:
А. Ф. Михайлов — § 17-20 раздела I, § 51 —57 раздела III, раздел IV
Л. А. Частоедов — введение, раздел I, кроме § 17—20, раздел II, раздел III, кроме § 51—57.
..	31802-137 ,
М ~049(0Т)-80 137-80. 3602040000
© Издательство «Транспорт», 1980
ОТ АВТОРОВ
Для электропитания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики применяются выпрямители, полупроводниковые преобразователи, химические источники электрической энергии (аккумуляторы и первичные элементы), дизель-электрические агрегаты и т. д. Все это оборудование входит в состав электропитающих установок, обеспечивающих аппаратуру автоматики и телемеханики электроэнергией при заданных величинах напряжений и токов.
Основным требованием, предъявляемым к электропитающим установкам железнодорожной автоматики и телемеханики является обеспечение бесперебойного питания аппаратуры. Электропитающие установки должны быть максимально автоматизированы, требовать минимальных затрат на эксплуатацию, обладать достаточно высокими к. п. д. и коэффициентом мощности.
Ускоренное развитие электрификации страны создает благоприятные условия для дальнейшего развития автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, а также и соответствующих систем электропитания.
До 1917 г. устройства сигнализации на железных дорогах нашей страны были очень простыми, а устройств автоматики и телемеханики не было совсем. Для электропитания устройств сигнализации в то время использовались гальванические элементы.
После Великой Октябрьской социалистической революции началось быстрое развитие устройств автоматики и телемеханики. На транспорте внедряется автоматическая и полуавтоматическая блокировка, электрическая и диспетчерская централизация, автоматизируются и механизируются сортировочные горки. Такое техническое оборудование требует более совершенных способов электропитания, в результате чего на транспорте стали применять полупроводниковые выпрямительные устройства, аккумуляторы, полупроводниковые преобразователи, дизель-электрические агрегаты.
В настоящее время на транспорте проводится дальнейшее совершенствование систем электропитания устройств автоматики и телемеханики, в котором можно отметить следующие главные направления: уменьшение количества аккумуляторных батарей в электропитающих установках и снижение их емкости, внедрение аппаратуры и оборудования с использованием полупроводниковых приборов и средств автоматизации, повышение к. п. д. и коэффициента мощности электропитающих установок.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ТРАНСФОРМАТОРЫ
ГЛАВА I
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
$ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И ТРАНСФОРМАТОРОВ
В УСТРОЙСТВАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Электрические машины, применяемые в системах железнодорожной автоматики и телемеханики, делятся на генераторы, электродвигатели и преобразователи
Электрические генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую и применяются для питания различных приемников.
Электрические двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую, приводят в действие различные механизмы и машины.
В настоящее время электростанции вырабатывают и передают потребителям переменный ток частотой 50 Гц. Для его преобразования в постоянный или переменный ток другой частоты могут быть использованы установки, называемые двигатель-генераторами Эти установки состоят из двигателя переменного тока и генератора постоянного тока (или генератора переменною тока другой частоты), соединенных друг с другом механически
Находят применение и одноякорные преобразователи, в которых электродвигатель и генератор совмещаются в одной машине.
Для изменения напряжения переменного тока используют трансформаторы Они не имеют вращающихся частей Однако в принципе их действия и устройстве есть много общего с вращающимися электрическими машинами
Электродвигатели постоянного тока и трехфазные асинхронные электродвигатели устанавливаются в электроприводах, предназначенных для перевода централизованных стрелок на железнодорожных станциях, однофазные асинхронные электродвигатели — в кодовых путевых трансмиттерах, применяемых в устройствах автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации. Синхронные генераторы трехфазного переменного тока используются в дизель-генераторных установках на резервных электростанциях, питающих устройствах автоматики и телемеханики при перерыве основного энергоснабжения.
На участках железных дорог с электрической тягой переменного тока промышленной частоты для питания рельсовых цепей необходим 4
переменный ток частотой 75 Гц. Его получают с помощью двигатель-генераторов. В действующих электропитающих установках автоматики и телемеханики находят применение одноякорные преобразователи, преобразующие постоянный ток аккумуляторных батарей в переменный, который используется для питания контрольных цепей стрелок в аварийном режиме. Для питания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики широко используются специальные трансформаторы: путевые, сигнальные, релейные, линейные и силовые.
$ 1. НОМИНАЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И НОМИНАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Преобразование энергии в электрических машинах неизбежно связано с ее потерями, которые переходят, в конечном счете, в тепло. В результате этого машины нагреваются, их температура становится выше температуры окружающей среды После включения в работу температура машины плавно увеличивается и достигает установившегося значения через некоторое время, которое зависит от мощности машины, температуры окружающей среды, условий охлаждения. Температурный режим машины влияет на надежность ее работы, срок службы. Чрезмерное повышение температуры приводит к нарушению диэлектрической прочности изоляции и к сокращению срока службы отдельных частей. Поэтому для каждой машины устанавливается допустимая температура ее нагревания. Этой температуре соответствует определенная полезная мощность, на которую рассчитана и механическая прочность машины. Полезная мощность Рн, на которую рассчитана электрическая машина, называется номинальной. Все другие величины, которые характеризуют работу машины при этой мощности, также называются номинальными. К ним относятся номинальное напряжение Ua, ток /н, частота вращения пн> к. п. д. т]н и некоторые дополнительные данные. Машины переменного тока характеризуются также частотой /н и коэффициентом мощности cos <рн- Основные номинальные величины указываются на щитке, который прикреплен к станине машины.
В устройствах автоматики и телемеханики электрические машины работают в разных режимах. Различают три основных номинальных режима работы.
Продолжительный номинальный режим — режим работы электрической машины при постоянной номинальной нагрузке и неизменной температуре окружающей среды, продолжающийся столько времени, что температура электрической машины достигает установившегося значения.
Кратковременный номинальный режим работы — режим, при котором периоды постоянной номинальной нагрузки при неизменной температуре окружающей среды чередуются с периодами отключения машины, при этом температура машины не достигает установившегося Значения в периоды включения и снижается до температуры окружающей среды в периоды отключения.
5
Повторно-кратковременный номинальный режим — режим, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки при постоянной температуре окружающей среды регулярно чередуются с кратковременными периодами отключения машины, при этом все части машины за время работы не успевают нагреться до установившейся температуры, а при отключениях — охладиться до температуры окружающей среды.
Повторно-кратковременный номинальный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ). Она равна отношению продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла, т. е. к суммарной продолжительности рабочего периода и паузы.
ГЛАВА II
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 3. ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Работа генератора постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Это явление заключается в том, что в проводнике, который при движении в магнитном поле пересекает его силовые линии, наводится электродвижущая сила. Направление наведенной э. д. с. определяется правилом правой руки.
Процесс преобразования механической энергии в электрическую поясним на простейшей машине постоянного тока (рис. 1, а). На поверхности стального якоря уложен виток изолированного провода абвг. Концы витка присоединены к двум медным полукольцам (пластинам) 1 и 2, которые закреплены на валу якоря и изолированы друг от друга. Пластины 1 и 2 образуют простейший коллектор машины. На коллектор опираются неподвижные щетки А и Б, к которым подключен приемник энергии сопротивлением г. От северного полюса генератора N к южному полюсу S через воздушные зазоры и стальной якорь замыкается постоянный магнитный поток Ф. При равномерном вращении якоря стороны витка аб и вг пересекают магнитные силовые линии, поэтому в них индуцируются э. д. с. ег и е2, изменяющиеся по синусоидальному закону.
По такому же закону изменяется полная э. д. с. витка абвг
е = ег А- е2 = Ет sin ы/.
Э. д. с. становится максимальной, когда проводники аб и вг находятся под серединами полюсов, и принимает нулевое значение, когда эти же проводники попадают на нейтральную плоскость, где они не пересекают магнитных силовых линий поля.
Ясно, что в двухполюсной машине одному обороту якоря в магнитном поле соответствует полный цикл изменения э. д. с. (рис. 2, а). Причем за первую половину оборота, когда э. д. с. в имеет положитель-6
Рис. 1. Простейший генератор постоянного тока
Рис. 2. Временные диаграммы э. д. c.t напряжения- и тока генератора
ный знак, щетка А касается первой пластины коллектора, а щетка Б — второй пластины (см. рис. 1, а). За вторую половину оборота при отрицательном знаке э. д. с. е щетка А касается второй пластины коллектора, а щетка Б — первой пластины (см. рис. 1, б). Переключение каждой щетки с одной пластины на другую происходит в момент прохождения витка через нейтральную плоскость, когда э. д. с. витка равна нулю. Таким образом, за счет вращения якоря в постоянном магнитном поле в витке абвг получают синусоидальную э. д. с.
Чтобы от данной машины получить постоянные напряжение и ток, в ее конструкцию внесен коллектор (коммутатор), предназначенный для выпрямления тока. Рассмотрим подробнее работу этой части генератора. Определим полярность на щетках А и Б за обе половины оборота якоря. Пользуясь правилом правой руки, легко установить, что за первую половину оборота (см. рис. 1, а) э. д. с. направлена от точки а к точке б, а э. д. с. е2 — от точки в к точке г. Обе э. д. с. в замкнутом контуре направлены по ходу стрелки часов и создают ток г, направленный от коллекторной пластины 1 через щетку А, приемник энергии г к щетке Б и коллекторной пластине 2. Следовательно, пластина коллектора 1 и щетка А, от которых ток отводится во внешнюю цепь, имеют положительный потенциал, а пластина коллектора 2 и щетка Б, через которые ток обратно поступает в генератор, — отрицательный. На рис. 1, б показано положение якоря для момента времени второй половины оборота якоря, когда э. д. с. е имеет отрицательный знак. Полярность на пластинах коллектора здесь противоположна полярности, указанной на рис. 1, а. Пластина коллектора 1 имеет отрицательный потенциал. Такой же потенциал имеет щетка Б, соприкасающаяся с этой пластиной. Пластина коллектора 2 имеет положительный потенциал, который передается щетке А.
Нетрудно заметить, что полярность на щетках А и Б и направление тока i во внешней цепи не меняются за обе половины оборота якоря генератора. Щетка А все время имеет положительный потенциал, а щетка Б — отрицательный. Объясняется это тем, что при смене полярности происходит переключение коллекторных пластин. Щетка А касается то одной, то другой пластины коллектора в те промежутки 7
Рис. 3. Кольцевой якорь генератора постоянного тока
времени, когда они имеют положительный потенциал. При обратной полярности эти же пластины касаются щетки Б. На рис. 2, б представлены графики выпрямленного напряжения и и тока i рассмотренного генератора. Большое изменение величины (пульсация) полученного тока не позволяет использовать его для работы многих приемников электроэнергии.
Для уменьшения пульсации выпрямленного тока увеличивают число витков обмотки якоря и количество пластин коллектора. Действие многопластинчатого коллектора покажем на примере кольцевого якоря (рис. 3, а), имеющего форму кольца. На якорь спиралью наложена обмотка. В данном случае обмотка состоит из шести витков и соединяется с коллектором, имеющим шесть коллекторных пластин. Первый виток обмотки якоря содержит проводники /—второй — 2—2', а последний — шестой —6—6'. Проводник 6' последнего витка соединяется с проводником 1 первого витка. Поэтому обмотка якоря замкнута. Проводники витков /, 2, 3,..., 6, расположенные на внешней цилиндрической поверхности кольцевого якоря, пронизываются магнитным потоком генератора Ф. Они являются активной частью витков. При вращении якоря в них возникают э. д. с. ех — е9. Направление э. д. с. и тока в якоре, найденное по правилу правой руки, показано на рис. 3, а. Проводники обмотки якоря Г, 2', 3’, .... 6', расположенные на внутренней полости сердечника якоря, не пронизываются магнитным потоком полюсов. Поэтому в них, как и в боковых частях витков, э. д. с. не возникают.
На рис. 3, б показана развернутая схема рассматриваемой обмотки якоря. Из этой схемы видно, что обмотка якоря между щетками А и Б разбивается на две параллельные ветви по три витка в каждой. Результирующая э. д. с. между щетками равна сумме э. д. с., возникающих в витках одной параллельной ветви, т. с.
е =	+ е2 4"
На рис. 3, в представлены графики э. д. с. еъ ег и е3, сдвинутые по фазе на 60°, и кривая результирующей э. д. с. е с уменьшенной пульсацией. При достаточно большом числе витков э. д. с. между щетками 8
генератора и соответственно ток, проходящий по внешнему участку цепи, будут практически постоянными по величине. Так, при наличии в коллекторе 40 пластин колебание полученного напряжения от его среднего значения составляет лишь 0,16%. Ниже будет показано, что машина постоянного тока может работать не только в режиме генератора, но и в режиме электродвигателя, преобразуя электрическую энергию в механическую.
$ 4. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Машина постоянного тока состоит из статора, якоря, двух подшипниковых щитов и щеточного устройства. Рассмотрим конструкцию перечисленных деталей.
Статор служит для создания в машине постоянного магнитного потока и состоит из станины / (рис. 4) с ярмом 2, на котором укрепляются основные 3 и добавочные 4 полюса. Каждый основной полюо состоит из сердечника, изготовленного из листовой электротехнической стали и катушки 5, выполненной медным изолированным проводом. Катушки всех основных полюсов соединены друг с другом последовательно и образуют одну обмотку возбуждения. Ток обмотки возбуждения Iв намагничивает сердечники полюсов, возбуждает в машине основной магнитный поток Ф, который проходит по сердечникам ос-
новных полюсов, якорю, через воздушные зазоры и ярмо статора Для снижения сопротивления магнитной цепи станину машины
делают из чугуна или стали, а сердечники полюсов и якоря — из листовой электротехнической стали. Отдельные листы изолируют друг от друга тонким слоем лака или окиси, образующейся на поверхности стали при ее термической обработке. Благодаря такому устройству
уменьшаются вихревые токи, возникающие в сердечниках при работе машины. Сердечники основных полюсов со стороны, обращенной к якорю, имеют полюсные наконечники. За счет большего поперечного
сечения они обеспечивают нужное распределение магнитной индукции
в воздушном зазоре, уменьшают общее сопротивление магнитной цепи.
Дополнительные полюса устанавливаются по линиям раздела основных (главных) полюсов и состоят из сердечника и катушки 6. Сердечники дополнительных полюсов значительно уже главных и изготовляются из сплошной или листовой электротехнической стали. Закрепленные на них катушки, соединенные последовательно, образуют обмотку дополнительных полюсов.
Якорь машины постоянного тока состоит из сердечника / (рис. 5) с обмоткой 5 и коллектора 6, которые крепятся на общем стальном валу 3.
Рис. 4. Статор машины постоя»* ного тока
9
Рис. 6. Коллектор
Рис. 5. Якорь машины постоянного тока
Для охлаждения якоря на валу машины устанавливается также вентилятор 4. В современных машинах применяются барабанные якоря, обмотки которых располагаются только на внешней поверхности сердечника. При такой конструкции каждый виток обмотки якоря имеет две активные стороны вместо одной в кольцевом якоре.
Сердечник барабанного якоря, являясь участком магнитной цепи, выполняется из штампованных листов электротехнической стали 7 (см. рис. 5). Отдельные листы собирают на направляющей шпонке вала и спрессовывают при помощи нажимных шайб. На поверхности такого сердечника образуются пазы, в которых размещают обмотку из медного изолированного провода. Для крепления обмотки якоря применяют деревянные клинья или бандажи из стальных проволок 2. Обмотка якоря электрически соединяется с коллектором 6.
Коллектор служит для выпрямления переменной э. д. с. обмотки якоря. Он состоит из клиновидных медных пластин I (рис. 6), которые изолируются от закрепленной на валу втулки 3 и друг от друга при помощи миканитовой изоляции 2. Коллекторные пластины закрепляются на валу нажимной шайбой 5 и гайкой 4. После сборки коллектор обтачивают и шлифуют.
Щеточное устройство соединяет якорь машины с внешней цепью. Оно состоит из щеточной траверсы, нескольких щеткодержателей и щеток. Щеточная траверса крепится к одному из подшипниковых щитов. На траверсе устанавливаются щеточные пальцы, изолированные друг от друга и корпуса машины. На каждом пальце хомутиком 3 (рис. 7) крепится щеткодержатель. Щетка 1 прижимается к коллектору пружиной 2. В электрических машинах постоянного тока применяют угольные, графитовые и меднографитовые или бронзографитовые щетки,
имеющие
различное
Рис. 7.
со
Щеткодержатель щеткой
сечение в зависимости от величины тока. Все щеткодержатели одного знака соединяются между собой сборными шинами, а последние — с зажимами изолирующего щигка.
Зажимы обмоток на щитке обозначаются: Яг и Д2 — обмотка якоря; Шг и Ш2— параллельная (шунтовая) обмотва возбуждения; и С2 — последователь ная (сериесная) обмотка возбуждения: Д1 и Д2 — обмотка добавочных полюсов.
to
§ 5.	ПОНЯТИЕ ОБ ОБМОТКАХ ЯКОРЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Существует несколько типов обмоток якоря машин постоянного тока. Основными из них являются петлевая (параллельная) и волновая (последовательная). Любая обмотка состоит из секций, уложенных в пазах якоря по определенным правилам.
Секцией называется часть обмотки якоря, расположенная между двумя коллекторными пластинами, следующими одна за другой при обходе обмотки. Секция может состоять из нескольких витков. На рис. 8 показана трехвитковая секция петлевой обмотки.
Все стороны секции обмотки барабанного якоря размещаются на его внешней поверхности (рис. 9), пронизываемой магнитным потоком полюсов. В заводских условиях секции необходимой формы изготовляются на специальных шаблонах, изолируются и укладываются готовыми в пазы якоря машины. Существенно важным является выбор ширины секции. Каждый виток секции должен конструироваться так, чтобы э. д. с., индуцируемые в его активных сторонах, всегда действовали согласованно, т. е. складывались. Это увеличивает результирующую э. д. с. каждой секции и всей обмотки якоря. Для выполнения этого условия ширина секции должна быть равна полюсному делению т, т. е. расстоянию (по окружности якоря) между серединами соседних главных полюсов. На рис. 10 показана одновитковая секция обмотки якоря в развернутом виде. Активная сторона аб этой секции находится под серединой полюса V, а активная сторона вг — под серединой полюса S. Пользуясь правилом правой руки, легко определить направление э. д. с. ej и е2, действующих в контуре витка согласованно. При движении рассматриваемой секции э. д. с. ег и е2 одновременно уменьшаются и становятся равными нулю, когда стороны аб и вг попадают на нейтральную плоскость, а затем изменяют направление, когда сторона аб попадает под южный полюс, а сторона вг — под северный.
Рассмотрим построение и особенности петлевой и волновой обмоток. Любые обмотки якоря выполняют так, чтобы секции с одинаково направленными э. д. с. соединялись последовательно. Нетрудно понять, что начальные стороны таких секций должны быть расположены под полюсами одной полярности. Выполнение этого требования в многополюсной машине осуществляется по-разному. В петлевой обмотке начальные стороны последовательно соединенных секций находятся под одним полюсом, а в волновой — под разными полюсами, но той же полярности. Принципиальная схема петлевой обмотки представлена на рис. 11, а волновой обмотки — на рис. 12.
Рис. 8. Секция обмотки якоря
Рис. 9 Расположение сторон секций обмотки барабанного якоря
11
Рис. II. Принципиальная схема петлевой обмотки
Рис. 12.
Принципиальная схема волновой обмотки
Рис. 10. Одновнтковая секция обмотки якоря
Различают следующие шаги обмотки, определяющие порядок расположения и соединения ее секций:
—	первичный шаг, равный расстоянию между начальной и конечной сторонами секции;
—	вторичный шаг, равный расстоянию между конечной стороной одной секции и начальной стороной следующей секции;
у — результирующий шаг, равный расстоянию между начальными сторонами следующих друг за другом секций;
уи — шаг по, коллектору, равный числу изоляционных прокладок между коллекторными пластинами, к которым присоединена секция.
В петлевой обмотке (см. рис. 11) первичный шаг делается в одну сторону, а вторичный — в другую. Поэтому результирующий шаг У = У1 ~ У*
В волновой обмотке (см. рис. 12) первичный и вторичный шаги направлены в одну сторону, а результирующий шаг у — ух 4- у2. Шаг по коллектору в обоих обмотках ук — у.
Обмотки якоря между разноименными щетками машины разбиваются на параллельные ветви. В простой петлевой обмотке число параллельных ветвей равно числу полюсов. Поэтому такую обмотку называют параллельной. Волновая обмотка независимо от числа полюсов содержит только две параллельные ветви. При этом возрастает количество секций, соединенных в каждой ветви последовательно. Поэтому волновую обмотку называют последовательной.
В замкнутом контуре обмотки якоря э. д. с. одной параллельной ветви уравновешиваются э. д. с. другой параллельной ветви. Следовательно, при отключенной нагрузке по обмотке якоря ток не проходит. При подключении нагрузки ток во внешней цепи равен сумме токов отдельных ветвей, а напряжение на зажимах машины — напряжению одной параллельной ветви.
Э. д. с. машины постоянного тока определяется по формуле
Е = СФп,
где С—постоянный для данной машины коэффициент;
Ф — магнитный поток полюсов;
п — частота вращения вала первичного двигателя.
12
§ 6. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Ранее указывалось, что в машине постоянного тока кроме главных устанавливаются дополнительные полюса. Для того чтобы понять назначение и действие этих полюсов, необходимо изучить явление реакции якоря, возникающее в генераторах и электродвигателях постоянного тока. При нагрузке генератора в обмотке якоря появляется ток. Сердечник якоря при этом намагничивается и становится источником дополнительного магнитного потока — потока якоря Фя. Поток якоря накладывается на поток основных полюсов Ф. В результате изменяется результирующее поле, появляется ряд нежелательных явлений, ухудшающих работу электрической машины.
Влияние магнитного потока якоря на поток полюсов при нагрузке называется реакцией якоря. Для уяснения действия реакции якоря воспользуемся методом наложения. На рис. 13 изображено магнитное поле в генераторе при отключенной нагрузке, когда по обмотке якоря ток не проходит. Перпендикулярно потоку  основных полюсов через ось якоря проходит геометрическая нейтраль ГН, на которой установлены щетки. На рис. 14-отдельным представлено поле якоря. Направление магнитных линий этого поля легко определить по правилу буравчика. При указанном направлении вращения якоря токи в активных проводах обмотки, расположенных выше нейтрали ГН, направлены от наблюдателя за плоскость чертежа, а ниже нейтрали — в противоположную сторону. Из рассмотрения рис. 14 видно, что ось магнитного поля якоря перпендикулярна оси поля основных полюсов. На рис. 15 представлена картина совмещенного поля, когда имеется ток в обмотке возбуждения и в обмотке якоря.
Поясним распределение магнитной индукции результирующего поля под полюсными наконечниками. Сначала рассмотрим область под набегающими краями полюсов (см. рис. 13 и 14). В данном случае она расположена под левым краем северного и правым краем южного полюсных наконечников. Нетрудно заметить, что в этой области магнитные линии основных полюсов и якоря направлены в разные стороны. Поэтому здесь происходит ослабление результирующего поля,
Рис. 13. Магнитное
иоле полюсов
Рис. 14. Магнитное
поле якоря
Рис. 15. Результирующее магнитное поле
13
т. е. снижение магнитной индукции. В противоположной части, т. е. под сбегающими краями полюсных наконечников магнитные линии основных полюсов и якоря имеют одинаковое направление. Поэтому магнитная индукция поля в этой области увеличивается.
Таким образом, магнитная индукция результирующего поля оказывается перераспределенной, а ось результирующего потока — повернутой относительно оси полюсов у — у па угол р. На этот же угол повернется и нейтральная плоскость (см. рис. 15), которую в данном случае называют физической нейтралью ФН. В результате этого между щетками и вращающимся коллектором усиливается искрение, нагреваются и преждевременно выходят из строя щетки. Необходимо отметить, что под действием реакции якоря не только меняется направление результирующего магнитного потока, но и снижается его величина. Последнее можно объяснить следующим образом. Под набегающими краями полюсов магнитный поток Ф основных полюсов уменьшается полем якоря на величину ДФр Под сбегающими краями полюсов этот же поток увеличивается на величину ДФ2. Так как магнитная цепь машины достаточно насыщена, то сбегающие края полюсов подмагничиваются незначительно и ДФ2 < ДФР Поэтому результирующий магнитный поток
Фрез = Ф — ДФ^ ДФ2 <СФ.
Уменьшение магнитного потока снижает э. д. с. и напряжение ге-
нераторов постоянного тока, ухудшает работу подключенных к ним приемников энергии. Для уменьшения размагничивающего действия якоря на нейтральной плоскости устанавливают дополнительные полюса. Дополнительные полюса (рис. 16) создают поток Фдп, равный по величине потоку якоря Фя, направленный ему навстречу. При этих условиях потоки Фдп и Фя уравновешивают друг друга и в машине действует только магнитный поток Ф основных полюсов. Магнитный
поток якоря зависит от тока якоря, равного току нагрузки I. Ясно,
что с увеличением нагрузки поток Фя якоря увеличивается, а с умень-
шением нагрузки — уменьшается. Таким же образом должен изменяться и поток Фдп дополнительных полюсов. Такая автоматическая
компенсация потоков Фя и Ф
Рис. 16. Дополнительные полюсы генератора
Дп осуществляется благодаря последовательному соединению обмотки дополнительных полюсов и обмотки якоря, тщательному расчету магнитной цепи машины.
В двигателях постоянного тока в результате реакции якоря происходит смещение результирующего магнитного потока и физической нейтрали в направлении, противоположном вращению якоря. Поэтому при том же направлении вращения якоря дополнительные полюса двигателя должны иметь поляр-
ность, противоположную полярности дополнительных полюсов генератора.
14
Из рис. 16 видно, что внутреннее сопротивление генератора складывается из сопротивления обмотки якоря и обмотки дополнительных полюсов. Чтобы снизить внутреннее падение напряжения, необходимо снизить внутреннее сопротивление генератора. Поэтому обмотки якоря и дополнительных полюсов имеют очень малое сопротивление.
§ 7.	КОММУТАЦИЯ ТОКА
В процессе вращения якоря каждая секция его обмотки включается то в одну, то в другую параллельную ветвь. Такое переключение происходит, когда стороны секции находятся на нейтрали машины. Совокупность всех явлений, имеющих место при переключении секции из одной параллельной ветви обмотки в другую, называется коммутацией, а время, в течение которого происходит этот процесс, периодом коммутации.
Сущность коммутационного процесса в упрощенном виде поясним при помощи рис. 17, 18 и 19. На них показаны секции /, II, III обмотки якоря, часть пластин коллектора и щетка 1Ц, к которой от приемника энергии поступает ток /. До коммутации первой секции (см. рис. 17) щетка Щ касается пластины I коллектора. Ток / из внешней цепи, пройдя щетку и первую коллекторную пластину, разветвляется. Одна половина его идет в верхнюю ветвь обмотки (по секциям I, III и другим), а другая — в нижнюю ветвь обмотки (по секции II и другим). После окончания процесса коммутации первой секции (см. рис. 19) щетка Щ касается второй пластины коллектора. Ток I по-прежнему делится на две равные части. Однако в секции I, которая переключалась в нижнюю параллельную ветвь, ток //2 изменил направление. На рис. 17 он направлен против часовой стрелки, а на рис. 19 — по часовой стрелке. Следовательно, за время, равное периоду коммутации, ток в секции изменяется с Z/2 до —//2. На рис. 18 показано положение щетки Щ в середине периода коммутации. Изоляционная прослойка между коллекторными пластинами 1 и 2 находится посередине щетки, ток внешней цепи I делится между параллельными ветвями обмотки поровну, секция I замкнута щеткой Щ накоротко.
Рис. 17. Положение секции до коммутации
J—Направ-Jленив дВи-
-1 жения коЛ' Ш,] I лектора.
Рис. 18. Положение секции в Рис. 19. Положение середине периода коммутации секции после коммутации
15
Изменение тока в короткозамкнутой секции от 1/2 до —1/2 приводит к появлению в ней э. д. с. самоиндукции ер, называемой в данном случае реактивной э. д. с.
Направление реактивной э. д. с. согласно правилу Ленца совпадает с направлением тока 1/2 в рассматриваемой секции / до начала коммутации. Под действием реактивной э. д. с. ер в короткозамкнутой секции (см. рис. 18) возникает добавочный ток 1К, который складывается с основным током под сбегающим краем щеток и вычитается под набегающим. Это приводит к соответствующему изменению плотности тока под щеткой.
Увеличенная плотность тока под сбегающим краем щетки вызывает перегрев его и искрение, что может привести к порче коллектора, щеток и машины в целом. Особенно опасен для машины круговой огонь по коллектору. Эго мощная электрическая дуга между разноименными щетками, возникающая при большой величине реактивной э. Д. с. ер. Для того чтобы улучшить коммутацию тока, нужно устранить или ограничить добавочный ток коммутации
где гн — сопротивление цепи, по которой идет ток
В этом случае ток I будет проходить равномерно по всей поверхности щетки и искрение на коллекторе прекратится. Для улучшения коммутации применяют следующие способы:
1)	щетки сдвигают с нейтрали таким образом, чтобы э. д. с. ек, возникающая в короткозамкнутой секции от внешнего поля, была равна по величине э. д. с. ер, но направлена ей навстречу. Тогда
Для этого в генераторах щетки следует сдвигать за геометрическую нейтраль по направлению вращения якоря, а в двигателях — против вращения якоря. Этот способ можно применять только при постоянной нагрузке, когда физическая нейтраль занимает определенное положение;
2)	в машинах устанавливают дополнительные полюса, которые, как и щетки, располагают по линии геометрической нейтрали. Магнитное поле добавочных полюсов не только компенсирует поле якоря, но и наводит э. д. с. ек в короткозамкнутой секции обмотки якоря. Благодаря последовательному соединению обмотки якоря и обмотки дополнительных полюсов увеличение нагрузки приводит к автоматическому увеличению э. д. с. ер и ек, компенсирующих одна другую. В настоящее время все машины постоянного тока снабжают дополнительными полюсами;
3)	увеличивают переходное сопротивление гк за счет применения щеток соответствующих марок Твердые угольные щетки создают большее переходное сопротивление, чем мягкие, и применяются в машинах высокого напряжения. В машинах меньшего напряжения применяют мягкие медно-графитовые и бронзо-графитовые щетки. На величину гк оказывает влияние нажатие на щетку, скорость по окружности коллектора, состояние коллектора и щеток.
16
§ 8.	ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Для создания в генераторах магнитного поля служат электромагниты, которые возбуждаются током постороннего источника или током той же машины. В первом случае машина называется генератором с независимым возбуждением, а во втором — с самовозбуждением, В зависимости от способа включения обмотки возбуждения генераторы с самовозбуждением делятся на генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
В генераторах последовательного возбуждения обмотка якоря, обмотка возбуждения и внешняя цепь соединяются одна с другой последовательно и через них проходит ток одинаковой величины. Э. д. с. такого генератора зависит от тока нагрузки. С увеличением тока нагрузки усиливается магнитное поле электромагнитов, а вместе с тем и э. д. с. генератора. Из-за резкого изменения напряжения генераторы последовательного возбуждения не пригодны для питания большинства потребителей.
Генератор независимого возбуждения. Обмотка возбуждения ОВ (рис. 20), регулировочный реостат РР и амперметр А подключают к аккумуляторной батарее Б или другому внешнему источнику постоянного тока.
К обмотке якоря Д подключены приемники энергии г, амперметр А1 и вольтметр V для контроля за величинами тока и напряжения.
Перед пуском генератора отключают приемники электроэнергии и полностью включают сопротивление регулировочного реостата РР. Запустив первичный двигатель, устанавливают номинальную скорость его вращения и медленно уменьшают сопротивление регулировочного реостата до тех пор, пока вольтметр V не покажет номинального напряжения. После этого постепенно включают нагрузку, одновременно уменьшая сопротивление регулировочного реостата РР, чтобы сохранить номинальное напряжение, так как по мере загрузки генератора оно несколько уменьшается. Во время работы генератора нужно следить за тем, чтобы ток нагрузки не превышал номинальной величины. Выключение генератора производится в последовательности, обратной его пуску.
В условиях эксплуатации важно знать основные характеристики генератора, выражающие зависимость одних переменных величин от других.
Характеристика холостого хода (рис. 21, а) выражает зависимость э. д. с. генератора Е от тока в обмотке возбуждения /в при постоянной частоте вращения генератора и выключениой нагрузке, т. е. Е — f (/в) при п — const и I = 0.
Рис. 20. Схема генератора независимого возбуждения
17
Рис. 21. Характеристики генератора независимого возбуждения
При разомкнутой цепи возбуждения (/в = 0) в обмотке якоря ин дуцируется небольшая э. д. с. (10—15 В), обусловленная остаточным магнетизмом сердечников полюсов машины. С возрастанием тока возбуждения будут увеличиваться магнитное поле и э. д. с. генератора Затем произойдет перегиб кривой вследствие насыщения сердечников полюсов машины. При уменьшении тока возбуждения магнитное пол л и э. д. с. генератора будут уменьшаться по кривой, лежащей несколько выше восходящей, за счет гистерезиса. Таким образом, характеристика холостого хода зависит от магнитных качеств машины. Обычно точка А, соответствующая номинальной э. д. с. Ен, берется на перегибе кривой. Если бы она лежала на прямолинейном участке характеристики^ напряжение генератора сильно изменялось бы с изменением нагрузки, а работа за перегибом, где э. д. с. мало зависит от тока возбуждения, ограничивала бы возможность регулирования напряжения.
Внешняя характеристика (рис. 2Ь, б) выражает зависимость напряжения генератора (7 от тока нагрузки / при постоянной частоте вращения якоря и неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U — f (/) при п = const и rB = const. Для снятия внешней характеристики нужно установить номинальную частоту вращения первичного двигателя и номинальное напряжение при номинальном токе в цепи якоря. После этого следует постепенно уменьшать ток нагрузки до нуля, оставляя постоянными частоту вращения и сопротивление цепи возбуждения. Характеристику строя г по показаниям приборов. При уменьшении нагрузки генератора снижается падение напряжения на якоре 1ягп и соответственно растет напряжение в генераторе U — Е — —1ягяао значения U = Uo. По внешней характеристике определяют напряжение генератора при различных нагрузках.
Изменение напряжения ДО/ = 7^100% для генераторов не-зависимого возбуждения составляет 5—10%.
Регулировочная характеристика /в = f (/) при п = const и U -= const изображена на рис. 21, з. Характеристику снимают так же; как и внешнюю, но при этом напряжение генератора поддерживают по-
J
Т Г	у_ Рис. 22 Схема генератора па-
раллельного возбуждения
18
стоянным. Для этого следует уменьшать ток возбуждения /в приуменьшении нагрузки и увеличивать его с увеличением последней. Регулировочная характеристика показывает, каким должен быть ток возбуждения при различных нагрузках генератора, чтобы его напря
жение осталось неизменным.	Рис. 23. Внешние характеристи-
Генератор параллельного возбуж- ки генераторов параллельного и
дения. Схема генератора параллельно- независимого возбуждения го возбуждения (рис. 22) отличается
от схемы генератора независимого возбуждения тем, что цепь возбуждения подключена не к батарее аккумуляторов, а к зажимам якоря. В обмотку возбуждения ОВ, имеющую значительное сопротивление, ответвляется небольшая часть общего тока (1—3% номинальной величины). При пуске генератора витки обмотки якоря сначала пере-
секают силовые линии остаточного магнитного поля полюсов машины. Вследствие этого в обмотке якоря возбуждается небольшая э. д. с. (10—15 В), образующая слабый ток в обмотке возбуждения. Этот ток в свою очередь усиливает магнитное поле полюсов, т. е. число пересекаемых силовых линий. Таким образом, до определенного значения увеличивается э. д. с. машины, а вслед за ней и величина тока возбуждения.
Самовозбуждение машины может происходить в случае, если магнитный поток, созданный током возбуждения, совпадает с потоком остаточного магнетизма. Если генератор не самовозбуждается, следует остановить первичный двигатель и, переключив выводы обмотки возбужден ! I генератора, изменить направление тока возбуждения. При утере остаточного магнетизма обмотку возбуждения следует кратковременно подключить к постороннему источнику постоянного тока.
Характеристики генератора параллельного возбуждения снимаются так же, как и генератора независимого возбуждения. На рис. 23 для сравнения представлены внешние характеристики генераторов параллельного возбуждения (кривая 1) и независимого возбуждения (кривая 2). С увеличением тока нагрузки I напряжение U генератора параллельного возбуждения снижается больше, чем генератора независимого возбуждения. Это объясняется тем, что ток возбуждения генератора параллельного возбуждения
/в = и/гв
уменьшается при увеличении нагрузки пропорционально напряжению U, тогда как у генератора независимого возбуждения /в = const.
Рис, 24. Схема генератора смешанного возбуждения
1»

U
Рис 25 Внешняя характеристика генератора смешанного возбуждения
Если увеличивать нагрузку на генератор независимого возбуждения, то его ток будет непрерывно расти й при коротком замыкании (г = 0; U= 0) достигнет недопустимо большой величины.
В генераторе параллельного возбуждения ток нагрузки / = U/r будет увеличиваться только до критического значения /нр = (2-?2,5) /н. Когда машина выйдет из режима магнитного насыщения, ее напряжение U будет снижаться быстрее, чем сопротивление нагрузки г, и ток I начнет падать.
При коротком замыкании напряжение U и ток возбуждения /в -=*= 1//гв будут равны нулю. Поэтому в обмотке якоря наведется незначительная э. д. с. Еост только за счет остаточного магнетизма и ток короткого замыкания /к 3 — £otT/rn будет меньше номинального тока.
Генераторы параллельного возбуждения получили широкое распространение, так как они не требуют специального источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения.
Генератор смешанного возбуждения. Генератор смешанного возбуждения (рис. 24) имеет две обмотки возбуждения: главную параллельную ОБЩ и дополнительную последовательную ОВС. Для правильного действия генератора токи в обмотках должны иметь одинаковое направление. Чтобы снизить потерю напряжения в последовательной обмотке возбуждения, ее изготовляют из небольшого числа витков провода большого сечения. В отличие от других генераторов постоянного тока напряжение генератора смешанного возбуждения при изменении тока нагрузки от нуля до номинальной величины остается почти без изменения (рис. 25). Это объясняется тем, что с увеличением нагрузки увеличиваются ток якоря, магнитный поток последовательной обмотки возбуждения и э. д. с. генератора Е — КФп. В результате автоматически будет скомпенсировано влияние внутреннего падения напряжения на величину внешнего напряжения генератора.
ГЛАВА III
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 9.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Принцип действия. Рассмотрим работу машины постоянного тока в режиме двигателя. Действие двигателя основано на явлении взаимодействия проводника, по которому течет ток, с магнитным полем. Обмотки якоря и возбуждения машины постоянного тока присоединим к сети с постоянным напряжением U (рис. 26). В этих обмотках появятся токи 1В и причем ток возбуждения создает магнитный поток Ф. Проводники обмотки якоря с током /я будут взаимодейст-20
вовать с магнитным потоком Ф. В результате появятся электромагнитные силы F, создающие вращающий момент М, и якорь придет во вращение. Направление сил F определяется по правилу левой руки.
Электромагнитный момент М прямо пропорционален току /я обмотки якоря и магнитному потоку Ф полюсов, т. е.
М = СМ/„Ф,
где С„ — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции машины.
Таким образом, электрическая машина постоянного тока может быть использована как генератор или двигатель в зависимости от того, какой вид энергии (механическая или электрическая) к ней подводится. При вращении якоря двигателя в его обмотке индуктируется э. д. с. Е — КФп. Пользуясь правилом правой руки, легко установить, что э. д. с. в обмотке якоря двигателя направлена навстречу току, а следовательно, навстречу напряжению источника U. Поэтому ток в обмотке якоря
/я = ((/— £)/гя,
где U — напряжение, подводимое к обмотке якоря;
гя — сопротивление обмотки якоря.
Рабочий процесс двигателя протекает следующим образом. При постоянной нагрузке тормозной момент на валу уравновешивается вращающим и двигатель имеет постоянную скорость. С увеличением нагрузки, т. е. тормозного момента, скорость двигателя начнет падать В результате этого будет снижаться противо-э. д. с. £ и увеличиваться ток в обмотке якоря до тех пор, пока вращающий момент не станет равным тормозному. После этого до нового изменения нагрузки установится равномерное движение якоря двигателя.
В зависимости от способа соединения обмотки якоря и обмотки возбуждения различают двигатели параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Пуск в ход и направление вращения якоря. В момент пуска якорь двигателя находится в покое и противо-э д. с. в нем не возникает. В результате этого по обмотке якоря проходит ток /я = 67гя, который в 10—15 раз больше номинального тока двигателя. Такой большой ток может повредить двигатель, резко снизить напряжение питающей сети. Поэтому пусковой ток двигателя снижают. Для уменьшения
Рис 26.
Принцип работы электродвигателя постоянного тока
Рис. 27. Схема включения электродвигателя
21
пускового тока последовательно с обмоткой якоря включают пусковой реостат ПР (рис. 27). При полностью введенном сопротивлении этого реостата пусковой ток
гя + гор ограничивается до полутора-двукратного значения номинального тока двигателя. По мере нарастания скорости сопротивление пускового реостата постепенно уменьшают и доводят до нуля, когда двигатель разовьет полную скорость (противо-э. д. с. достигнет наибольшей величины).
Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременное включение, поэтому во избежание перегрева и порчи их нельзя длительно включать в цепь якоря. Направление вращения якоря двигателя определяется по правилу левой руки. На рис. 28, а якорь вращаегся против часовой стрелки. Если изменить направление тока в обмотке якоря (рис. 28, б) или обмотке возбуждения (рис. 28, в), то направление вращения двигателя изменится на противоположное. При одновременном изменении направления тока в обмотке якоря и обмогке возбуждения .(рис. 28, г) направление вращения двигателя останется прежним.
При синусоидальном напряжении на зажимах коллекторного двигателя смена полярности приведет к одновременному изменению направления тока в обмотке возбуждения и обмотке якоря. Поэтому за оба полу периода вращающий момент двигателя будет направлен в одну сторону. Таким образом, один и тот же коллекторный двигатель может работать как от постоянного, так и от переменного гока.
Регулирование частоты вращения двигателей. Прогиво-э. д. с. в обмотке якоря электродвигателя
Е = КФп, а ток , U—E
Следовательно, частота вращения якоря двигателя
„  Е  U — Ig гя КФ кФ •
В соответствии с этой формулой регулирование частоты вращения двигателей можно производить изменением: подводимого к двигателю
Рис. 28. Направление врашення двигателя
22
напряжения U\ сопротивления гя (реостатом в цепи якоря); магнитного потока Ф (реостатом в цепи возбуждения).
Наибольшее распространение получил более простой способ изменения магнитного потока, при котором регулировочный реостат РР включается последовательно с обмоткой возбуждения ОБ (рис. 29, а) или параллельно ей (рис. 29, б).
Увеличение сопротивления регули-
Рис. 29. Схемы включения регулировочного реостата
ровочного реостата в первом случае
влечет за собой уменьшение магнитного потока Ф и увеличение ча-
стоты вращения, а во втором — увеличение магнитного потока и уменьшение частоты вращения. Для того чтобы после включения двигателя частота вращения была наименьшей, необходимо до включения рубильника вывести регулировочный реостат в первом случае и полностью его ввести во втором.
§ 10.	ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Двигатель параллельного возбуждения. До включения рубильника Р (рис. 30) необходимо полностью ввести сопротивление пускового реостата ПР и вывести сопротивление регулировочного реостата РР. После включения в сеть якорь двигателя начнет вращаться. По мере увеличения частоты вращения сопротивление пускового реостата постепенно уменьшают.
Рабочие характеристики двигателя (рис. 31, а) выражают зависимость частоты вращения п, вращающего момента М, тока I и к. п. д. Л от развиваемой двигателем полезной мощности Р2 при неизменном напряжении сети. Частота вращения якоря двигателя
/2 —	! нгя
КФ
При постоянном напряжении U ток возбуждения двигателя остается без изменения, но магнитный поток с увеличением нагрузки несколько уменьшается из-за реакции якоря. С другой стороны, с увеличением нагрузки возрастает ток /я и внутреннее падение напряжения /ягя. Уменьшение магнитного потока увеличивает частоту вращения якоря, а увеличение падения напряжения в обмотке якоря
Рис. 30. Схема двигателя параллельного возбуждения
23
уменьшает ее. В исполненной машине обычно преобладает последняя причина, и частота вращения двигателя параллельного возбуждения с увеличением нагрузки от нуля до номинальной уменьшается на 5-10%.
Развиваемая двигателем полезная мощность
d _ М %пп
2 “	60	’
Отсюда вращающий момент
М —------ .
2лп
При постоянной частоте вращения двигателя п вращающий момент М был бы прямо пропорционален мощности Р2 и зависимость М = = f (Ра) имела бы вид прямой, проходящей через начало координат. В действительности частота вращения двигателя с увеличением на-
грузки несколько снижается, и машина имеет момент холостого хода /Йо- Следовательно, кривая М = f (Р2) несколько отклоняется от прямой вверх и начинается с ординаты Мо. Увеличение тока практически пропорционально полезной мощности двигателя Ра и график тока 1 = f (Р2) имеет вид прямой линии. К- п. д. двигателя с увеличением нагрузки быстро растет и достигает предельного значения (0,8— 0,9) при нагрузке, близкой к Рн/2, оставаясь в дальнейшем почти постоянным. Чтобы с увеличением нагрузки частота вращения двигателя была постоянной, следует уменьшить магнитный поток двигателя уменьшая ток возбуждения регулировочным реостатом.
Регулировочная характеристика выражает зависимость тока возбуждения Iв от тока якоря /я (рис. 31, б) при постоянном напряжении U и частоте вращения п, т. е. 7В = f (/п) при U = const и п = const. Эта характеристика показывает, как следует регулировать ток возбуждения, чтобы при различных нагрузках частота вращения двигателя оставалась неизменной.
Электродвигатели параллельного возбуждения применяют в тех случаях, когда при переменной нагрузке требуется постоянство частоты вращения и возможность ее плавной регулировки. Электродвигатель параллельного возбуждения типа СЛ-571К применяется в автоматических шлагбаумах,
Рис. 31. Характеристики двигателя параллельного возбуждения
ограждающих железнодорожные переезды со стороны автомобильных дорог. Такой двигатель имеет номинальную мощность 95 Вт при напряжении 24В и токе 7 А. Частота вращения якоря двигателя 2200 об/мин.
Двигатель последовательного возбуждения. Обмотка возбуждения ОВ, обмотка якоря Я и пуско-
24
Рис. 32, Схема двигателя последовательного возбуждения
OB
вой реостат ПР соединяются последовательно (рис. 32). Пуск двигателя последовательного возбуждения следует производить с нагрузкой, которая должна быть не менее 20—25% номинальной. Эта особенность двигателя вытекает из того, что ток возбуждения /в равен току якоря /я. При холостом ходе или малых нагрузках потребляемый ток незначителен, следовательно, незначителен и магнитный поток Ф, а частота вращения двигателя
_ U---Л1 (ГяН-Гв)
КФ
достигает опасной для него величины. Во избежание «разноса» при внезапной разгрузке для этих двигателей применяют зубчатую передачу или непосредственное соединение вала двигателя с рабочим механизмом.
Рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения представлены на рис. 33. Следует обратить внимание на две особенности этих характеристик:
1)	сильное снижение частоты вращения при увеличении нагрузки fl __	(ГЯ 4~ гв) .
КФ
2)	резкое увеличение вращающего момента при увеличении нагрузки
М = См7 ЯФ = См/ЯСМ1/я = Сы21я
В приведенной формуле Сиг — коэффициент пропорциональности магнитного потока и тока до насыщения стали, а
См2 = См См1-
Свойства двигателей последовательного возбуждения развивать большие вращающие моменты, приблизительно пропорциональные квадрату тока при малых частотах вращения якоря, и, наоборот, малые вращающие моменты при больших частотах вращения обуславливают их применение в подъемных механизмах, электровозах и тепловозах. Регулирование частоты вращения двигателя последователь-
25
ОВС________________
Рис. 35. Схема двигателя смешанного возбуждения
кого возбуждения обычно осуществляют регулировочным реостатом, включенным параллельно обмотке возбуждения.
Двигатели последовательного возбуждения устанавливаются в стрелочных электроприводах, предназначенных для дистанционного управления стрелками при электрической, диспетчерской и горочной централизациях.
В электроприводах применяются двухполюсные реверсивные двигатели постоянного тока типа МСП-0,25 мощностью 0,25 кВт при напряжении 30, 100 и 160 В. Для реверсирования двигатели имеют две обмотки возбуждения ОВг и ОВ2 (рис. 34). При включении первой обмотки якорь двигателя вращается в прямом направлении, при включении второй обмотки — в обратном направлении.
Двигатель смешанного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения (рис. 35) имеет две обмотки возбуждения: параллельную ОВШ и последовательную ОВС. Обмотки возбуждения, расположенные на одних полюсах, имеют токи одного или разных направлений.
В первом случае магнитный поток полюсов Ф = Фовс + Фовш, U— Д (гк +говс 1
а частота вращения п — 777Z----~-----Г •
А (фовс +фовш)
Машины такого типа обладают свойствами двигателей последова-. тельного возбуждения, но благодаря постоянному магнитному потоку параллельной обмотйи возбуждения они не подвергаются опасности «разноса» при малых нагрузках и холостом ходе, когда незначителен магнитный поток Фовс-
При встречном соединении обмоток возбуждения магнитный поток полюсов Ф = Фовш — Фовс. а частота вращения п = (гя +говс)
^(фовш~ фовс)
Двигатели такого типа обладают постоянной частотой вращения, так как при увеличении нагрузки усиливающийся магнитный поток вспомогательной последовательной обмотки. Фовс несколько размагничивает машину и компенсирует действие внутреннего падения напряжения /я (гя + гово).
$ 11. ПОТЕРИ И КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Подводимая к электрической машине энергия не полностью превращается в полезную: часть энергии теряется в самой машине, превращаясь в тепло. Чем больше энергии теряется в машине, тем больше 26
нагрев отдельных ее частей и ниже коэффициент поле того действия. Различают следующие виды потерь.
Потери в меди Рм возникают в результате прохождения тока по обмоткам машины. Мощность потерь в меди определяется по закону Джоуля-Ленца
Рм = 2/4
где/—ток, проходящий по обмотке машины;
г — сопротивление обмотки
Для снижения этих потерь уменьшают сопротивление тех обмоток машины, по которым проходит ток значительной величины. К таким обмоткам относятся обмотка якоря, последовательная обмотка возбуждения, обмотка дополнительных полюсов. Для уменьшения тока, потребляемого параллельной обмоткой возбуждения, ее сопротивление увеличивают (выполняют проводом малого сечения с большим количеством витков).
Потери в стали Рст возникают в результате перемагничивания якоря машины (потери на гистерезис) и появления в нем вихревых токов. Для уменьшения этих потерь якорь набирают из тонких листов мягкой стали.
Потери на трение Ртр складываются из потерь от трения в подшипниках, трения щеток о коллектор и трения вращающихся частей о воздух. В современных машинах применяют шариковые или роликовые подшипники, в которых потери на трение составляют не более* 10% потерь в подшипниках скольжения.
Коэффициент полезного действия машины постоянного тока представляет собой отношение полезной мощности Р2 к подводимой Рг, т. е.
р	р
т) — ~ или р =	• 100%. Полезная мощность генератора. =>
Pt
= UI, где U — напряжение на зажимах генератора; / — ток, отдаваемый им в сеть.
Следовательно, его к. п. д.
П =	. Ю0% =
Р.
— • 100%. ip
2
Электрическая мощность двигателя Pi = UI, где U — подводимое напряжение; / — потребляемый двигателем ток.
В этом случае
т)=	. 100% =	—Рм-+Рст—• 100%.
На рис. 31 и 33 представлены кривые зависимости к. п. д. машин постоянного тока от нагрузки. Из кривых видно, что максимум к. п. д. (75—90%) соответствует нагрузке, равной 75—100% номинальной мощности машины. К. п. д. стрелочных электродвигателей составляет 65—75%.
27
ГЛАВА IV
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ
§ 12. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. В соответствии с системой переменного тока трансформатор может быть однофазным или трехфазным.
Простейший однофазный трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника / (рис. 36) и двух магнитно-связанных обмоток 2 и 3.
Обмотка 2, соединенная с источником электроэнергии, называется первичной. Все величины, относящиеся к этой обмотке, именуются первичными и обозначаются соответствующими буквами с индексом 1. Обмотка 3, соединенная с потребителем энергии Z, называется вторичной. При буквенном обозначении величин, относящихся к этой обмотке, ставится индекс 2. Под действием переменного напряжения Ult в первичной обмотке с числом витков возникает ток It. Намагничивающая сила первичного тока возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф — Фт sin cot. Этим потоком в первичной обмотке наводится э. д. с. самоиндукции Ei ~ ®=4,44Дг>1Фто, а во вторичной обмотке—э. д. с. взаимоиндукции Е2 — = 4,44/да2Фт. Поэтому на зажимах вторичной обмотки возникает переменное напряжение (72, а приемник энергии получает ток /2 = U2IZ2. Таким образом, со стороны вторичной обмотки трансформатор является источником электрической энергии, а со стороны первичной обмотки — потребителем этой энергии. Отношение действующих значении э. д. с., равное отношению чисел витков обмоток, называется коэффициентом трансформации
Рис 36. Принципиальная схема однофазного трансформатора
28
k == Et = 4’44|Fa)1 фт —	,
Е2 4,44/а>2Фт И1а
В трансформаторах, понижающих напряжение, w2 и коэффициент трансформации k > 1. В трансформаторах, повышающих напряжение, > wlt а коэффициент трансформации k < 1.
Обмотка трансформатора, которая рассчитана на большее напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН). Другая обмотка, на зажимах которой действует меньшее напряжение, называется обмоткой низшего напряжения (НН).
Преобразование электрической энергии в трансформаторе происходит с не-
Рис. 37. Расположение ответвлений на обмотках трансформатора
случаев обмотки
значительными потерями, и подводимая к трансформатору полная мощность = UJt приблизительно равна отдаваемой мощности S2 U2It. Поэтому с увеличением напряжения происходит соответствующее снижение тока /2. Таким образом, обмотка низшего напряжения должна иметь меиьшее количество витков и большее сечение соответственно большей величине проходящего по ней тока, а обмотка высшего напряжения — большее количество витков меньшего сечения. В ряде
трансформатора имеют несколько ответвлений (рис. 37). Это позволяет включать трансформатор в сеть с различным напряжением Ult а на приемнике получать различные напряжения U2 в зависимости от числа включенных в работу витков. Такие трансформаторы используются, например, в электрической централизации для питания ламп светофоров, маршрутных указателей, пульта-табло в различных режимах (дневном и ночном).
Основными частями трансформатора являются: сердечник, по которому замыкается магнитный поток; обмотки высшего и низшего напряжения; бак с маслом (если трансформатор имеет масляное охлаждение), выводные изоляторы.
Сердечник трансформатора для уменьшения нагрева от вихревых токов набирают из листов трансформаторной стали толщиной до 0,5 мм, которые изолируют один от другого тонкой бумагой, лаком или пленкой окиси.
По конструкции сердечника трансформаторы разделяются на стержневые, броневые, тороидальные и ленточные разрезные. Сердечник однофазного стержневого трансформатора имеет два стержня 4 (рис. 38), на которых размещаются обмотки, и два ярма 5, замыкающих магнитную цепь. Такие сердечники собираются обычно из Г-об-разных пластин. Каждую обмотку стержневого трансформатора размещают на двух стержнях магнитопровода. Обе половины одной и той же обмотки соединяют так, чтобы их намагничивающие силы складывались.
1 г з ч
Рис. 38. Сердечник и обмотки стержневого трансформатора:
1 — обмотка низшего напряжения; 2 —• изоляция, 3 — обмотка высшего напряжения; 4 ~ стержень сердечника;
t — ярмо
Рис 39 Броневой трансформатор:
] — ярмо, 2 — обмотка низшего напряжения; 3 — изоляция; 4 — обмотка высшего напряжения;
S — стержень сердечника
29
На каждый стержень сердечника надевают изоляционные гильзы. Ближе к стальному стержню размещают обмотку низшего напряжения 1 (см. рис. 38), так как ее легче изолировать от стержня 4. Обмотка высшего напряжения 3 отделяется от обмотки низшего напряжения изоляцией 2.
Сердечники броневых трансформаторов собираются из штампованных пластин Ш-образной формы и имеют три стержня (рис. 39). Обмотки трансформатора размещаются на среднем стержне 5. Магнитный поток из среднего стержня разветвляется на крайние стержни через ярмо /. В броневых трансформаторах по сравнению со стержневыми больше коэффициент электромагнитной связи между обмотками, меньше рассеивание магнитного потока в окружающую среду. Благодаря этому броневые трансформаторы имеют лучшие электрические характеристики, оказывают меньшее индуктивное влияние на расположенные вблизи электрические цепи. Тороидальные сердечники применяются у маломощных трансформаторов (рис. 40), чаще всего рассчитанных для работы на повышенных частотах. Они выполняются из стали специальных марок в виде пластин или лент толщиной от 0,2 до 0,08 мм. На рис. 41 показана конструкция Ш-образного ленточного сердечника и расположение на нем обмотки.
Обмотки трансформатора для уменьшения активного сопротивления выполняются из медного провода соответствующего сечения и обычно имеют цилиндрическую форму.
Для уменьшения потерь на рассеивание и лучшего отвода теплоты обмотки мощных трансформаторов выполняют в виде дисковых катушек, между которыми оставляют вентиляционные каналы. При дисковой системе катушки высшего напряжения и катушки низшего напряжения чередуются между собой. Трансформаторы небольшой мощности имеют естественное воздушное охлаждение. Такие трансформаторы называют сухими.
Трансформаторы значительной мощности, как правило, имеют масляное охлаждение. У этих трансформаторов сердечник с обмотками помещается в стальной бак с минеральным трансформаторным маслом, которое имеет высокие изоляционные свойства и хорошую теплопро-
Рис. 40. Тороидальный трансформатор
Рис. 41. Трансформатор с ленточным разрезным сердечником
30
водность. Слои масла от сердечника и обмоток перемещаются к стенкам бака и передают им тепло, которое рассеивается в воздух. Для увеличения поверхности охлаждения в мощных трансформаторах применяют трубчатые баки.
§ В. ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР
Рис. 42. Устройство трехфазного силового трансформатора
Трехфазный силовой трансформатор с масляным охлаждением (рис. 42) имеет сердечник 1 с обмотками 2, помещенный в трубчатый бак 3, заполненный минеральным маслом. На верхней крышке бака расположены выводы обмоток высшего 8 и низшего 9 напряжений, изолированные от крышки бака посредством проходных изоляторов. Заполнение бака минеральным маслом производится через кран 10. Пр„и необходимости масло можно слить из бака при помощи крана 4. Объем масла в баке трансформатора меняется во время его работы. С возрастанием нагрузки повышается температура обмоток и сердечника трансформатора, а значит и минерального масла. Масло при этом расширяется и его объем увеличивается. При уменьшении нагрузки температура и объем масла уменьшаются. Поэтому в некоторых трансформаторах бак заливают маслом не полностью; под его крышкой оставляют достаточное воздушное пространство для расширения масла.
Однако в таких трансформаторах масло плохо защищено от воздействия влажного воздуха, который проникает в бак из окружающей среды. По всей поверхности слои гигроскопичного масла окисляются кислородом воздуха и насыщаются влагой. В результате резко уменьшается электрическая прочность масла, сокращается срок его службы. Чтобы защитить масло от соприкосновения с воздухом, мощные трансформаторы снабжаются расширителем 6 (см. рис. 42). Это дополнительный резервуар в форме цилиндра, который соединяется с баком трансформатора трубопроводом. Масло заполняет весь бак и часть расширителя. Масло в расширителе имеет более низкую температуру, чем в бач ке, и соприкасается с воздухом меньшей поверхностью. Поэтому оно меньше
31
Рис. 43. Схема обмоток трехфазного трансформатора
окисляется и дольше сохраняет свои изоляционные свойства. Расширитель снабжается указателем уровня масла, грязеотстойником • с краном для удаления влаги и осадков и трубкой для всасывания и вытеснения воздуха.
При работе трансформатора внутри бака могут образоваться газы. Для предупреждения деформации бака от выделяющихся газов трансформаторы большой мощности снабжаются выхлопной трубой 7 и газовым реле 5. Выхлопная труба снабжается специальной мембраной. При большом скоплении газы вы
давливают ее и выходят наружу. Газовое реле автоматически отключает трансформатор от источника электроэнергии при значительном выделении газов.
На трехстержневом сердечнике трансформатора (рис. 43) размещаются обмотки высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений. Начала обмоток высшего напряжения обозначаются буквами А, В, С, концы — X, Y, Z Аналогично, но малыми буквами, обозначаются обмотки низшего напряжения: начала обмоток — а, Ь, с, концы — х, у, г.
На каждом стержне сердечника размещают обмотки высшего и низшего напряжений, принадлежащие одной фазе. Фазные обмотки одного напряжения соединяются звездой или треугольником. В соответствии с этим приняты следующие стандартные группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов: звезда/звезда с выведенной нулевой точкой (У/Уо-О); звезда/треугольник (у/Д-11); звезда с выведенной нулевой точкой/треугольник (Уо/Д-Н); треугольник/ звезда с выведенной нулевой точкой (Д/уо-11). Рассмотрим первую стандартную группу.
Электрическая схема соединения обмоток в этой группе представлена на рис. 44, а, а векторные диаграммы фазных и линейных напряжений — на рис. 44, б. Обмотки первой фазы А — X на — х наматываются в одном направлении. Поэтому напряжения (7д и (7а этих обмоток совпадают по фазе. По этой же причине совпадают по фазе напряжения (7в и (7В, а также напряжения Uq и t/c. При указанном
Рис. 44, Соединение обмоток по схеме Y/Y-0 и векторная диаграмма напряжений 32
соединении обмоток совпадут по фазе и соответствующие линейные напряжения: Uав и t/аь, ^во. и Ub0, Uca и UCA. Отсутствие углового смещения между одноименными линейными напряжениями обмоток высшего и низшего напряжения отражается в названии этой группы (нулевая).
Название группы зависит от угла сдвига фаз между указанными линейными напряжениями и определяется при помощи циферблата часов. Для этого минутную стрелку часов условно принимают за вектор высшего линейного напряжения и устанавливают на число 12. Часовую стрелку совмещают с вектором линейного низшего напряжения. На циферблате часов эта стрелка установится против числа, которое и определит группу трансформатора. В рассматриваемом способе соединения линейное высшее напряжение совпадает по фазе с линейным низшим напряжением. Поэтому часовая стрелка, как и минутная, установится против числа 12. Такая группа соединения обмоток называется нулевой (нуль часов). Во второй стандартной схеме (у/Л -11) первичные обмотки соединяются звездой, а вторичные треугольником (рис. 45, а). Фазные напряжения обмоток высшего напряжения совпадают по фазе с соответствующими фазными напряжениями обмоток низшего напряжения (рис. 45, б). Однако линейные напряжения этих обмоток окажутся сдвинутыми по фазе.
Вектор низшего линейного напряжения UаЬ образует с вектором высшего линейного напряжения Uдв угол 330°. Если минутную стрелку часов совместить с вектором напряжения t/AP и установить на число 12, то часовая стрелка, совмещенная с вектором напряжения [7аЬ, установится на числе 11. Следовательно, трансформатор с таким соединением обмоток относится к 11-й группе.
Из изложенного следует, что группа трансформатора выражает угловое смещение межд> линейными высшим и низшим напряжениями в условных единицах, равных 30°. В группе 0 это смещение равно 0°, в группе 11 —330°.
На щитке трехфазного трансформатора указывается: схема и группа соединения обмоток; номинальные высшее и низшее напряжения (В или кВ); номинальная полная мощность (В-А или кВ-А); линейные токи при номинальной мощности (А или кА); частота и способ охлаждения.
Рис 45 Соединение обмоток по схеме Y'A-ll и векторная диаграмма напряжений
2 Зак 1410	33
Если два трансформатора имеют одинаковые номинальные данные и одинаковую группу для увеличения тока, их можно включать на параллельную работу. Вторичные напряжения таких трансформаторов будут смещены относительно первичного напряжения на один и тот же угол. В результате этого вторичная э. д. с. одного трансформатора в любой момент времени будет равна вторичной э. д. с. другого. Если трансформаторы имеют разные группы, то их вторичные напряжения не будут совпадать по фазе. Так, если один трансформатор имеет группу О, а другой группу 11, их вторичные напряжения будут сдвинуты на угол 30°. При параллельном включении между такими трансформаторами возникнут уравнительные токи, которые разрушат их обмотки.
Трехфазные трансформаторы применяются на трансформаторных подстанциях, в мощных выпрямительных устройствах, питающих различную аппаратуру автоматики и телемеханики.
§ 14. ПОТЕРИ В ТРАНСФОРМАТОРЕ
Отдаваемая трансформатором мощность Р2 меньше подводимой Рг, так как часть ее теряется в трансформаторе при его работе. Потери в трансформаторе складываются из потерь в стали Рст и потерь в меди Рм. Коэффициент полезного действия трансформатора
Р2
----- -100%.
Р а + ^ст+^м
Для уменьшения потерь в стали на вихревые токи и гистерезис сердечники трансформаторов изготовляют из листовой трансформаторной стали, содержащей до 5% кремния.
Мощность потерь в меди обмоток зависит от нагрузки трансформатора и определяется по формуле
Рм = РК + Ifa-
Для снижения этих потерь уменьшают активные сопротивления обмоток гх и г2, увеличивая до определенного предела сечения медного обмоточного провода.
Потери в стали могут быть определены из опыта холостого хода трансформатора при номинальном первичном напряжении (рис. 46, а). При этом полезная мощность Р2 = 0, а потери в меди первичной обмотки ввиду малого тока можно не учитывать. Следовательно, ваттметр 1F покажет мощность Р,. та Рст.
Рис. 46. Схемы для определения потерь в стали и меди
34
Потери в меди определяют из опыта короткого замыкания (рис. 46, б), когда зажимы вторичной обмотки замкнуты накоротко, а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение (5—8% номинальной величины), при котором в обмотках устанавливаются номинальные токи.
Из-за малого напряжения магнитная индукция и потери в стали при этом опыте будут незначительны. В этом случае ваттметр W покажет мощность Рк « Рм
Рис. 47. Зависимость к. п. д. трансформатора от нагрузки
Коэффициент полезного действия трансформатора зависит от его нагрузки (рис. 47) и достигает 98—99%.
| 1S. АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ
В отличие от обычного трансформатора автотрансформатор вместо двух электрически изолированных обмоток имеет одну, подразделенную на две части.
В понижающем автотрансформаторе (рис. 48) к первичной обмотке с числом витков = Wab подводится напряжение Uv Вторичной обмоткой является часть первичной с числом витков со2 = wab-
В автотрансформаторе происходят те же процессы, что и в трансфор маторе. Под действием синусоидального напряжения (7г в первичной обмотке возникает переменный ток /х. Намагничивающая сила этого тока возбуждает в сердечнике переменный магнитный поток, который наводит в обмотках э. д. с. Ех и Е2. Напряжение вторичной обмотки иг пропорционально числу витков к>2. В понижающем авто трансформаторе w2 <шг. Поэтому напряжение U2 <Ult а ток /2> lj
Рассмотрим распределение токов в обмотках нагруженного авто трансформатора. По виткам w2 протекают два тока: первичный и вторичный /2. Эти токи, как и в обычном трансформаторе, сдвинуты на угол, практически равный 180°. Поэтому результирующий ток на уча стке АБ Iав = /2 — Л- Ток второго участка обмотки /вв =* /1 Ясно, что /дь < /ьв. Поэтому совмещенную часть обмоткй, т. е.
витки аудв выполняют проводом меньшего сечения. Благодаря этому автотрансформатор имеет меньшие размеры,
массу и стоимость, чем трансформатор с теми же номинальными данны-
ми. Эти достоинства автотрансформатора возрастают с уменьшением разности /2 — /1( т. е. по мере приближения коэффициента трансформации к единице.
Поэтому автотрансформаторы выгодно применять в тех случаях, когда требуется изменять напряжение в небольших пределах. Общий недостаток автотрансформаторов — электрическая связь обмоток высшего и низшего напряжений. Эта особенность не позволяет использовать автогранс-
Рис. 48. Схема автотрансформатора
2*
35
форматоры для преобразования очень высокого напряжения в низкое (например, 6000 В в 220 В). Наличие электрической связи обмоток в этом случае опасно для жизни лиц, работающих с автотрансформатором.
§ 16. ДРОССЕЛИ НАСЫЩЕНИЯ
Для автоматической регулировки напряжения в выпрямителях, предназначенных для электропитания диспетчерской, горочной й электрической централизаций, используются дроссели насыщения (ДН). Они представляют собой 'П-образный сердечник с двумя обмотками (рис. 49) На крайних стержнях размещается обмотка переменного тока состоящая из двух равных частей, обычно соединенных последовательно На среднем стержне находится обмотка подмагничивания (управляющая), подключаемая к источнику постоянного тока.
Обе части обмотки переменного гока соединяют таким образом, чтобы их переменные магнитные потоки Ф~, замыкаясь по среднему стержню, были направлены навстречу Благодаря этому они взаимно компенсируются и в обмотке подмагничивания не возникает переменная э. д. с.
Магнитный поток обмотки подмагничивания Ф_ разветвляется на две равные части и замыкается по крайним стержням. Следовательно, результирующий магнитный поток в крайних стержнях сердечника дросселя имеет две составляющие: постоянную, которая создается током обмотки подмагничивания и переменную, которая создается переменным током 1~.
Намагничивающая сила I выбирается с таким расчетом, чтобы при отсутствии тока подмагничивания крайние стержни дросселя находились в режиме насыщения. Поэтому при увеличении тока подмагничивания а следовательно, и потока Ф_ снижается переменный магнитный поток Ф~ в сердечнике дросселя. В результате уменьшается индуктивность L — w~ обмотки переменного тока и ее индук-
Рис. 49. Схема дросселя насы- Рис. 50. Конструкция и схема включения трех-щения	фазного дросселя насыщения
К сиювому трансформатору
36
тивное сопротивление xl = 2nfL. Наоборот, при уменьшении тока подмагничивания /_ индуктивное сопротивление xl обмотки переменного тока увеличивается. Таким образом, путем изменения тока подмагничивания /_ можно в достаточно широких пределах регулировать реактивное сопротивление дросселя насыщения xl.
Трехфазный дроссель насыщения (рис. 50) состоит из шести замкнутых сердечников с обмотками. Обмотки переменного тока 1 и 2 включаются в первую фазу, 3 и 4 — во вторую фазу, 5 и 6 — в третью фазу. Обмотка подмагничивания охватывает стержни всех сердечников и является общей для всех ipex фаз цепи.
ГЛАВА V
ТРАНСФОРМАТОРЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
§ 17. ПУТЕВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Для питания рельсовых цепей в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики широко применяются путевые трансформаторы типов: ПОБС — путевой однофазный с броневым сердечником сухой, т. е. с естественным воздушным охлаждением; ПТМ — путевой малогабаритный; ПТ-25 — путевой; ПРТ-25 — путевой релейный и ПТИ — путевой для импульсных рельсовых цепей.
Трансформаторы типа ПОБС предназначены для работы от сети переменного тока частотой 50 или 75 Гц. Трансформаторы типа ПТМ применяются для питания станционных рельсовых цепей переменного тока частотой 50 Гц. Трансформаторы типов ПТ и ПРТ работают от переменного тока частотой 25 и 50 Гц.
В эксплуатации находится несколько разновидностей трансформаторов ПОБС: ПОБС-2; ПОБС-2АУЗ; ПОБС-3; ПОБС-ЗАУЗ; ПОБС-5; ПОБС-5АУЗ. Все ранее выпускавшиеся трансформаторы типа ПОБС без буквы «А» имеют в основном одинаковое конструктивное устройство: смонтированы в металлическом кожухе, номинальное напряжение первичной обмотки всех типов трансформаторов НО или 220 В, мощность 300 В-А. У современных трансформаторов наименование типа трансформатора сохранено по-старому, но добавлены буквы «АУ» и цифра 3 (например, ПОБС-2АУЗ). 2 — порядковый номер типа; буква «А» означает видоизменение трансформатора; буква «У» — климатическое исполнение; цифра 3 — категорию размещения. Вновь разработанная конструкция трансформаторов принята для всех типов Одинаковой. Внешними стенками трансформатора в средней его частя является магнитопровод, а в нижней и верхней — специальные защитные кожуха, предохраняющие обмотку трансформатора от механических повреждений. Наверху трансформатора расположена контактная панель, которая крепится к стяжным болтам магнитопровода.
ЗУ
Рис. 51. Схема соединения обмоток трансформаторов ПОБС-2 и ПОБС-2АУЗ
Л0БС-г,П0БС-3,П0БС-3
П0БС-2А,П0БС-ЗА
О С^О О
12	3	4
♦
12	3	4
о о о о
ш
ООО у 7 2 3 J
Рис. 52. Расположение зажимов на контактной панели путевых трансформаторов ПОБС-2, ПОБС-5, ПОБС-2А и ПОБС-ЗА
о I о
О1 02 07 04
Л Щ
о? oz ci ог н
О1 02 03 Г
07 02 03
° _ °
Трансформаторы типов ПОБС-2АУЗ, ПОБС-ЗАУЗ и ПОБС-5АУЗ по объему примерно в 2 раза меньше и на 2,5 кг легче трансформаторов старой конструкции этого типа. Кроме того, современная конструкция трансформаторов отличается лучшим охлаждением магнитопровода и обмоток, к. п. д. новых трансформаторов при нагрузке от 55 до 300 Вт равен 90—95%, а старых 83—91 %.
Трансформаторы типов ПОБС-2 и ПОБС-2АУЗ применяются для питания рельсовых цепей переменного тока 50 Гц без дрос-сель-трансформаторов, а также для питания ламп группы светофоров.
Первичная обмотка / трансформаторов ПОБС-2 и ПОБС-2АУЗ (рис. 51) состоит из двух частей При последовательном соединении их трансформатор включается в сеть напряжением 220 В, а при параллельном— напряжением 110 В. Вторичные обмотки ПОБС-2 и ПОБС-2АУЗ со-
Рис. 53. Расположение контактов на клеммной панели и схема соединения обмоток трансформатора ПОБС-5АУЗ
5
©
©
7
0)
9
©
©
8
Рис. 54. Нумерация контактных выводов и схема соединения обмоток трансформатора ПТМ
38
стоят из двух секционированных обмоток // и III. Обмотка II содержит два промежуточных вывода, а обмотка III — один промежуточный вывод. При последовательном согласованном включении вторичных обмоток II и III индуцируемая в этих обмотках э. д. с. складывается. При встречном соединении обмоток индуцируемая э. д. с. в обмотке III имеет встречное направление и вычи-
тается из э. д. с., индуцируемой в обмотке II. Такое включение обмоток II и III позволяет при помощи перемычек получить 43 различных напряжения от 0,4 до 17,6 В у трансформатора ПОБС-2 и от 0,55 до 17,6 В у трансформатора ПОБС-2АУЗ.
Трансформаторы типов ПОБС-3 и ПОБС-ЗАУЗ отличаются от ПОБС-2 и ПОБС-2АУЗ только параметрами обмоток и применяются для питания кодовых рельсовых цепей переменного тока 50 Гц с путевыми дроссель-трансформаторами. Используя перемычки и комбинируя зажимы вторичцых обмоток, можно получить от этих трансформаторов 45 различных напряжений от 5,5 до 247,5 В.
Трансформатор типа ПОБС-5 применяется для питания рельсовых цепей частотой 75 Гц на участках с электротягой переменного тока. Вторичная обмотка секционирована и имеет семь выводов, что дает возможность получить напряжения от 5 до 55 В (5, 15, 25, 35, 45 и 55 В). Расположение зажимов на контактной панели путевых трансформаторов ПОБС-2, ПОБС-3, ПОБС-5, ПОБС-2АУЗ и ПОБС-ЗАУЗ показано на рис. 52. Трансформатор типа ПОБС-5АУЗ отличается от грансформатора ПОБС-5 вторичным напряжением и вторичной обмоткой, которая имеет 10 выводов (рис. 53). От трансформатора ПОБС-5АУЗ могут быть получены вторичные напряжения от 1,1 до 44 В.
Путевой трансформатор типа ПТМ предназначен для питания рельсовых цепей переменного тока частотой 50 Гц на участках с тепловозной тягой; мощность трансформатора 35 В-А. Первичная обмотка включается в сеть напряжением 220 В, а со вторичных обмоток, комбинируя выводы и перемычки, можно получить 24 различных напряжения от 0,3 до 7,35 В.
У трансформатора ПТМ-А мощностью 35 В*А со вторичной обмотки можно получить 24 напряжения от 0,33 до 8,1 В (рис. 54).
На участках дорог при электротяге переменного тока в рельсовых цепях частотой 25 Гц применяются путевые и релейные трансформаторы типов ПТ-25, ПТ-25 А УЗ и ПРТ-25, ПРТ-АУЗ (рис. 55). Трансформаторы типа ПТ используются в качестве питающего и кодового, а типа ПТР — в качестве изолирующего и согласовывающего.
трансформаторов ПРТ-АУЗ и ПТ-25АУЗ
39
Устанавливая перемычки и комбинируя зажимы вторичных обмоток от трансформатора ПРТ-25, можно получить 24 различных напряжения от 0,5 до 12 В. От трансформатора ПТ-25 также можно получить 24 различных напряжения от 2 до 48 В, каждое следующее напряжение отличается от предыдущего на 2 В. Номинальная мощность трансформатора ПРТ-25 и ПТ-25 — 60 В-А
От трансформатора ПТ-25АУЗ можно получись 24 различных напряжения от 2,5 до 60 В. От трансформатора ПРТ-АУЗ можно получить 24 различных напряжения от 0,5 до 12 В Номинальная мощность трансформаторов ПТ-25А и ПРТ-АУЗ — 65 В-А.
Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора для импульсных рельсовых цепей типа ПТИУЗ составляет 220 или 440 В. От трансформатора ПТИУЗ можно получить 32 различных напряжения v 0,4 до 11,2 В. Номинальная мощность его 80 В • А.
§ 18. СИГНАЛЬНЫЕ, РЕЛЕЙНЫЕ И
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
К сигнальным относятся трансформаторы типов СОБС-2, СОБС-2АУЗ, СОБС-ЗАУЗ, СТ-2, СТ-2А, СТ-3, CT-ЗА, СТ-4, СТ-5, СТ-6. Первичная обмотка всех трансформаторов, кроме СТ-2, СТ-2А, состоит из двух частей, а у трансформаторов СТ-4 и СТ-5 — из трех частей При соединении их параллельно трансформатор можно включить в сеть напряжением НО В, а при последовательном — напряжением 220 В, трансформаторы СТ-4 и СТ-5 имеют промежуточные выводы первичной обмотки соответственно на первичное напряжение 195 и 185 В.
Трансформаторы СОБС-2 и СОБС-2АУЗ (сигнальный однофазный бронированный сухой) применяются для питания светофорных ламп и местных цепей автоблокировки. Номинальная мощность трансформатора СОБС-2 — 40 В-A, СОБС-2АУЗ— 135 В-A. Вторичная обмотка трансформатора СОБС-2 состоит из двух отдельных обмоток с пятью выводами, позволяющими путем соответствующих включений получить семь различных напряжений от 10 до 16 В.
Трансформатор типа СОБС-2АУЗ отличается от трансформатора СОБС-2 вторичным напряжением и обмотками. Две основные вторичные обмотки II и III транс-
© ©
7 Л	2	3	пт
©	©	©	©
1	г	1	г
© © ©у
1	г	тг	3
©	©	7	©	©
2	3
форматора СОБС-2АУЗ (рис. 56) с равным числом витков одинаковы между собой по напряжению и току; две другие секционированные обмотки IV и V рассчитаны на двойной ток по сравнению с ними. Наличие двух пар обмоток позволяет питать от них
Рис. 56. Клеммная панель и схема соединения обмогок трансформатора СОБС-2АУЗ
две электрические разобщенные нагрузки или пи-
40
Рис. 57. Схемы соединения обмоток сигнальных трансформаторов типа СТ
тать нагрузку с вдвое большим током, соединяя параллельно обмот-чи II и III и последовательно с ними обмотки IV и V, а также полунить повышенное вторичное напряжение при последовательном соеди-тении всех четырех обмоток.
От обмоток II и IV трансформатора СОБС;2АУЗ при раздельном питании двух нагрузок можно получить напряжение 20 В, регулируемое от 2 до 20 В; от обмоток III и V — 18 В, регулируемое от 2 до 4 и от 10 до 18 В; при параллельном соединении обмоток II и III и последовательно с ними обмоток IV и V — напряжение 24 В, регулируемое от 1 до 24 В; при последовательном соединении всех обмоток — напряжение 38 В.
Сигнальные трансформаторы СТ-2, СТ-2А, СТ-3, СТ-4, СТ-5 и СТ-6 применяются в схемах питания светофорных ламп при центральном питании. Напряжение на первичной обмотке у трансформаторов СТ-2, СТ-2А 165 В; напряжение, снимаемое со вторичной обмотки, у трансформатора СТ-2 12 и 13 В, а у СТ-2А 10—13 В (рис. 57, а). Номинальная мощность каждого трансформатора 25 В-А.
Сигнальный трансформатор CT-ЗА (рис. 57, б) используется для питания ламп стрелочных указателей. Первичная обмотка этого трансформатора состоит из двух частей. Вторичная обмотка трансформатора секционирована и позволяет снять четыре напряжения— 11, 12, 13 и 14 В. Номинальная мощность трансформатора 13 В-А. Трансформатор CT-ЗА отличается от трансформатора СТ-3 меньшими габаритами и массой.
В целях более широкого использования сигнальных трансформаторов в устройствах СЦБ разработаны новые, экономичные их типы СТ-4, СТ-5 (рис. 57, в) и СТ-6 (рис. 57, г). Трансформатор типа СТ-4 выполнен на напряжение 110, 195 и 220 В. Он имеет секционированную вторичную обмотку, с которой можно получить напряжение от 11,3 до 13,9 В. Мощность трансформатора 16 В-A. Трансформатор типа СТ-5 рассчитан на первичные напряжения ПО, 185 и 220 В. Со вторичной его обмотки можно получить напряжения от 11,8 до 14,6 В. Мощность трансформатора СТ-5 25 В-А.
41
Рис. 58 Схема соединения обмоток и нумерация контактных выводов трансформатора СОБС-ЗАУЗ
	40 е О .о 30 20	70 3 0 30
94
Напряжение первичной обмотки трансформатора СТ-6 110 и 220 В. Трансформатор имеет две вторичные обмотки, с которых можно получить при номинальной нагрузке напряжения от 11,8 до 14,5 В; мощность трансформатора 40 В-А.
Сигнальный трансформатор СОБС-ЗАУЗ (рис. 58) предназначен для питания ламп светофоров в устройствах сигнализации, центра* лизации и блокировки метрополитена Трансформатор СОБС-ЗАУЗ имеет одну первичную обмотку на номинальное напряжение ПО В частотой 50 Гц.
Вторичная обмотка состоит из двух отдельных обмоток с семью выводами, позволяющими путем соответствующих включений получить при номинальной нагрузке напряжения от 5,7 до 82,6 В; мощность трансформатора 50 В-А
К релейным относятся трансформаторы типов РТ-2, РТ-3 и РТЭ-1, РТЭ-1А, мощностью соответственно 0,48; 0,5 и 0,8 В-А. Трансформаторы типов РТ-2 и РТ-3 устанавливаются в рельсовых цепях непрерывного переменного тока на участках с тепловозной тягой, а трансформаторы РТЭ-1 и РТЭ-1А — в рельсовых цепях на участках с электрической тягой на постоянном токе.
Первичная обмотка трансформатора РТЭ-1 А (рис. 59) имеет некоторые особенности включения. При подведении первичного напряжения 0,9 В и нагрузке на вторичной стороне 9000 Ом вторичное напряжение должно быть 85 ±4,25 В при условии разъединенных между собой первичных обмоток, в одной из которых циркулирует сигнальный переменный ток не более 2,5 А, а в другой — подмагничивающий постоянный ток 10 А.
При уменьшении тока в первичной обмотке до 0,35 А напряжение на вторичной обмотке не должно превышать 15 В без подмагничивающего тока.
Рис 59. Схема соединения обмоток трансформатора РТЭ-1А
42
Рис 60 Трансформатор типа СК.Т-1 и схема соединения его обмоток
Напряжения, снимаемые с вторичных обмоток трансформаторов: РГ-2 —85 В; РТ-3—11,5 В; РТЭ-1 — 85 В.
Трансформатор типа СКТ-1 (однофазный с естественным охлаждением) применяется в пусковых стрелочных блоках ПС-110 и ПС-220 для питания контрольной цепи двухпроводной схемы управления стрелочным электроприводом.
Первичная обмотка трансформатора СКТ-1 (рис. 60) состоит из двух частей, при соединении их параллельно трансформатор включается в сеть напряжением ПО В, а при последовательном — напряжением 220 В. Напряжение вторичной обмотки (выводы //г//4) при последовательном соединении (перемычка Н2-Н3) при нагрузке 165 В ± ±5%; мощность трансформатора 12 В-А.
§ 19. ЛИНЕЙНЫЕ И СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Линейный трансформатор типа ОМ (однофазный с масляным охлаждением) служит для понижения напряжения высоковольтной линии автоблокировки с 6 или 10 кВ до напряжения 230 или 115 В. Он предназначен для наружной установки в пунктах питания устройств железнодорожной автоматики
Номинальная мощность трансформаторов типа ОМ, выпущенных до 1972 г., составляет 0,3; 0,66; 1,2; 4 и 10 кВ-А. Трансформатор типа ОМ (рис. 61, а) состоит из корпуса /, крышки 2, выводов высокого напряжения 3, выводов низкого напряжения 4, верхней пробки 5, скобы для крепления 6, болта для подключения заземления 7, пробки для спуска масла 8.
Вторичная обмотка трансформатора ОМ (рис. 61, б) секционирована и имеет пять выводов alt аг, xlt х2, х3, которые позволяют получить номинальное напряжение на низкой стороне при напряжениях в высоковольтной линии в пределах +5 и —15% номинального высокого напряжения.
В высоковольтную линию автоблокировки трансформатор ОМ включают так, чтобы каждая из трех фаз линии была нагружена примерно одинаково. Практически трансформатор включают в крайние провода, расположенные на траверсах, но поскольку через каждые
Рис, 61, Общий вид и схема включения обмоток трансформатора типа ОМ
43
60t
Обмотка быпиго
. напряжения
'Лг 9Х _
'5
Обмотка низшего
напряжения

№
1
Рис. 62 Внешний вид и схема включения обмоток трансформаторов типов ОМ-4 и ОМ-10
3 км места расположения проводов при скрещении меняются, то включение их в каждую фазу чередуется.
У более мощных трансформаторов ОМ-4 и ОМ-10 обмотки секционированы (рис. 62). На вторичной обмотке трансформаторов мож но получить два напряжения — 230 и 400 В.
В отдельных случаях при больших нагрузках используются трансформаторы типа ОМС (однофазный, силовой, с масляным охлаждением) Выпускаются два типа трансформаторов — ОМС-5/Ю и ОМС-Ю/10 Обмотка низкого напряжения трансформаторов этого типа состоит ич двух секций напряжением 230 В каждая, что позволяет при параллель ном включении секций снимать 230 В, а при последовательном — 460 В.
С 1972 г. изготовляются трансформаторы ОМ мощностью 0,63 и 1,25 кВ -А. Напряжение первичной обмотки у трансформаторов этого типа 6 или 10 кВ. Трансформаторы являются однофазными двухобмоточными с естественным масляным охлаждением и представляют собой герметизированную конструкцию; они снабжаются пробивными предохранителями напряжением 700—800 В. Номинальная частота питающей сети 50 Гц. Трансформаторы- изготовляют с обмоткой низ щего напряжения 230 или 115 В.
Новые трансформаторы типа ОМ (рис. 63) изготовляются взамен трансформаторов ОМ-0,66/6, ОМ-1,2/6, ОМ-0,66/10 и ОМ-1,2/10. По
600
Рис, 63. Внешний вид и схема соединения обмоток трансформатор* тип* ОМ
44
(.равнению с трансформаторами старой конструкции они имеют лучшие изоляционные характеристики, меньшие потери, меньшую массу и габариты.
На участках железных дорог при электротяге на переменном токе промышленной частоты для питания сигнальных установок и линейных потребителей применяются комплексные трансформаторные подстанции (КТП) с двумя трансформаторами типа ЗНОМ-35-65У1 (заземляемый, трансформатор напряжения, однофазный, естественная циркуляция воздуха и масла, климатическое исполнение У, категория размещения 1). До 1970 г. выпускались трансформаторы типа 3 НОМ-35-54.
Трансформатор ЗНОМ-35-65У1 имеет три обмотки — одну первичную и две вторичных — основную и дополнительную. Напряжение первичной обмотки 27 500 В, основной вторичной— 100 В, дополнительной вторичной — 127 В; предельная мощность трансформатора 1000 В-А. При последовательном соединении вторичных обмоток их напряжение холостого хода будет равно 227 В и мощность 2 кВ-А.
Трансформаторы ЗНОМ-35-65У1 (рис. 64) заполняются трансформаторным маслом. Средний срок службы трансформатора до списания не менее 25 лет.
При питании устройств электрической централизации малых стан-
ций от высоковольтных линий автоблокировки применяют понижающие силовые трансформаторы типа 1М (рис. 65) на напряжение 6 и 10 кВ и номинальную мощность 20, 30 и 50 кВ-А; на вторичной
обмотке этих трансформаторов можно получить два напряжения — 230 и 400 В. Для лучшего отвода тепла между слоями обмоток, а так-
же между обмотками ВН и НН имеется система масляных каналов.
Для питания устройств электрической централизации больших и средних станций в качестве изолирующих трансформаторов используется трансформатор типа ТС — трехфазный сухой с естественным охлаждением для внутренней установки. Трансформатор имеет первичную и вторичную обмотки (рис. 66, а). Первичная обмотка может включаться в сеть 220, 380 или 500 В (рис. 66, б). При подводимом напряжении 380 В первичная обмотка включается по схеме звезда (зажимы X, Y, Z со-
ОЗногта. НН
Рис. 65. Внешний вид и схема включения обмоток трансформатора типа ТМ
Рис. 64. Внешний вид трансформатора 3HOM-35-65VI
45
Рис. 66. Схема включения обмоток трансформатора типа ТС
единяются между собой), а при напряжении 220 В — по схеме треугольник (соединяются зажимы A-Z, В-Х., C-Y). Вторичную обмотку включают только звездой, для чего между выводами фазовых обмоток а8, Ь3, с3 ставят перемычки.
Трансформаторы ТС выпускаются для небольших станций мощностью 1,5—10 кВ-А, напряжение первичной обмотки которых 220, 380, 500 и 660 В, вторичной — от 12,5 до 400 В. Для средних станций выпускаются трансформаторы мощностью 10—16 кВ-А с первичным напряжением 220, 380, 500 В, вторичным — 133, 230, 400 В и для больших станций — мощностью 16—160 кВ-А, напряжение первичных обмоток у которых 380, 500 В, вторичных — 133, 230, 400 В
Трансформаторы типа ТСЗ мощностью 1,5 и 2,5 кВ-А выпускаются закрытого исполнения.
§ 20.	ПУТЕВЫЕ ДРОССЕЛЬ-ТРАНСФОРМАТОРЫ
Путевые дроссель-трансформаторы устанавливаются в рельсовых цепях переменного тока с кодовым питанием на электрифицированных участках дорог и обеспечивают пропуск обратного тягового тока в обход изолирующих стыков к тяговой подстанции. Одновременно они служат трансформаторами для подачи в рельсовую цепь переменного сигнального тока на ее питающем конце и приема тока с рельсов на релейном конце.
Дроссель-трансформатор (рис. 67) представляет собой реактивную катушку с сердечником, имеющую ничтожно малое омическое и относительно большое индуктивное сопротивления. Он состоит из сердечника и ярма, собранных из листовой трансформаторной стали, на сердечнике насажены основная и дополнительная обмотки. Дополнительная обмотка расположена сверху основной обмотки. Сердечник с обмотками заключен в металлический корпус с крышкой, который заливается трансформаторным маслом до уровня, указанного красной чертой. У дроссель-трансформаторов, устанавливаемых на участках с электротягой постоянного тока, между сердечником и ярмом в магнитной цепи имеется воздушный зазор 1—3 мм, который служит 46
Рис. 67. Дроссель-трансформатор 1И-па ДТ-0, 2-500:
1 — корпус; 2 — крышка; 3 —основная обмотка; 4 — ярмо;
5 — сердечник: 6 — дополнительная обмотка, 7 — муфта для разделки кабеля
для стабилизации электрического сопротивления дросселя переменному току рельсовой цепи при подмагничивающем действии постоянного тягового тока. У дроссель-трансформаторов, применяемых на участках с электротягой переменного тока, магнитная цепь не имеет воздушного зазора и состоит из замкнутого сердечника.
Основная обмотка дроссель-трансформатора имеет три вывода: два крайних и один от средней точки обмотки (рис. 68).
Крайние выводы основной обмотки присоединяют к рельсам, средний соединяют со средним выводом второго дроссель-трансформатора смежной рельсовой цепи. По перемычке между средними выводами тяговый ток проходит из одного изолированного участка в другой. Дополнительную обмотку выводят в кабельную муфту на корпусе дроссель-трансформатора и через кабель подключают к приборам рельсовой цепи.
Для участков с электротягой постоянного тока дроссель-транс-форматоры применяют двух видов: в одном из них крайние выводы обмотки рассчитаны на пропуск тягового тока 1000 А, а в другом — 500 А. Оба вида дроссель-трансформаторов — на 500 и 1000 А — выпускаются двух типов — ДТ-0,6 и ДТ-0,2. Дроссель-трансформа-торы ДТ-0,2 и ДТ-0,6 на 1000 А отличаются от тех же типов на 500 А размерами. Дроссель-трансформаторы на 500 А имеют меньшие размеры и называются малогабаритными.
Схемы соединения основной и дополнительной обмоток дроссель-трансформаторов, выпускаемых с 1971 г., показаны на рис. 69
Дроссель-трансформатор ДТ-0,6 с коэффициентом трансформации 15 устанавливают всегда на питающем конце рельсовой цепи, у него дополнительная обмотка не секционирована и имеет два вывода (рис. 69, а).
дт
Рис. 68. Включение дроссель» трансформатора в рельсовую цепь
47
П)
А1 КО A2Q
В)
8 вит 8 вит Основная обмотка
ОА1 КО А2О
7 вит 7 вит Основная обмотка
в)
QA1 КО А2О
ввит ввит
Основная обмотка
Дополнительная обмотка
48 вит.
051	82 0
Дополнительная обмотка 24 0 вит.
Ol	20
Дапо 140 вит
ОО !О
льнов 140 вит
обм 98 вит
пните 182 вит
20 Зб 40
г) ом
I 18 вит
А2О
Кавщ
QA1
Я 16 вит.
Основные
обмотки
Дополнительные
48 вит.
O6f I 62 0
обмотки 48 вит.
081 П 520
А2О
081	520
Рнс 69. Схемы включения обмоток дроссель-трансформаторов: а - ДТ 0.6; б - ДТ 0,2, в - ДТ-1-150; е — 2ДТ-1-150; д — ДТИ-0,17-1000
Дроссель-трансформатор ДТ-0,2 о переменным коэффициентом трансформации, его устанавливают в рельсовых цепях частотой 50 Гц и длиной до 1500 м с двухэлементными путевыми реле типа ДСР и ДСШ как на релейном, так и на питающем конце, а также на релейном конце кодовых рельсовых цепей длиной до 2600 м. Дополнительная обмотка у дроссель-трансформатора ДТ-0,2 секционирована и имеет пять выводов. Необходимый коэффициент трансформации подбирают включением соответствующих секций дополнительной обмотки (рис. 69, б): на выводах 1 и 2 коэффициент'трансформации равен 13, на 2 и 4— 17, на выводах I и 4 — 30 и на выводах 0 и 4 — 40.
Так как в дроссель-трансформаторе две изолированные обмотки, то на питающем конце рельсовой цепи размещается понижающий трансформатор, а на релейном — повышающий.
На участках с электротягой переменного тока частотой 50 Гц на питающем и релейном концах рельсовой цепи устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 или 2ДТ-1-150 (рис. 69, в и г).
Крайние выводы основной обмотки ДТ-1-150 рассчитаны на ток 150 А, а средний — на 300 А. Дроссель-трансформаторы ДТ-1-150 выпускаются для рельсовых цепей переменного тока частотой 25 и 75 Гц одиночной и сдвоенной установки, коэффициент трансформации у ДТ-1-150 равен 3. Дроссель-трансформатор сдвоенной установки типа 2ДТ-1-150 совмещает в одном корпусе два дроссель-трансформатора и имеет те же электрические характеристики, что и дроссель-трансформатор типа ДТ-1-150.
Рельсовые цепи на станциях стыкования работают в особых условиях, подвергаясь воздействию постоянного и переменного тяговых токов. На таких станциях устанавливают дроссель-трансформаторы ДТ-0.6-500С с коэффициентом трансформации, равным 3.
48
Дроссель-трансформатор ДТМ-0,17-1000 (рис. 69, (5) предназначен для использования на линиях метрополитена, оборудованных автоблокировкой на переменном токе и электрической тягой на постоянном токе, рассчитан на пропускание номинального тягового тока через каждую секцию основной обмотки 1000 А. Полное сопротивление ДТМ-0,17-1000 переменному току частотой 50 Гц при напряжении 0,5 В 0,165—0,175 Ом при зазоре между сердечником и ярмом 3,7 ± ± 0,5 мм, коэффициент трансформации — 40.
При работах на Путевых дроссель-трансформаторах необходимо строго выполнять основные правила по технике безопасности. С целью предотвращения поражения электрическим током работающий должен быть в диэлектрических перчатках или пользоваться инструментом с изолированными ручками. Перед сменой дроссельной перемычки необходимо устанавливать временную перемычку из медного провода и плотно закреплять ее одним концом на подошве рельса струбциной, а другим концом — на выводе дроссель-трансформатора специальным зажимом.
Работать с путевым дроссель-трансформатором, к которому присоединен отсасывающий фидер электротяги, можно только в присутствии и под наблюдением работников участка энергоснабжения. При выполнении работ запрещается разрывать цепь сетевой обмотки изолирующих трансформаторов рельсовых цепей без предварительного отключения или замыкания накоротко (специальной перемычкой, под гайки) обмотки, соединенной с дроссель-трансформатором. Не разрешается отключать от рельса хотя бы одну перемычку дроссель-трансформатора без предварительного соединения обоих рельсов со средней точкой дроссель-трансформатора соседней рельсовой цепи, а также отключать среднюю точку путевого дросселя или нарушать иным способом цепь протекания по рельсам тягового тока.
ГЛАВА VI
АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
§ 21.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Действие асинхронных электродвигателей основано на использовании вращающегося магнитного поля, которое создается неподвижной частью машины — статором. Ротор этих машин вращается по направлению поля, но с меньшей частотой. Разность частот вращения поля статора и ротора относительно невелика, но является принципиальным свойством асинхронных машин, отличающим машины этого типа от синхронных машин, в которых частота вращения поля статора и ротора одинаковы.
Асинхронный электродвигатель применяется для привода машин и механизмов, не требующих строго постоянной частоты вращения и
49
регулирования ее. В настоящее время разработана новая серия асинхронных электродвигателей 4А мощностью от 0,12 до 400 кВт. В них используются марки стали с повышенной магнитной проницаемостью, новые электроизоляционные материалы, лаки и эмали. Новые асинхронные электродвигатели по сравнению с аналогичными машинами прежних выпусков имеют меньший вес и габаритные размеры, большие пусковые моменты, удобней при монтаже и эксплуатации. В системах железнодорожной автоматики и телемеханики применяются следующие виды асинхронных электродвигателей: трехфазные с короткозамкнутым ротором; трехфазные с фазным ротором; однофазные.
§ 22.	ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Устройство. Статор асинхронного короткозамкнутого электродвигателя (рис. 70) собран из отдельных стальных пластин толщиной 0,35—0,5 мм. Чтобы снизить до минимума потери энергии на вихревые токи, пластины изолируются друг от друга (чаще всего тонким слоем специального лака). Для лучшего охлаждения пластины статора собирают отдельными пакетами (рис. 71). В пазах стального статора укладывают провода, образующие трехфазную обмотку статора. Каждая фазная обмотка состоит из одной или нескольких катушек и рассчитана на определенное номинальное фазное напряжение. На двигателе ука
зывается два номинальных напряжения сети, в которую можно включать данный двигатель. При большем напряжении фазные обмотки статора соединяют звездой, при меньшем напряжении — треугольником. В том и другом случае к каждой фазной обмотке подводится одинаковое напряжение, являющееся номинальным фазным напряжением
двигателя
Рис. 70. Асинхронный короткозамкнутый двигатель в разобранном виде:
/ — статор; 2 — ротор: 3 — лопасти вентилятора для охлаждения двигателя; 4 и 5 — боковые крышки
Ротор двигателя представляет собой цилиндр, набранный из листовой электротехнической стали. Обмотка ротора состоит из нескольких медных стержней, соединенных на концах медными кольцами, и назы-
вается «беличьим колесом» (рис. 72). В новых асинхронных электродвигателях короткозамкнутая обмотка образуется путем заливки пазов ротора алюминием.
Принцип действия. При прохождении по обмоткам статора трехфазного переменного тока создается магнитное поле, вращающееся с частотой п1=60//р, где f — частота подводимого к двигателю тока; р — число пар полюсов, которое зависит от числа катушек.
50
Рис. 71. Пакет статора
Рис. 72. Короткозамкнутая обмотка ротора
При трех катушках вращающийся магнитный поток имеет два полюса (/?=!) и /гх= 60^50 _ ^qqq об/мин_ Если число катушек увеличить в 2 раза, то р = 2, а п, = ? 5-° = 1500 об/мин.
Магнитные линии поля статора пересекают обмотку ротора и в ией возникает ток, создающий свое магнитное поле. В результате взаимодействия магнитных полей ротор начинает вращаться в направлении магнитного поля статора с частотой п об/мин.
Вращение ротора и поля статора происходит с разными частотами. В противном случае не было бы пересечения ротора силовыми линиями магнитного поля статора. Отношение разности частот вращающегося поля статора их и ротора п к частоте магнитного поля статора называется скольжением (отставанием):
S = .п-'~п  или S = -^^-100%.
При пуске двигателя п ~ 0, a S = 1, или 100%.
Во время холостого хода двигатель имеет минимальное скольжение (1—2%). С увеличением нагрузки уменьшается частота вращения ротора и увеличивается скольжение, достигая при номинальной нагрузке 5—6%.
Электромагнитная связь обмоток ротора и статора аналогична электромагнитной связи обмоток трансформатора. Поэтому с увеличением скольжения, когда линии магнитного поля статора чаще пересекают ротор, происходит увеличение тока в обмотках ротора и статора.
Частота тока в обмотке ротора зависит от скольжения /2 = /у S. При пуске S = 1 и f2 = ft = 50 Гц. С возрастанием частоты вращения ротора п уменьшается скольжение S и частота /2- При холостом ходе двигателя — 1-4-4 Гц.
Свойства. Благодаря простоте устройства, дешевизне и большой надежности в работе короткозамкнутые асинхронные двигатели получили широкое распространение. К недостаткам короткозамкнутых асинхронных двигателей относят: значительное потребление тока в момент пуска; слабый пусковой вращающий момент; потребление реактивного тока из-за индуктивности обмоток статора, вызывающее снижение cos ф.
51
При пуске двигателя магнитное поле статора с максимальной частотой пересекает неподвижный ротор и в нем наводится наибольшая э. д. с. В результате этого ток в обмотках ротора и статора больше номинального в 5—8 раз. Пусковые токи не успевают нагреть машину до высокой температуры, но вызывают снижение напряжения в сети, что отрицательно влияет на работу других потребителей, включенных в эту же сеть.
Вращающий момент асинхронного двигателя образуется в результате взаимодействия магнитного потока Ф статора с активной составляющей тока ротора /а! = /2 cos Фг-
Следовательно, М = с Ф /2 cos ф2, где с — коэффициент зависящий от конструкции двигателя; ф2 — угол сдвига между э. д. с. £2 и током /2 ротора.
При пуске в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя возникает ток наибольшей частоты f2. Поэтому индуктивное сопротивление ротора xL2 ~ 2 л),£2 значительно больше активного г2 Актив-
Г , ная составляющая тока ротора /2 cosipa = /2—	~ и вращающий
V Г2-}-XL
момент не достигают максимальной величины. С увеличением скорости частота /2 тока в роторе и его индуктивное сопротивление начнут у мень-шаться. Это вызовет увеличение активной составляющей тока ротора и вращающего момента двигателя. Расчеты показали, что вращающий момент асинхронного двигателя достигает наибольшего значения при равенстве активного и индуктивного сопротивлений ротора, т, е. при л2 = Х/.2.
При дальнейшем увеличении частоты вращения это равенство нарушается <г2) и вращающий момент вновь начнет уменьшаться. На рис. 73 представлена зависимость вращающего момента асинхронного электродвигателя от скольжения. При скольжении S = 1 двигатель развивает пусковой момент /Ип, при номинальном скольжении SH = 0,02ч-0,06 — номинальный момент Л1Н. Максимальный момент Л1ч двигатель развивает при скольжении, называемом критическим (SKp 0,2).
Трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором типа Л1СТ-0.25 применяются в стрелочных электроприводах переменного тока При линейном напряжении 220 В обмотки статора, этого двигателя соединяют звездой, при линейном напряжении 127 В •— треугольником. Переключение обмоток осуществляется на контактных болтах клеммной доски.
Основные характеристики электродвигателя типа МСТ-0,25 следующие: полезная мощность — 200 Вт; потребляемый ток при соединении обмоток звездой — 1,4 А, а треутельником — 2,4 А; частота вращения ротора — 1250 обАиш.
Для увеличения начального вращающего момента, необходимого для перевода стрелок, короткозамкнутая обмотка ротора у этих электродвигателей выполняется с повышенным активным сопротивлением. Изменение направления вращения ротора стрелочного электродвигателя осуществляется переменой местами двух линейных проводов, 52
Рис. 73. Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения
Рис. 74. Схема пуска асинхронного двигателя переключением обмоток статора со звезды на треугольник
подводящих ток к электродвигателю. При этом изменяется направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и ротора. Асинхронные электродвигатели малой мощности включают в сеть переменного тока без пусковых приспособлений. При значительных мощностях (более 5 кВт) пусковой ток ограничивают.
Пуск в ход. Существуют следующие способы пуска в ход короткозамкнутых асинхронных электродвигателей.
Непосредственный (прямой) пуск применяется в том случае, если мощность двигателя значительно меньше мощности сети.
Пуск переключением обмоток со звезды на треугольник можно применять в том случае, если обмотки статора двигателя постоянно должны быть соединены треугольником. Для того чтобы снизить пусковой ток, на период пуска обмотки статора соединяют звездой (рис. 74). Благодаря этому напряжение на каждой обмотке снизится в ]/3 раз, а линейный ток уменьшится в 3 раза. Когда двигатель разовьет скорость, переключают рубильник Рг и обмотки соединяют треугольником.
При пуске а помощью реакторов (реактор представляет собой добавочное индуктивное сопротивление), катушки последних включают последовательно с обмотками статора. Когда двигатель наберет скорость, катушки peaKfopoB выключают.
§ 23.	ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ
Двигатель с фазным ротором отличается от асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором только конструкцией ротора. В пазах ротора этого двигателя уложены три обмотки, смещенные под углом 120° (рис. 75). Концы этих обмоток соединяются в нулевую точку, а начала выведены на три медных кольца, укрепленных на валу двигателя и изолированных от вала и друг от друга. Касающиеся этих колец щетки Uh — Uh соединены с пусковым реостатом ПР. При таком устройстве в цепь ротора можно включать различное активное
53
Рис. 75. Схема асинхронного двигателя с фазным ротором
сопротивление пускового реостата. Перед пуском в цепь ротора включают все сопротивление пускового реостата.
Сопротивление его подобрано так, чтобы при пуске полное активное сопротивление цепи ротора было равно индуктивному сопротивлению ротора, т. е. Г2 ~ ?Р “Ь Гпр = Х1Л-
В результате этого увеличивается пусковой вращающий момент и уменьшается пусковой ток двигателя. При увеличении частоты вращения двигателя уменьшается индуктивное сопротивление xl2. Для того чтобы в этом случае соблюсти условие максимального вращающего момента (л2 == xl2), нужно
постепенно уменьшать сопротивление пускового реостата. В койне пуска специальным приспособлением поднимают щетки двигателя, а кольца замыкают накоротко. Ввиду сложной конструкции асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются сравнительно редко.
§ 24.	ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Обмотка статора однофазного асинхронного двигателя состоит из одной катушки. Ток, проходящий по этой катушке, создает пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на два вращающихся магнитных потока Ф2 и Ф2, имеющих одинаковую величину, но разное направление вращения.
Первый магнитный поток вращается (относительно неподвижного ротора) с частотой пг по движению часовой стрелки, а второй — с такой же частотой в противоположном направлении. При пуске моменты All и М 2, создаваемые каждым вращающимся потоком, равны, но направлены в противоположные стороны. В результате пусковой вращающий момент М —	— /И2 = 0. Если ротору сообщить первона-
чальное движение, например по движению часовой стрелки, то вращающийся в этом же направлении магнитный поток Ф( будет действовать на ротор, как и в трехфазном короткозамкнутом двигателе. Магнитный поток Ф2, вращающийся относительно ротора в противоположном направлении, будет индуцировать в роторе токи большей частоты. Индуктивное сопротивление ротора для этой частоты возрастет и еще больше будет отличаться от активного сопротивления. В результате этого вращающий момент Л12 уменьшится. Результирующий вращающий момент М =	— М2 будет направлен в сторону первоначаль-
ного движения ротора.
Пусковой вращающий момент в однофазном асинхронном двигателе может быть получен за счет дополнительной пусковой обмотки ПО, которая укладывается в пазах статора под углом 90° к главной обмотке 54
Рис. 76. Схема и векторная диаграмма однофазного асинхронного двигателя с конденсаторным пуском
f = 75 Гц
Рис. 77. Схемы асинхронного двигателя типа АСОМ-48
Г М ц С Г —	-» ''	0
U=110B
ГО (рис. 76). Ток главной обмотки отстает от напряжения U на угол <pt. Последовательно с пусковой обмоткой включен конденсатор С и ток /2 опережает напряжение на угол ф2. Поэтому токи в обмотках сдвинуты на угол <Р1 4- Ф2 — 90° и в машине возникает вращающееся магнитное поле, которое создает пусковой момент. Однофазные асинхронные конденсаторные двигатели типа АСОМ-48 устанавливаются в кодовых путевых трансмиттерах, которые применяются в устройствах кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации. Электродвигатель может питаться от источника с переменным напряжением ПО В частотой 50 и 75 Гц. При частоте 50 Гц в электрическую схему двигателя включают конденсатор емкостью 6 мкФ (рис. 77, а), при частоте 75 Гц — конденсатор емкостью 2 мкФ (рис. 77, б). Основные характеристики электродвигателя типа АСОМ-48 следующие: потребляемая полная мощность 16,5 В-А; полезная мощность 3,5 Вт; к. п. д. 0,3; частота вращения якоря при 50 Гц 982 об/мин, при 75 Гц — 1473 об/мин.
§ 25.	РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
На щитке асинхронного двигателя указываются его номинальные величины: мощность Ра, напряжение L/H, частота вращения пн и к. п. д. т]н. На рис. 78 показаны рабочие характеристики двигателя, выра-
жающие при неизменном номинальном напряжении зависимость частоты вращения п, вращающего момента /И, коэффициента мощности cos ф, потребляемого тока / и к. п. д. т] от полезной мощности двигателя Р2- Частота вращения асинхронного двигателя с увеличением нагрузки уменьшается незначительно, поэтому характеристика п = - ф (Р2) слабо наклонена к оси абсцисс. Благодаря индуктивности обмотки статора асинхронные двигатели пот-
Рис. 78. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
55
рефляют ток I, отстающий от напряжения на угол ф. При холостом ходе cos Фо 0,2- С увеличением нагрузки коэффициент мощности cos ф быстро увеличивается, достигая при номинальной нагрузке значения 0,8—0,9. К. п. д. по мере нагрузки двигателя увеличивается и достигает величины 0,8—0,9 при нагрузке, близкой к номинальной.
ГЛАВА VII
СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
§ 26.	УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Синхронные машины используются прежде всего в качестве генераторов. Они устанавливаются на электрических станциях и преобразуют механическую энергию в электрическую.
Синхронный генератор состоит из неподвижного статора 1 (рис. 79), на котором размещаются три обмотки (А — X, В — Y, С — Z), и вращающегося ротора 2 с полюсами, на которых насажена обмотка возбуждения ОВ. Поступающий в обмотку возбуждения постоянный ток намагничивает ротор, а первичный двигатель вращает его с частотой п об/мин. При этом обмотки статора пересекаются магнитным полем и в них индуктируются переменные э. д. с., сдвинутые по фазе на 120°. Источником постоянного тока возбуждения /в является возбудитель— небольшой генератор постоянного тока, мощность которого составляет 2—3% мощности трехфазного генератора. Якорь возбудителя непосредственно соединяется с валом синхронного генератора и приводится общим первичным двигателем. Вращающаяся часть синхронного генератора показана на рис. 80.
При работе первичного двигателя ток возбуждения /в проходит от положительного полюса возбудителя через щетку Щ1 и кольцо 4,
Рис. 79. Принцип действия синхронного генератора:
1 — статор; 2 — ротор
Рис. 80. Вращающаяся часть синхронного генератора:
/ — вал ротора; 2 — коллектор возбудителя; 3 — якорь возбудителя; 4 и 5 — изолированные др\г от друга кольца; 6 — ротор синхронного генератора; 7 — обмотка возбуждения; 8 — статор синхронного генератора
56
обмотку возбуждения синхронного генератора 7, кольцо 5, щетку Щ2 к отрицательному полюсу возбудителя.
В некоторых синхронных генераторах для создания магнитного потока используется самовозбуждение. Цепь возбуждения в таких генераторах подключается к обмоткам статора через специальный выпрямитель. При вращении ротора в обмотках статора возникает небольшой переменный ток за счет остаточной индукции. Этот ток выпрямляется и, поступая в обмотку возбуждения, усиливает магнитный поток ротора, а следовательно, и э. д. с. генератора. Ротор можно вращать паровой или водяной турбиной или двигателем внутреннего сгорания. В соответствии с этим синхронный генератор называется турбогенератором, гидрогенератором или дизель-генератором.
Частота f вырабатываемого тока прямо пропорциональна частоте вращения первичного двигателя п и числу пар полюсов ротора: f = Bl 1	60'
Для получения стандартной частоты f = 50 Гц следует иметь рп = 3000.
Поэтому тихоходные генераторы, работающие совместно с водяными турбинами, имеют большое число явно выраженных полюсов. Генераторы с неявно выраженными полюсами работают совместно с паровыми турбинами и являются быстроходными.
В каждой обмотке статора наводится э. д. с.
Е = 4,44 /шФк,
где w — число витков обмотки;
Ф — магнитный поток ротора;
к — обмоточный коэффициент.
Изменение э. д. с., а следовательно, и напряжения генератора производят регулировочным реостатом в цепи обмотки возбуждения возбудителя. Если увеличить ток возбуждения возбудителя, то увеличатся его напряжение и ток возбуждения /в синхронного генератора. В результате этого возрастет магнитный поток Ф ротора и индуцируемая э. д. с. Е.
К. п. д. синхронных генераторов большой мощности достигает 96 97 %.
Синхронные генераторы применяются для резервного питания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Они входят в комплект дизель-генераторных агрегатов ДГА, которые включаются при неисправности питающих трансформаторных подстанций. Линейное напряжение таких генераторов при соединении обмоток статора звездой равно 380 В, мощность — 12, 24 или 48 кВ-А.
Генераторы ДГА снабжены аппаратурой системы самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения. Рассмотрим схему такого генератора *(рис. 81). Последовательно с нагрузкой включены первичные обмотки трансформатора Трг, параллельно нагрузке — первичные обмотки трансформатора Тр2. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены параллельно и. питают выпрямитель В, к которому подключена обмотка возбуждения О В синхронного гене-
57
Статор Тр1
Рис. 81 Схема синхронного генератора с автоматической регулировкой напряжения
ратора. Вторичный ток Ц последовательного трансформатора зависит от тока нагрузки I, вторичный ток 1и параллельного трансформатора — от напряжения нагрузки U. Ток на входе выпрямителя равен геометрической сумме токов /г и 1и, т. е. /~ — It +• /ц. Ток возбуждения /в ~ /~ зависит не только от величин тока / и напряжения (7 нагрузки,
но и от угла сдвига <р между ними. Поэтому схема на рис. 81 называется схемой фазового компаундирования.
Коэффициенты трансформации трансформаторов Трх и Тр2 индуктивности L включенных катушек выбираются 1аким образом, что при любой величине тока / и угла <р сохранялось постоянным напряжение генератора U. С возрастанием активной или активно-индуктивной нагрузки увелич иваютсятоки Д, I/виэ. д. с. Е. В результате автоматически компенсируется действие возрастающего падения напряжения на обмотках статора. Процесс самовозбуждения синхронных генераторов происходит, как и в генераторах постоянного тока, за счет остаточного магнетизма. Однако вследствие повышенного сопротивления выпрямителя при малых напряжениях э. д. с. от остаточного мргиетизма недостаточна для самовозбуждения. Поэтому применяют ряд мер, улучшающих процесс самовозбуждения. В схеме на рис. 81 используется резонансный контур. Для этой цели параллельно выпрямителю со стороны переменного тока включают конденсаторы. Емкость С конденса торов выбирается таким образом, что во время пуска, когда частота вращения ротора п <Zna, наступает резонанс напряжений, при котором напряжение на конденсаторах и на входе выпрямителя повышается. Благодаря этому снижается сопротивление выпрямителя, происходит самовозбуждение. При установившейся частоте вращения ротора (п = па) условие резонанса нарушается и конденсаторы практически не влияют на работу схемы.
§ 27.	ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Основными характеристиками синхронного генератора являются регулировочные, внешние и холостого хода.
Характеристика холостого хода (рис. 82, а) показывает зависимость э. д. с. Е обмотки статора от тока возбуждения /в при постоянной частоте вращения п и выключенной нагрузке, т. е. Е = <р (/в) при п = — const; f = const и I = 0.
Для снятия характеристик пользуются схемой, представленной на рис. 83. Ток возбуждения синхронного генератора pei улируеюя 58
Рис 82. Характеристики синхронного генератора
Рис. 83. Схема синхронного генератора
реостатом РР, который включен последовательно с обмоткой возбуждения ОВ. Для измерения тока, напряжения и частоты на выходе генератора включены амперметры (А1—АЗ), вольтметр V и частотомер Hz.
Характеристика холостого хода синхронного генератора подобна кривой намагничивания сердечника ротора.
Внешние характеристики (рис. 82, б) отображают зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки I при неизменных токе возбуждения / в, частоте вращения п и коэффициенте мощности, т. е. U = ф (/) при Iв = const; п = const и cos ф = const.
Рассмотрим щнешние характеристики синхронного генератора более подробно. Если увеличивать нагрузку с преобладанием индуктивности на генераторе, то его напряжение резко снижается (кривая 1). Это объясняется увеличением падения напряжения на обмотках статора и реакцией статора. Реакцией статора называется взаимодействие вращающегося магнитного потока статора с магнитным потоком ротора, которые вращаются с одинаковой скоростью (синхронно). С увеличением нагрузки возрастает магнитный поток обмоток статора, направленный противоположно магнитному потоку ротора. В результате размагничивания ротора снижается э. д. с. и напряжение генератора. Если к генератору подключить только активную нагрузку, то магнитный поток статора будет сдвинут относительно ротора на угол 90°. Размагничивающее действие реакции статора несколько снижается и напряжение генератора изменяется по кривой 2. При нагрузке с преобладанием емкости магнитный поток статора направлен в одну сторону с магнитным потоком ротора. Поэтому напряжение генератора изменяется по кривой <3.
Регулировочные характеристики (рис. 82, в) показывают зависимость тока возбуждения генератора /в от тока нагрузки / при постоянном напряжении U, частоте вращения п и коэффициенте мощности, т. е /в = Ф (/) при U = const; п = const и cos<p = const. Регулировочные характеристики показывают, как следует изменять ток возбуждения генератора /в при увеличении тока нагрузки 1 для того, чтобы напряжение генератора U было постоянным.
59
ГЛАВА VIII
ВРАЩАЮЩИЕСЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
§ 28.	ДВИГАТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРЫ
На участках железных дорог с электрической тягой переменного тока промышленной частоты для питания рельсовых цепей током частотой 75 Гц применяются машинные преобразователи частоты типа АЧ-75-55 мощностью 55 кВ-А. Они состоят из трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя Д (рис. 84) и трехфазного генератора Г. В качестве генератора используется трехфазная асинхронная машина с фазным ротором. Короткозамкнутый ротор Р двигателя и фазный ротор генератора соединены муфтой И. Статорные обмотки обеих машин включаются в сеть напряжением 220—380 В частотой 50 Гц. Магнитное поле двигателя вращается с частотой пг = = 1500 об/мин и приводит в движение ротор двигателя генератора. Магнитное
поле генератора имеет частоту п2 = 3000 об/мин и вращается относительно ротора в противоположном направлении. Следовательно, скольжение генератора
~ЬП2 п2
1500 + 3000 _ j 5
3000	—	’
а частота тока, снимаемого с колец,
f - = 50 - 1,5=75 Гц.
Рассмотренные машинные преобразователи частоты могут быть построены на большие мощности. К недостаткам преобразователей частоты следует отнести: низкий к. п. д., равный произведению к. п. д. двигателя и генератора, т. е. т)пч = т)дт]г; наличие вращающихся частей; большую массу и высокую стоимость.
§ 29.	ОДНОЯКОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Одноякорный преобразователь представляет собой машину постоянного тока, у которой обмотка якоря соединяется не только с коллектором (рис. 85, а), но и с кольцами, расположенными на валу со стороны, противоположной коллектору. У некоторых одноякорных преобразователей на якоре укладывают две обмотки: одну обмотку выводят на коллектор, а другую — на контактные кольца. Для улучшения коммутации машина имеет добавочные полюсы.
60
Рис 85 Одноякорный преобразователь
Если к коллектору и обмотке возбуждения ОВ (рио. 85, б) подвести постоянное напряжение t/_, то якорь преобразователя придет во вра щение Так как в обмотке якоря машины протекает переменный ток, то на контактных кольцах появится переменное напряжение U Таким образом осуществляется преобразование постоянного тока в переменный. К таким преобразователям относится преобразователь типа ПО-550 АФ, который используется для питания контрольных цепей стрелок в аварийном режиме.
Преобразователь подключается к аккумуляторной батарее напряжением U- — 220 В и потребляет ток 5,4 А Переменное напряжение U = 125 В ± Ю%, наибольший отдаваемый ток —4,85 А Одноякорный преобразователь может использоваться и для преобразования переменного тска в посюянный В этом случае по отношению к сети переменного тока он работав как синхронный двигагель, а по отношению к сети постоянною тока — как генератор постоянного тока с параллельным возбуждением.
Пуск в ход такого преобразователя осуществляется за счет пусковой обмотки, которая располагается на полюсных наконечниках.
Недостатком одноякорного преобразователя является жесткая зависимость между напряжениями постоянного и переменного тока. 1ак, в однофазном преобразователе U~ — 0,707 [/_, а в трехфазном U ~ — 0,612 (7_. Поэтому при стандартной величине постоянного напряжения будет нестандартной величина переменного напряжения. В результате потребуется включение в схему специального трансформатора
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
ГЛАВА IX
ПЕРВИЧНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА
§ 30.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРВИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА
Химическим источником тока называют устройство, в котором химическая энергия превращается непосредственно в электрическую энергию.
Химические источники тока делятся на две группы: первичные элементы; аккумуляторы.
В первичных элементах происходит необратимый процесс преобразования химической энергии в электрическую (разряд). Вещества, образовавшиеся в процессе разряда, не могут быть восстановлены до первоначального химического состава. Поэтому разряженный первичный элемент приходит в негодность.
В аккумуляторах возможен обратный процесс — заряд, т. е. преобразование электрической энергии в химическую. В результате заряда активные вещества аккумулятора восстанавливаются
Рассмотрим основные характеристики первичных элементов.
Э. д. с. многих первичных элементов сравнительно невелика и находится в пределах 1,2—1,7 В Для получения больших напряжений первичные элементы соединяют последовательно.
Явление поляризации Во время работы элемента происходит непрерывный процесс растворения отрицательного электрода, а к положительному электроду из электролита подходят ионы водорода. Молекулы водорода на положительном электроде образуют непроводящий слой. Это явление называется поляризацией элемента. В результате поляризации увеличивается внутреннее сопротивление элемента и снижается его напряжение.
Для устранения поляризации в состав элемента вводят деполяризаторы — вещества, богатые кислородом, например перекись марганца. Деполяризаторы превращают водород в воду и освобождают положительный электрод от непроводящего слоя водорода.
Емкость и саморазряд Количество электричества, которое можно получить от элемента во время его разряда, называется емкостью 62
первичного элемента. Емкость измеряется в ампер-часах и определяется по формуле
Q “ ^р^р>
где /р — величина разрядного тока, А;
/р — время разряда, ч.
Емкость первичного элемента зависит от количества его активных веществ, величины разрядного тока, режима разряда, температуры электролита и времени хранения. С увеличением разрядного тока ухудшается процесс деполяризации и активные вещества элемента используются не полностью. В результате снижается емкость элемента. Перерывы разрядного тока улучшают процесс деполяризации и способствуют увеличению емкости.
С повышением температуры электролита химические процессы в элементах протекают более интенсивно и емкость элементов увеличивается. При слишком высоких температурах происходит высыхание электролита и снижение емкости.
Даже при отключенной нагрузке в элементах происходит саморазряд, т. е. бесполезный расход его активных веществ. Саморазряд элемента вызывается несовершенством изоляции между электродами и образованием на отрицательном электроде местных гальванических пар в местах вкраплений в электрод посторонних примесей. Саморазряд увеличивается при установке элемента в сыром месте и при загрязнении его пылью и грязью. Каждый элемент характеризуется номинальной емкостью. Она соответствует определенному, указанному заводом, режиму разряда. Фактическая емкость элемента зависит от условий разряда и обычно отличается от номинальной емкости.
Для электропитания портативных устройств автоматики и телемеханики, электроизмерительных приборов, некоторых устройств железнодорожной сигнализации наибольшее применение нашли марган-цово-цинковые и воздушно-марганцово-цинковые элементы и батареи.
§ 31.	МАРГАНЦОВО-ЦИНКОВЫЕ И ВОЗДУШНО-МАРГАНЦОВО-ЦИНКОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Наибольшее распространение получили сухие марганцово-цин-ковые элементы. Они выпускаются в двух модификациях: стаканчи-ковые и галетные. Положительным электродом марганцово-цинковых элементов является агломерат, состоящий из смеси двуокиси марганца (МпО2) и графита, пропитанных раствором нашатыря, отрицательным— металлический цинк (Zn). В качестве электролита используется раствор хлористого аммония (NH4C1) в виде пасты.
На рис. 86 показано устройство галетного марганцово-цинкового элемента. Такая конструкция удобна для последовательного соединения элементов, получения более высоких напряжений. Для этого элементы накладываются друг на друга таким образом, чтобы выступ положительного электрода одного элемента плотно соприкасался с верхним токопроводящим слоем следующего элемента. Промышлев-
<з
12 3 4 5 6
Рис. 86. Устройство галетного элемента: 1 — положительный электрод из агломератной массы; 2— тонкая бумажная прокладка; 3 — картонная диафрагма с электролитом; 4 — электрод; 5 — токопроводящий слой; б —чехол;
7 — йыступ
Рис. 87. Устройство марган-цово-цинкового элемента с солевым электролитом
ность выпускает сухие элементы марганцово-цинковой системы трех типов, работоспособные при различных температурах окружающей среды: летние—от 17 до +60° С; холодостойкие—от —40 до +40° С; универсальные—от —40 до +60° С.
В сухих воздушно-марганцово-цинковых элементах в состав агломерата, кроме перекиси марганца и графита, добавляется активированный уголь, который способен адсорбировать (поглощать) из воздуха кислород. Поэтому в этих элементах деполяризация происходит более интенсивно. Газовая камера воздушно-марганцово-цинковых элементов сообщается с наружным воздухом через специальное отверстие. У неработающих элементов для предохранения агломерата от высыхания эти отверстия должны быть закрыты пробками. Во время работы пробки следует открыть.
На рис. 87 показано устройство марганцово-цинкового элемента с солевым электролитом. В нем в качестве положительного электрода использован агломерат 3 из двуокиси марганца и углеродистых материалов, напрессованных на угольный стержень 5. Отрицательный электрод 6 выполнен из цинка и имеет форму стакана. Картонная шайба 7 служит для изоляции электродов. Носителем электролита является диафрагма 4 из кабельной бумаги, пропитанной солевым электролитом и нанесенным на нее тонким слоем пасты. Элемент заливается изоляционной смесью 2. Для подключения внешней цепи на угольный электрод насажен металлический колпачок 1. При изготовлении таких элементов применяется новая технология, позволяющая увеличить рабочую поверхность положительного электрода и улучшить электрические характеристики без увеличения габаритов.
§ 32.	ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Топливные элементы относятся к числу химических источников электрической энергии. В качестве активных веществ, вступающих в химическую реакцию, в топливных элементах используется твердое, жидкое или газообразное топливо (древесный уголь, нефтепродукты, спирты, водород и т. д.).
64
Эти активные вещества хранятся отдельно от топливного элемента в особых хранилищах и поступают к электродам элемента лишь во время отдачи им электрической энергии. Электроды топливного элемента в реакциях активно не участвуют и в процессе работы не разрушаются. Поэтому топливные элементы обеспечивают непосредственное преобразование химической энергии в электрическую очень длитель ное время, пока идет подача активных веществ к его электродам.
Расчеты показывают, что топливные элементы могут иметь очень высокие удельные характеристики, мощность, коэффициент полезного действия. Разработкой таких топливных элементов в настоящее время занимаются многие ученые мира. На рис. 88 показано схематическое устройство простейшего водородно-кислородного топливного элемента. Он состоит из положительного 1 и отрицательного 3 электродов, погруженных в щелочной электролит 2.
Активным материалом положительного электрода является ки< лород (О2), а отрицательного электрода—водород (Н2).
Они подаются к электродам через пористые трубки. Водород вступает в соединение с ионами гидроксила электролита:
2Н2 + 4ОН- -> 4Н2О + 4 е.
В результате образуется вода и свободные электроны (е — заряд электрона). С водородного электрода свободные электроны перемещаются к кислородному электроду через нагрузку г. В пористом электроде 1 кислород вступает в реакцию с водой электролита, образуя ионы гидроксильного остатка:
О2 + 2Н2О + 4 е-> 4ОН-.
В результате в замкнутой цепи возникает электрический ток. Расход воды (Н2О) в элементе восполняет водород, а расход гидроксила (ОН) — кислород. Рассмотренный химический процесс противоположен процессу электролитического разложения воды, где при пропускании тока через подкисленную воду образуются кислород и водород.
В настоящее время создано несколько вариантов топливных элементов, отличающихся друг от друга конструкцией, видом топлива и температурой горения Все они имеют довольно сложную конструкцию, большую массу и объем, высокую стоимость. Большая работа, проводимая по усовершенствованию топливных элементов, обусловлена широкой перспективой применения этих элементов во многих отраслях народного хозяйства. Мощные и экономичные топливные элементы могут быть использованы в автомобильном и желез-
I
Рис. 88. Схематическое устройство водородно-кислородного топливного элемента
.’ак. 1110
65
подорожном транспорте в качестве автономных источников электрической энергии различных предприятий. В электропитающих установках автоматики и телемеханики топливные элементы могут заменить резервные источники электрической энергии—аккумуляторные батареи и резервные электростанции.
ГЛАВА X
АККУМУЛЯТОРЫ
§ 33.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Электрическим аккумулятором называют химический источник постоянного тока, который способен накапливать (аккумулировать) электрическую энергию и отдавать ее по мере надобности. Израсходованные при разряде аккумуляторов активные вещества легко восстанавливаются при заряде, когда аккумуляторы подключают к постороннему источнику постоянного тока. При этом потребляемая ими электрическая энергия преобразуется в химическую энергию.
Заряд и разряд аккумулятора можно производить сотни раз, в то время как первичные элементы разряжаются только один раз. В этом заключается их принципиальное отличие от первичных элементов.
Наибольшее применение получили три разновидности аккумуляторов:
свинцовые (кислотные), в которых активной массой положительного электрода служит двуокись свинца, отрицательного—губчатый свинец, а электролитом—водный раствор серной кислоты;
никель-железные и никель-кадмиевые (щелочные), в которых активной массой положительного электрода служит гидроокись никеля, отрицательного—железо или кадмий, электролитом—водный раствор щелочи;
серебряно-цинковые, в которых активной массой положительного электрода служат окислы серебра, отрицательного — цинк, электролитом—водный раствор щелочи.
Для электропитания железнодорожной автоматики и телемеханики применяются главным образом свинцовые аккумуляторы. Они имеют высокий к. п. д. и незначительное снижение напряжения при разряде.
Никель-железные и никель-кадмиевые аккумуляторы по сравнению со свинцовыми имеют меньший к. п. д. и большее изменение напряжения при разряде, но обладают высокой механической прочностью. Поэтому их обычно применяют в качестве переносных или временных источников электропитания различной аппаратуры.
Серебря но-цинковые аккумуляторы имеют высокие удельные характеристики, стабильное напряжение при разряде, могут отдавать очень большие токи при кратковременных разрядах.
66
§ 34.	УСТРОЙСТВО СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Стационарные свинцовые аккумуляторы. В настоящее время применяются стационарные свинцовые аккумуляторы типов С и СК, СЗ и СН. Буквы обозначают: С — стационарный, К — допускает кратко временный разряд большим током, 3 — в закрытом исполнении, Н — с намазными пластинами.
Рассмотрим конструкцию аккумуляторов С и СК, которые широко используются в действующих электропитающих установках. У этих аккумуляторов нет крышки, зеркало электролита непосредственно сообщается с окружающим воздухом. В зависимости от емкости аккумуляторам типов С и СК присваивается индекс от 1 до 148
Для получения номинальной емкости необходимо индекс аккумулятора (1—148) умножить на число 36. Следовательно, номинальная емкость аккумуляторов С-1 и СК-1 равна 36 А • ч, С-2 и СК-2 — 72 А-ч, С-10 и СК-Ю — 360 А-ч.
Основными частями аккумуляторов типов С и СК являются: стеклянный сосуд (до С-16) или деревянный бак, выложенный свинцом (с С-16 до С-148); блок положительных пластин поверхностной конструкции; блок отрицательных пластин коробчатой конструкции; сепараторы из кислотостойких синтетических микропористых материалов, предохраняющие пластины разной полярности от соприкосновения между собой; электролит — раствор серной кислоты.
Положительные пластины поверхностной конструкции (рис. 89) состоят из ребристой свинцовой решетки, на поверхности которой размещается активное вещество. Благодаря ребристости увеличивается поверхность активного вещества, повышается электрическая емкость пластин и всего аккумулятора. Образование активного слоя на ребристой поверхности происходит в процессе специальной обработки пластин на заводе — электрическом формировании. Аккумуляторные заводы выпускают положительные пластины белой формировки. Активное вещество таких пластин состоит из сернокислого свинца (PbSO4).
После заряда это вещество переходит в двуокись свинца (РЬО2).
Рис. 90. Свинцовая пластина коробчатой конструкции
3*
Рис, 89. Устройство поверхностной пластины
67
стоят из двух свинцовых решеток о крупными ячейками. В этих ячейках размещается пастообразная активная масса из свинцового порошка и серной кислоты. Для того чтобы активную массу пластин предостеречь от усадки, к ней добавляют небольшое количество сернокислого бария (BaSO4). Наполненные активной массой решетки накладывают одна на другую, покрывают с наружных сторон тонкими перфорированными листами свинца и соединяют заклепками Различают средние и крайние отрицательные пластины. Крайние отрицательные пластины отличаются от средних тем, что они имеют только одну активную сторону Другую сторону крайних пластин, обращенную к стенке сосуда, покрывают сплошным листом свинца. В стационарных аккумуляторах С и СК применяется три типа пластин (ИД, И-2, И-4), отличающихся друг от друга размерами, а следовательно и емкостью. Эги пластины соединяют в блоки. В каждом свинцовом аккумуляторе отрицательный блок содержит на одну пластину больше, чем положительный. Это необходимо для того, чтобы положительные пластины, располагаясь между отрицательными, не коробились при работе аккумулятора Пластины И-1 устанавливают в аккумуляторах от С-1 до С-5. Средние пластины этого типа имеют емкость 35 А • ч при десятичасовом режиме разряда. Поэтому в аккумуляторах типа С-1 устанавливают одну положительную и две отрицательные пластины типа И-1, а в аккумуляторах типа С-2 — две положительные и три отрицательные.
Пластины типа И-2 по сравнению с пластинами типа- И-1 имеют в 2 раза большие размеры и емкость.
Эти пластины устанавливают в аккумуляторах от С С до С-20 В аккумуляторах большей емкости (начиная с С-24) устанавливают пластины типа И-4 номинальной емкостью 144 А • ч Основные кон структивные данные стационарных аккумуляторов типа С и СК, применяемых для электропитания железнодорожной автоматики и телемеханики, приведены в табл. 1.
Для параллельного соединения нескольких одноименных пластин в одном сосуде и для последовательного соединения аккумуляторов в батарею применяются свинцовые соединительные полосы. В батареях
Таблица 1
Тип аккумуляторов	Номинальная емкость, А-ч	Тип пластин	Число пластин в аккумуляторе		
			положительных	отрицательных	
				средних	крайних
С-1, СЗ-1	36	И-1	1			2
С-2, СЗ-2	72	И-1	2	1	
С-3, СЗ-З	108	И-1	3	2	
С-4	144	И-1	4	3	—
С-5, СК-5, СЗ 5	180	И-1	5	4	
С-6, СК-6	216	И-2	3	2	
С-8, СК-8	288	И-2	4	3		,
с-ю, ск-ю	360	И-2	5	4	—
63
небольшой емкости (с аккумуляторами С-1, СК-1,	СК-3) применяются боко-
вые соединительные полосы (рис. 91). Пластины аккумуляторов в этом случае располагаются перпендикулярно продольной оси стеллажа. Аккумуляторы большей емкости, начиная с С-4 и СК-4, соединяются в батарею при помощи поперечных соединительных полос (рис. 92). Аккумуляторы типа от С-1 до С-4 выполняются с соединительными полосами
Рис. 91. Соединение аккумулятора при помощи боковых соединительных полос
такого сечения, что они пригодны как
для продолжительных, так и для кратковременных разрядов. Начиная с индекса 5, аккумуляторы типа СК отличаю к я от аккумуляторов типа С поперечным сечением соединительных полос. В аккумуляторах типа СК, предназначенных для разряда большими токами, эти полосы имеют большее поперечное сечение.
Стационарные свинцовые аккумуляторы С и СК монтируются из отдельных деталей на месте установки. Технологический процесс монтажа очень сложен, многие виды работ относятся к числу вредных для здоровья людей. Очень высока стоимость монтажа аккумуляторов. Необходимо отметить и другие недостатки аккумуляторов С и СК-Из-за отсутствия верхней крышки в них происходит интенсивное испарение воды, а в конце заряда—значительное разбрызгивание электролита. Поэтому в процессе эксплуатации в аккумуляторы С и СК требует
ся периодически доливать дистиллированную воду, а поверхность сосудов и стеллажей очищать от осадков электролита. Для уменьшения испарения и разбрызгивания электролита аккумуляторы С и СК покрывают пластинами из оконного стекла. С этой же целью поверхность раствора электролита в аккумуляторах покрывают 3-миллиметровой пленкой вазелинового медицинского масла. Масляная пленка снижает расход воды для доливки в аккумуляторы в 3—4 раза.
Стационарные аккумуляторы типа СЗ выпускают в стеклянных сосудах, плотно закрытых эбонитовой крышкой. Сквозь крышку выводят контактные болты от положительных и отрицательных пластин. В середине крышки имеется отверстие для заливки электролита, которое закрывается эбонитовой пробкой. В аккумуляторах СЗ установлены пластины той же конструкции, что и в аккумуляторах С и СК.
Рис. 92. Соединение аккумуляторов при помощи поперечных соединительных полос
69
Поэтому электрические характеристики этих аккумуляторов одинаковы.
В стационарных аккумуляторах типа СН положительные и отрицательные пластины имеют намазную конструкцию. Блок отрицательных пластин опирается на призмы, установленные на дне стеклянного или эбонитового сосуда. Блок положительных пластин подвешивается на специальной колодке. На верхней крышке аккумулятора располагаются контактные болты и заливочное отверстие, в которое плотно ввинчивается пробка. Пробка снабжается специальным фильтром, пропускающим газы, но задерживающим выход испарений электролита. Аккумуляторы СН герметизированы в выводах и зазорах между крышкой и стенками бака. Для этой цели применяется специальная мастика.
Аккумуляторы СН собираются на заводе и выпускаются с заряженными или разряженными пластинами, не залитыми раствором электролита. Пластины намазной конструкции состоят из свинцово-сурьмянистой решетки 1 (рис. 93) с мелкими ячейками, в которых располагается активное вещество 2. Пластины I изолированы друг от друга тройной сепарацией (рис. 94), состоящей из стеклянного войлока 2, гофрированного перфорированного винипласта 3 и мипласта 5. Для увеличения срока службы кромки положительных пластин и края сепараторов в аккумуляторах СН обвертывают боковым изолятором из винипласта 4.
Аккумуляторам СН присваивается индекс (от 1 до 20). Для получения номинальной емкости, соответствующей 10-часовому разряду, необходимо индекс аккумулятора умножить на 40. Аккумуляторы СН по сравнению с открытыми аккумуляторами С и СК имеют следующие преимущества: собираются не на месте установки, а в заводских условиях; обладают большим сроком службы, имеют меньшую массу и габаритные размеры, требуют минимального ухода в процессе эксплуатации, могут отдавать большие токи в одноминутном разряде.
Переносные свинцовые аккумуляторы и батареи. Переносные свинцовые аккумуляторы имеют закрытую ксщструкцию, сравнительно небольшую массу и габаритные размеры. Для уменьшения массы в этих аккумуляторах применяются пластины намазной конструкции. Промышленность выпускает различные типы переносных свинцовых
Рис. 93. Пластины намазной конструкции
Рис. 94, Сепаратор аккумуляторов
70
Отрицательная пластина
S	,0
Поло/китепьная пластина
Рис. 95. Свинцовый аккумулятор АБН-72
аккумуляторов и батарей. Наибольшее распространение получили свинцовые радиоанодные (РА), радионакальные (PH), стартерные (СТ) и другие батареи.
Для питания устройств железнодорожной автоблокировки, электрической централизации широко используются автоблокировочные аккумуляторы (АБН), для управления дизелем резервных электростанций применяются стартерные свинцовые батареи
Аккумуляторы АБН-72 и АБН-80. В условном обозначении этих аккумуляторов буквы АБ характеризуют назначение (для автоблокировки), Н — конструкцию пластин (намазные), число после букв — номинальную емкость (при 25-часовом режиме разряда)
Аккумулятор АБН-72 (рис. 95) собран в стеклянном сосуде 1 с эбонитовой крышкой 2, к которой подвешены разноименные блоки пластин. Блок положительных пластин 6 состоит из трех, а блок отрицательных пластин 7 из четырех пластин намазной конструкции. Пластины изолируются друг от друга тройной сепарацией, состоящей из слоя фанеры 10, перфорированного и гофрированного винипласта 9 и стекловолокна. Слои сепаратора скреплены П-образным винипласто-вым боковым изолятором 8. Аккумуляторы АБН-72 заливаются электролитом через отверстие, которое закрывается пробкой 3. Пробка снабжается клапаном 4 для выхода газов. Промежутки между стенками сосуда и крышкой заливаются кислотостойкой мастикой. Выводные зажимы 5 соединяются с пластинами через полюсные штыри.
Аккумулятор АБН-80 собран в полиэтиленовом сосуде, между пластинами установлена сепарация из мипласта и мипора.
Электролит должен покрывать верхнюю кромку сепараторов на 20—30 мм в аккумуляторах АБН-72 и на 30—40 мм в аккумуляторах АБН-80.
Стартерные свинцовые батареи. Обычно изготовляют в виде моноблока с тремя н шестью отделениями (рис. 96). Одиночные аккумуляторы устанавливают в отделения моноблока, а затем соединяют последовательно свинцовыми соединителями. Каждое отделение моно-
Рис. 96. Моноблок с шестью отделениями
Рис. 97. Устройство свинцовой стартерной аккумуляторной батареи:
/ — сепаратор; 2 — опорные призмы; 3 — пластмассовый моноблок; 4 — отрицательный полублок пластин; 5 —положительный полюсный вывод: б — пробка; 7 — межэлементное соединение; 8 — отрицательный полюсный вывод
блока закрывается крышкой из эбонита или фенолита. Для герметизации стык крышки со стенками отделения моноблока заливается специальной кислотостойкой мастикой. Заливочные отверстия каждой крышки закрываются пробками. Перед зарядом стартерной батареи эту пробку необходимо вывинчивать. Устройство стартерной аккумуляторной батареи с тремя элементами представлено на рис. 97.
В условном обозначении типа стартерных батарей буквы и цифры расшифровываются следующим образом:
цифра (3 или 6), стоящая впереди обозначения, указывает количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее;
буквы СТ — стартерная для автомобилей и автобусов;
буквы ТСТ — стартерная для машин тяжелой службы (тракторов, дорожных машин);
число после черты указывает номинальную емкость батареи, А • ч, при 20-часовом режиме разряда.
После числа в условном обозначении стоят две или три буквы. Первая буква указывает материал, из которого выполнен моноблок батареи: П — пластмасса, Э — эбонит, Т — термопласт. Следующие буквы означают материал, из которого выполнены сепараторы: М — мипласт; С — стекловойлок, Р — ми пор.
§ 35.	ЭЛЕКТРОЛИТ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Свинцовые аккумуляторы заливают электролитом, который составляется из аккумуляторной серной кислоты и дистиллированной воды. Аккумуляторная серная кислота — тяжелая прозрачная маслянистая жидкость, без запаха, хорошо растворяется в воде, разъедает кожу, бумагу, материю. Для приготовления электролита применяются три сорта серной кислоты: с государственным знаком качества, 1-го сорта и 2-го сорта. В этих сортах снижено до допустимых пределов количество примесей (железа, окислов азота, мышьяка, марганца и др.).
72
Аккумуляторная серная кислота поступает с заводов в стеклянных бутылях со стеклянными притертыми пробками или навинчивающимися полиэтиленовыми или пластмассовыми крышками. Бутыли устанавливают в ивовые корзины или полиэтиленовые или деревянные обрешетки. Такие бутыли переносят два работника при строгом соблюдении правил техники безопасности.
Дистиллированная вода отличается от водопроводной или речной воды почти полным отсутствием примесей (солей, сульфатов, хлоридов и др.). Такую воду получают при помощи перегонных кубов-дистилляторов.
Приготовление электролита производится в чистой кислотостойкой посуде (эбонитовой, керамической, фаянсовой) Часто используются деревянные баки, выложенные внутри листовым свинцом. Нельзя пользоваться стеклянной посудой. При растворении серной кислоты выделяется большое количество тепла, и стеклянные сосуды, нагреваясь, могут лопнуть.
В сосуд наливают дистиллированную воду, а затем тонкой струей серную кислоту, перемешивая этот раствор палочкой из стекла или эбонита. Так как серная кислота тяжелее воды, то выделяющееся при растворении тепло равномерно распределяется по всему объему электролита. Категорически запрещается вливать воду в кислоту. В этом случае струя воды, соприкасаясь только с поверхностными слоями кислоты, быстро нагревается и разбрызгивается вместе с частицами серной кислоты. Эти брызги, попадая на кожу, могут причинить серьезные ожоги. При приготовлении электролита необходимо надевать защитные очки, резиновые перчатки, резиновый фартук, суконный комбинезон и галоши. Для нейтрализации серной кислоты и электролита, попавших на кожу или одежду, необходимо всегда иметь 5—10%-ный раствор соды или 5— 10%-ный раствор нашатырного спирта. Место поражения необходимо сразу же смочить защитным раствором, а затем несколько раз промыть водой. Измерение, плотности электролита производят ареометром (рис. 98, а). Он представляет собой запаянную с обеих сторон стеклянную трубку, в нижней части которой находится грузик, а в верхней — шкала. Опущенный в электролит ареометр занимает вертикальное положение, причем некоторая часть его выступает наружу. Глубина погружения ареометра зависит от плотности электролита: чем больше плотность электролита, тем меньше погружается ареометр. По делению шкалы, которое находится на уровне раствора, определяют плотность электролита. Аккумуляторный ареометр на рис. 98, б помещается в стеклянную трубку 4, на один конец которой надета резиновая груша 5, а на другой — трубчатый наконечник из кислотостойкого груши электро
лит всасывается в стеклянную трубку с ареометром.
материала. При помощи резиновой
Рис. 98. Ареометры:
1 — мензурка:	2 —
электролит. 3 — ареометр. 4 — стеклянная трубка, 5 — резиновая груша
73
Для заполнения новых стационарных свинцовых аккумуляторов применяют электролит плотностью 1,18 г/смя при температуре 25° С. С повышением плотности электролита от 1,18 до 1,29 г/см3 понижается температура его замерзания. Например, электролит плотностью 1,29 г/см3 замерзает при температуре —74° С. Поэтому заливка переносных аккумуляторов, работающих при низких температурах, осуществляется электролитом повышенной плотности. Например, в стартерные аккумуляторы в центральных районах с температурой зимы до —30° С заливается электролит плотностью 1,27 г/см3. Аккумуляторы АБН-72 и АБН-80 заливают электролитом плотностью 1,21 г/см3. Приготовленный электролит перед заливкой в аккумуляторы необходимо охладить до температуры 25° С. Для того чтобы уменьшить время охлаждения, рекомендуется ступенчатое приготовление электролита: из кислоты плотностью 1,83 г/см3 приготовить электролит плотностью 1,4 г/см3, а из него — электролит плотностью 1,18—1,3 г/см3.
§ 36.	ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СВИНЦОВОМ АККУМУЛЯТОРЕ
У заряженного свинцового аккумулятора активная масса положительных пластин состоит из двуокиси свинца (РЬО2), а отрицательных — из губчатого свинца (РЬ). Двуокись свинца имеет темно-коричневый цвет, губчатый свинец — светло-серый. Пластины погружены в электролит — водный раствор серной кислоты.
В результате электролитической диссоциации молекулы серной кислоты электролита распадаются на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка.
Присоединим к заряженному аккумулятору приемник энергии сопротивлением г (рис. 99) и рассмотрим химические процессы в аккумуляторе при его разряде. Разрядный ток /р направлен от положительной пластины через приемник энергии г к отрицательным пластинам, а затем через электролит от отрицательных пластин к положительной.
В электролите положительные ионы водорода 2Нь перемещаются по направлению тока, а отрицательные ионы SOy — против тока.
Рис. 99. Простейший свинцовый аккумулятор
Рис. 100, Схема заряда аккумуляторов
74
В результате разряда в свинцовом аккумуляторе происходят химические реакции, которые выражаются следующим уравнением;
РЬО2 + Pb + 2На SO4 -> Р bSO4 + PbSO4 + 2Н2О.
Из уравнения видно, что в процессе разряда двуокись свинца РЬО2 на положительных пластинах и губчатый свинец РЬ на отрицательных пластинах превращаются в сернокислый свинец PbSO4. Эти химические реакции идут с поглощением серной кислоты. Поэтому в процессе разряда плотность электролита понижается. При глубоком разряде сернокислый свинец превращается в твердую крупнокристаллическую соль, которая плохо восстанавливается в процессе заряда. Поэтому аккумуляторы разряжают до определенной плотности электролита. Для стационарных аккумуляторов она равна 1,17—1,15 г/см3. Для заряда через аккумуляторы пропускают постоянный ток, направленный противоположно разрядному току. Для этого аккумулятор подключают к выпрямителю В (рис. 100) или другому источнику постоянного тока. Положительный зажим выпрямителя соединяют с блоком положительных пластин, а отрицательный зажим выпрямителя — с блоком отрицательных пластин.
Зарядный ток /3 направлен внутри электролита от положительных пластин к отрицательным. Поэтому к положительным пластинам подходят отрицательные ионы кислотного остатка SO7-, а к отрицательным пластинам — положительные ионы водорода 2Н+.
Химические реакции при заряде можно представить следующим уравнением:
(+) (-) (+> (-)
PbSO4 4- PbSO4 + 2Н2О -> РЬО2 + РЬ + 2Н.? SO4.
В процессе заряда сернокислый свинец PbSO4 на положительных и отрицательных пластинах превращается в двуокись свинца РЬО2 на положительных пластинах и в губчатый свинец РЬ на отрицательных пластинах. Одновременно увеличивается количество серной кислоты в растворе, что приводит к повышению плотности электролита. Плотность электролита повышается до тех пор, пока весь сульфат свинца не преобразуется в активные вещества, которые были в аккумуляторе перед разрядом. Поэтому плотность электролита в конце заряда равна плотности электролита в начале разряда. У стационарных аккумуляторов плотность электролита в конце заряда достигает значения 1,2—1,21 г/см3, у аккумуляторов АБН — 1,18—1,2 в летнее время, 1,3—1,32 — в зимнее время. После восстановления активных масс на пластинах зарядный ток разлагает воду электролита на водород и кислород, которые, смешиваясь, образуют взрывоопасную смесь, называемую гремучим газом. Разложение воды электрическим током обнаруживается по интенсивному выделению пузырьков водорода и кислорода на поверхности электролита («кипению»).
75
§ 37.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Основными электрическими характеристиками свинцовых аккумуляторов являются электродвижущая сила, напряжение, емкость, внутреннее сопротивление, отдача и саморазряд.
Э. д. с. и напряжение. Активные вещества положительных и отрицательных пластин свинцового аккумулятора обладают определенными потенциалами относительно электролита. Большим потенциалом обладает двуокись свинца РЬО2, меньшим — губчатый свинец РЬ. В результате возникает разность потенциалов между разноименными полюсами аккумулятора. Эта разность потенциалов при отключенной нагрузке равна э. д. с. аккумулятора. Потенциалы электродов, а значит, и э. д. с. аккумулятора не зависят от количества активных веществ на пластинах. Э. д. с. свинцового аккумулятора зависит, главным образом, от плотности его электролита. Эта зависимость выражается формулой
Е — 0,85 + d,
 -дс d — плотность электролита в порах активной массы пластин.
У разряженного стационарного аккумулятора d = 1,17 г/см3, а Е = 0,85+1,17=2,02 В У заряженного аккумулятора^ = 1,21 г/см3, а Е = 0,85+1,21=2,06 В. Из этого примера следует, что при разряде и заряде э. д. с. свинцового аккумулятора изменяется относительно мало Поэтому по величине э. д. с. нельзя определить степень разря-женности свинцового аккумулятора.
Напряжение аккумулятора при заряде
Ua = Е + /Зго,
а при разряде
Uр — Е — I рг0, где /а — ток заряда;
7Р — ток разряда;
г0 — внутреннее сопротивление аккумулятора.
Кривая изменения напряжения свинцового аккумулятора при его заряде током постоянной величины представлена на рис. 101, а.
На первом этапе заряда, когда восстанавливаются поверхностные слои активных масс, напряжение аккумулятора увеличивается быстр® до 2,12 В, затем медленно до 2,3 В
На втором этапе заряда, когда восстанавливаются внутренние слои
7с
Внутренние слои активных масс не соприкасаются с внешним электролитом, что затрудняет их восстановление. Поэтому при напряжении 2,3 В целесообразно уменьшить величину зарядного тока. Если этого не сделать, то поступающий в аккумулятор ток будет использоваться не полностью. Значительная часть этого тока будет разлагать воду электролита на кислород и водород, начнется газовыделение и преждевременная порча пластин.
При разряде активные массы аккумулятора поглощают из электролита серную кислоту и превращаются в сернокислый свинец PbSO4. По мере разряда поверхность пластин покрывается сернокислым свинцом, затрудняющим подход серной кислоты к внутренним слоям активных масс. В результате этого снижаются плотность электролита в порах пластин, э. д. с. и напряжение свинцового аккумулятора (рис. 101, б). Разряд аккумулятора обычно заканчивается при напряжении 1,8 В.
При дальнейшем разряде серная кислота почти не проникает к внутренним слоям активных масс и напряжение аккумулятора быстро падает. Кроме этого, глубокие разряды приводят к чрезмерной сульфатации пластин, к повреждению аккумуляторов. Разряд аккумуляторов может производиться токами разной величины.
Увеличение разрядного тока приводит к более резкому снижению э. д. с. и напряжения свинцового аккумулятора. Наоборот, снижение разрядного тока позволяет получить от аккумулятора более стабильное напряжение почти на всем интервале времени разряда.
Номинальное напряжение свинцового аккумулятора принимается 2 В. На величину напряжения свинцового аккумулятора оказывает влияние температура электролита.
При снижении температуры электролит в аккумуляторе становится более вязким, а его частицы — менее подвижными. Это ухудшает диффузию электролита и вызывает более крутой подъем и спад кривой напряжения.
Емкость. Различают разрядную и зарядную емкости. Разрядной емкостью аккумулятора называется количество электричества, отдаваемого им при разряде до установленного конечного напряжения. Конечное разрядное напряжение стационарных свинцовых аккумуляторов составляет 1,8 В при нормальных режимах разряда и 1,75 В при ускоренных режимах разряда (0,25—2 ч).
Разрядная емкость измеряется в ампер-часах (А • ч) и получается путем умножения величины разрядного тока в амперах на время разряда tp в часах, т. е. Q = /р/р.
Зарядную емкость аккумуляторы получают в процессе заряда от других источников электрической энергии.
Разрядная емкость свинцового аккумулятора зависит от количества и формы его активных пластин, режима заряда и разряда, температуры электролита.
С увеличением количества активных веществ (РЬОа и РЬ) емкость аккумулятора увеличивается. Активные вещества должны быть равномерно распределены по всей поверхности пластин достаточно
77
тонким слоем. При этом условии обеспечивается хороший доступ электролита ко всей массе активных веществ, достигается максимальная величина разрядной емкости.
На величину разрядной емкости свинцовых аккумуляторов оказывает влияние режим заряда. При ускоренном заряде активные вещества восстанавливаются не полностью. В результате уменьшаются зарядная, а значит,и разрядная емкости. В условном обозначении аккумуляторных батарей в приведенных электрических характеристиках различных типов аккумуляторов указывается номинальная емкость. Она соответствует определенному разрядному режиму. Номинальная емкость стационарных свинцовых аккумуляторов определяется при десятичасовом разряде до напряжения 1;8 В при температуре электролита +25° С.
Номинальная емкость стационарного аккумулятора типа С-1 составляет 36 А • ч. Этой емкости соответствует разрядный ток /р = = 36/10=3,6 А Если изменить величину разрядного тока или температуру электролита, то изменится и емкость аккумулятора. При увеличении разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается. Это объясняется тем, что при больших величинах разрядного тока поверхностные слои активных масс быстро переходят в сернокислый свинец PbSO4, который ограничивает доступ электролита к внутренним слоям активных веществ, не позволяет отдать этим слоям накопленную энергию. В результате активные вещества пластин используются не полностью, аккумулятор преждевременно разряжается до конечного напряжения.
Степень использования активных масс аккумулятора характеризуется коэффициентом pt, который показывает, какую часть номинальной емкости (в процентах) можно получить от аккумулятора при дан-
Таблица 2
Режим разряда	Типы аккумуляторов, для которых можно применять данный режим	Ток разряда, А	Отдаваемая емкость		Наименьшее напряжение в конце разряда, В
			А-ч	Pt. %	
10-часовой	C-N	3,6-V	36V	100	
7,5-часовой	C3-N	4,4V	ззх	91,7	1,8
5-часовой	CK-V	6N	30V	83,3	
3-часовой	СКЭ-V	9V	27V	75	
2-часовой	C3-V	11V	22V	61,1	
1-часовой	CK.-V	18,5V	18,5V	51,4	1,75
0,5-часовой	СКЭ-V	25V	12,5V	35	
0,25-часовой		32V	8V	22,2	
Примечание. N — индекс аккумулятора.
78
ном режиме разряда. Например, при разряде током 9 А аккумулятор типа С-1 имеет емкость 27 А • ч, а коэффициент
р t = ~ 100 = 75 %. г 36
Чем больше разрядный ток, тега хуже используются активные массы аккумулятора и тем меньше коэффициент pt. В табл. 2 приведены данные о емкости аккумуляторов типа С при различных режимах разряда.
Емкость аккумулятора зависит также от температуры электролита: чем ниже температура, тем меньше подвижность частиц электролита и емкость аккумулятора. Повышение температуры способствует увеличению емкости аккумуляторов. Однако при температуре выше +40° С происходит коробление положительных пластин и резко увеличивается саморазряд аккумуляторов. Поэтому в аккумуляторных помещениях должна поддерживаться температура не ниже 4-15 и не выше 1-35° С.
Номинальную емкость свинцового аккумулятора при температуре электролита 4-25° С и десятичасовом режиме разряда определяют по формуле
Q __	/р Ю0
Pt [14-0,008 (Г — 25°С)] ’
где /р — разрядный ток, А;
t — время разряда аккумулятора, ч;
Т — фактическая температура электролита при разряде, °C.
Емкость аккумулятора в течение срока его службы не остается постоянной. В начале эксплуатации происходит дополнительное образование активных масс на пластинах аккумулятора и его емкость увеличивается до 130% номинальной величины. При дальнейшей эксплуатации емкость аккумулятора снижается ввиду выкрошивания активной массы положительных пластин. Снижение емкости до 80—75% номинальной величины принято считать окончанием срока службы аккумулятора.
Внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление свинцовых аккумуляторов очень мало. Вследствие этого свинцовые аккумуляторы можно разряжать большими токами и иметь незначительное внутреннее падение напряжения AU = /рг0. Внутреннее сопротивление постоянному току аккумуляторов типа С в заряженном состоянии
0,0046 „ г0 =------Ом,
в разряженном
0,006 „ г0 —------ Ом.
° N
Отдача и саморазряд. Отдачей аккумуляторов по емкости называется отношение количества электричества, отданного аккумулятором при разряде, к количеству электричества, полученному во время заряда. Если заряд и разряд аккумулятора производятся токами по
79
стоянной величины, отдача аккумулятора по емкости выразится следующей формулой
Qa Ц
где Qp, /р, tp — соответственно емкость, ток и время разряда;
Q3, h’ h — соответственно емкость, ток и время заряда
Так как во время заряда некоторая часть электричества затрачивается на разложение воды и саморазряд, то отдача аккумулятора по емкости меньше единицы'. Для стационарных свинцовых аккумуляторов гщ = 0,844-0,9. Отношение электрической энергии, отданной аккумулятором при разряде, к электрической энергии, полученной им во время заряда, называется отдачей аккумулятора по энергии, или коэффициентом полезного действия аккумулятора (w).
где Up — среднее разрядное напряжение;
U3 — среднее зарядное напряжение.
Для свинцовых аккумуляторов Up = 2 В, a U3 = 2,4 В.
Кроме потерь энергии на разложение воды и саморазряд, отдача аккумулятора по энергии учитывает потери энергии на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Поэтому отдача аккумулятора по энергии меньше отдачи по емкости. Для стационарных свинцовых аккумуляторов ')]«'/= 0,65ч-0,7.
Аккумуляторы, как и первичные элементы, подвержены саморазряду. Этот процесс приводит к бесполезному расходованию активных веществ пластин, снижает отдачу аккумулятора.
Саморазряд вызывается неоднородностью пластин, наличием в электролите вредных примесей (хлора, мышьяка, железа и др.), коррозией электродов, несовершенством изоляции внешних выводов, неодинаковой плотностью электролита в сосуде.
Свинцовая основа пластины и ее активное вещество имеют различные химические свойства. Поэтому между ними возникаю! разность потенциалов и местные токи, вызывающие изменение активных веществ пластин, снижение разрядной емкости. Местные токи в пластинах возникают также в результате неодинаковой плотности электролита в различных частях сосудов. Плотность электролита в нижней части сосудов обычно выше?- чем в верхней части. Саморазряд свинцовых аккумуляторов зависит от температуры электролита. При положительной температуре (до 30° С) неработающие свинцовые аккумуляторы теряют за сутки приблизительно 1% своей емкости. При температурах больших 30° С саморазряд свинцовых аккумуляторов резко увеличивается. Интенсивность саморазряда снижается при отрицательных температурах (от 0 до —30° С).
80
§ 38.	УСТАНОВКА И МОНТАЖ СТАЦИОНАРНЫХ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
Стационарные аккумуляторы типа С и СК поступают с заводов в разобранном виде. Сборку и соединение аккумуляторов в батареи производят на месте установки, т. е. в аккумуляторных помещениях: Батареи аккумуляторов устанавливают на открытых деревянных стеллажах, которые изготовляют из сосновых пиломатериалов 1-го сорта влажностью на более 15%. Стеллажи состоят из продольных лаг прямоугольной формы размером 50^X120 мм, врезанных в поперечные брусья или стойки. По числу рядов аккумуляторов в горизонтальной плоскости стеллажи бывают однорядные и двухрядные, а по числу ярусов— одноярусные и двухъярусные. На двухъярусных однорядных и двухрядных стеллажах (рис. 102) устанавливают аккумуляторы типов отС-1 (СК-1) ДО С-5 (СК-5) включительно. Более тяжелые аккумуляторы устанавливают на одноярусных стеллажах После сборки стеллажи тщательно шпаклюют и окрашивают электролитоупорной краской.
Деревянные стеллажи устанавливают на опорные тумбочки со стеклянными изоляторами. Перед началом монтажа все детали батареи и арматура должны быть распакованы, тщательно осмотрены и разло-_ жены на чистом месте в соответствующем порядке.
Процесс монтажа аккумуляторных батарей производится в следующей последовательности. Сосуды аккумуляторов промывают дистиллированной водой, протирают чистой тряпкой и устанавливают на продольные лаги стеллажей по составленной схеме. Для изоляции от земли под сосуды кладут изоляторы, имеющие форму усеченного конуса. Для выравнивания сосуда между его дном и изоляторами прокладывают пластмассовые шайбы.
После этого в стеклянные сосуды устанавливают положительные и отрицательные пластины. Между пластинами вместо сепараторов временно устанавливают деревянные палочки, изготовленные из сухой древесины, или стеклянные трубочки. Аккумуляторы соединяются в батареях последовательно, так как напряжения одного аккумулятора (2 В) недостаточно для питания устройств автоматики и телемеханики. Для этого положительные пластины одного аккумулятора и отрицательные другого приваривают к свинцовой соединительной полосе (см. рис. 91 и 92). Сварку производят водородным или пропановым пламенем при помощи горелки.
Рис. 102. Двухъярусный стеллаж для стационарных аккумуляторов
81
После сварки аккумуляторы проверяют на отсутствие короткого замыкания между разноименными полублоками пластин при помощи омметра. Затем между пластинами устанавливают сепараторы, а на одну из боковых отрицательных пластин — две отжимные пластмассовые пружины.
После этого в сосуды всех аккумуляторов заливают электролит плотностью 1,18 г/см3. Уровень электролита должен быть выше верхних краев пластин на 10—15 мм. Через 2—4 ч после заливки, когда электролит пропитает массу пластин, аккумуляторы ставят на первый заряд. Он отличается от последующих зарядов особым режимом, большой продолжительностью и во многом определяет качество и срок работы аккумуляторной батареи. Это объясняется тем, что при первом заряде происходит формирование слоев активных веществ двуокиси свинца РЬО2 на поверхности положительных пластин и губчатого свинца РЬ в решетках отрицательных пластин. Поэтому первый заряд называется формировочным зарядом. Положительный полюс батареи подключают к положительному полюсу выпрямителя, а отрицательный полюс батареи — к отрицательному.
Первый заряд стационарных аккумуляторов типов С и СК с положительными пластинами светлой формировки производят следующим образом: заряд без перерыва до сообщения батарее 4,5-кратной номинальной емкости, перерыв 1 ч; заряд тем же током до сильного газовыделения, перерыв 1 ч, заряд до сильного газовыделения, перерыв 1 ч и т. д. Первый заряд заканчивается тогда, когда батарее будет сообщена 9-кратная номинальная емкость. Зарядный ток при первом заряде не должен превышать 7 А на каждую положительную пластину типа И-1; 10 А — пластину типа И-2; 18 А — пластину типа И-4.
Во время первого заряда замеряют напряжение, температуру и плотность электролита каждого аккумулятора. Результаты записываются в протокол формировки. В конце первого заряда напряжение каждого аккумулятора достигает 2,5-4-2,75 В, а плотность электролита— 1,2—1,21 г/см3. Причем эти величины остаются без изменения на протяжении последних 2—3 ч заряда. Если в процессе заряда температура электролита превышает +40° С, то снижают величину зарядного тока на первом этапе заряда (до первого перерыва) и делают дополнительные перерывы в последующих этапах заряда. После окончания формировочного заряда батарею подвергают нескольким тренировочным разряд-зарядам.
Разряд осуществляют током 10-часового режима до напряжения 1,8 В на один аккумулятор. При таком первом разряде батарея должна отдать не менее 70% номинальной емкости. Последующий (тренировочный) заряд осуществляется следующим образом: заряд током, равным 6 А на каждую единицу индекса (6 N) до напряжения 2,4 В, на один аккумулятор, заряд током 3,6 N до достижения постоянства напряжения не менее 2,5 В и плотности электролита в течение 1 ч. После проведения трех тренировочных разряд-зарядов батарея приобретает 100%-ную емкость и вводится в эксплуатацию.
Аккумуляторы АБН-72, АБН-80 поставляются в сухом незаряженном состоянии без электролита. После установки и соединения в бата-8?
рею при помощи перемычек в эти аккумуляторы заливают электролит плотностью 1,21 г/см3 при температуре +25° С. Через 2—6 ч после заливки электролита батарею ставят на первый заряд.
Первый заряд аккумуляторов типа АБН производят следующим образом: непрерывный заряд током 9 А в течение 26 ч, перерыв 2 ч, заряд током 4,5 А в течение 22 ч, перерыв 1 ч, заряд током 4,5 А в течение 3 ч, перерыв 1 ч и т. д. Заряд заканчивается, если при включении на заряд сразу как у положительных, так и у отрицательных пластин будут интенсивно выделяться газы, а плотность электролита и напряжение аккумуляторов перестанут повышаться.
§ 39.	РЕЖИМЫ РАБОТЫ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
Аккумуляторные батареи, применяемые для электропюания железнодорожной автоматики и телемеханики, работают по буферному способу или по способу «заряд -разряд». Основным способом является буферный способ, при котором аккумуляторная батарея Б (рис. 103), полностью заряженная и обладающая емкостью не ниже номинальной, включена параллельно выпрямителю В, питающему нагрузку г. В зависимости от устройства выпрямителей аккумуляторы батареи могут работать в • режиме постоянного подзаряда или импульсного подзаряда.
В режиме постоянного подзаряда питание нагрузки осуществляется от выпрямителя, аккумуляторная батарея заряжена до напряжения 2,15—2,25 В на каждый кислотный элемент. При таких напряжениях аккумуляторы заряжены и в них не выделяются газы. Для компенсации саморазряда от выпрямителя в батарею непрерывно поступает слабый ток подзаряда
/пз = 0,85- 10-3 QH,
где QH — номинальная емкость аккумуляторов.
Во время работы выпрямителя буферная аккумуляторная батарея
уменьшает пульсацию тока, поступающего к нагрузке, а при выклю-
чении выпрямителя является резервным источником на несколько часов работы приемника. Для работы аккумуляторов в режиме постоянного подзаряда применяются выпрямители, имеющие автоматическую стабилизацию выпрямленного напряжения.
При рассматриваемом режиме работы свинцовых батарей к. п. д. электропитающей установки составляет 0,6—0,8, срок службы аккумуляторов — 18—20 лет.
В режиме импульсного подзаряда выпрямитель периодически изменяет величину выпрямленного тока. Если напряжение на каждом свинцовом аккумуляторе батареи равно или ниже 2,1 В, то выпрямитель дает максимальный ток, величина ко-
постояиного тока
Рис. 103. Схема буферного способа работы аккумуляторной батареи
83
Рис. 104. Схема включения батарей при способе заряд-разряд
торого больше тока нагрузки. В это время выпрямитель питает нагрузку и заряжает аккумуляторную батарею, напряжение которой постепенно увеличивается. Когда напряжение на каждом аккумуляторе станет равно 2,3 В, ток выпрямителя автоматически снижается и становится меньше тока нагрузки. Батарея начинает разряжаться до напряжения 2,1 В на аккумулятор. Затем
гесь процесс повторяется. Таким образом, каждый аккумулятор батареи подвергается неглубоким зарядам и разрядам, следующим друг за другом во все время работы выпрямителя. Режим импульсного подзаряда, как и режим постоянного подзаряда, обеспечивает длительную работу аккумуляторных батарей и сравнительно высокий к. п. д. электропитающей установки. Он осуществляется при помощи несложного оборудования. В настоящее время этот режим применяется в питающих установках транспортной автоматики и телемеханики.
Способ «заряд-разряд'» характеризуется тем, что устанавливаются две бата'реи. Если батарея / разряжается на нагрузку г (рис. 104), то батарея II заряжается или находится в запасе.
Когда первая батарея разрядится до допустимого предела, к нагрузке подключают заряженную вторую батарею, а первую батарею подключают к выпрямителю для заряда и т. д. Качество питания нагрузки при таком способе работы аккумуляторных батарей достаточно высоко. В отличие от выпрямителей ток батареи при разряде не содержит гармоник, отрицательно влияющих на качество работы многих устройств автоматики и телемеханики.
К недостаткам способа «заряд-разряд» относятся низкий к. п. д. электропитающей установки (0,3—0,45), значительная емкость и небольшой срок службы аккумуляторов (4—10 лет), необходимость в постоянном уходе, вызванная частыми зарядами аккумуляторных батарей. Поэтому такой способ работы применяют очень редко, только при небольшой мощности электропитающих установок и недостаточно надежном электроснабжении от местных электростанций.
§ 40.	ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Заряд. Существует несколько способов заряда свинцовых аккумуляторов, отличающихся друг от друга режимом, величиной зарядного тока, значением конечного напряжения.
Наибольшее применение получили следующие способы: двухступенчатый заряд при постоянной величине тока, одноступенчатый заряд при постоянной величине тока, заряд плавно убывающим током, одноступенчатый заряд при постоянном напряжении, модифицированный заряд при постоянном напряжении.
84
Выбор способа заряда производится с учетом условий эксплуатации аккумуляторов, допустимой продолжительности заряда, наличия соответствующих зарядных устройств.
Двухступенчатый заряд при постоянной величине тока производится в две ступени. Наибольшая величина зарядного тока аккумуляторов С и СК на первой ступени составляет 0,25 их номинальной емкости (9 Л/, А). Этот ток можно снизить до значения 6 N, А Заряд таким током ведут до напряжения 2,4 В на аккумулятор. После этого зарядный ток снижают до величины 4 N, А и продолжают заряд до конца Снижение зарядного тока во второй ступени необходимо для того, чтобы избежать слишком обильного газовыделения, которое ведет к порче пластин и излишнему расходу электрической энергии.
По мере заряда увеличивается плотность электролита и напряжение кислотного аккумулятора
Конец заряда определяется по следующим признакам: интенсивное выделение газов на пластинах обеих полярностей; плотность электролита достигает 1,205±0,005 г/см3; напряжение аккумулятора становится равным 2,7—2,8 В; положительные пластины становятся темно-коричневыми, а отрицательные — светло-серыми; количество электричества, полученное батареей при заряде, должно быть примерно в 1,2 раза больше количества электричества, отданного ею при предыдущем разряде Средняя продолжительность заряда составляет 7—8 ч.
Во избежание коробления пластин аккумуляторов при заряде температура электролита не должна превышать +40° С. Если температура электролита приближается к указанному пределу, следует уменьшить величину зарядного тока. Во время заряда, особенно к концу его, должна работать вентиляция аккумуляторного помещения. Прежде чем отключить батарею от зарядного агрегата, следует проверить, во всех ли элементах равномерно и одновременно начинается г азовыделение. Отстающие элементы следует дозарядить. Для этого увеличивают время заряда всей батареи или подключают отстающие элементы к специальному зарядному выпрямителю при помощи временной проводки. До заряда и после него необходимо измерить плотность электролита в одном контрольном элементе батареи. Время от времени следует проверять плотность электролита всех элементов и выравнивать разницу добавлением раствора серной кислоты или дистиллированной воды. Электролит в аккумуляторах должен полностью покрывать пластины. У аккумуляторов типа С и СК слой электролита над верхними кромками пластин должен быть не менее 15 мм.
Одноступенчатый заряд при постоянной величине тока осуществляется посредством автоматизированных выпрямительных устройств. Эти устройства поддерживают неизменным зарядный ток на протяжении всего времени заряда (примерно 12 ч).
Величина зарядного тока при этом способе составляет 4 N, А. Допускается уменьшение величины зарядного тока до 3 W, А и менее. Это снизит конечное напряжение аккумулятора и интенсивность «кипения» электролита, но увеличит время полного заряда. Признаки окончания одноступенчатого заряда при постоянной величине тока такие же, как и двухступенчатого.
85
Заряд плавно убывающим током осуществляется зарядными выпрямительными устройствами, имеющими особую внешнюю характеристику. По мере заряда их ток автоматически уменьшается, а напряжение— увеличивается. При этом способе начальный зарядный ток аккумуляторов С и СК составляет 9N, А, а конечный — порядка 4 Л/, А. Конечное зарядное напряжение аккумулятора 2,7—2,8 В, плотность электролита 1,205±0,005 г/см3. Длительность заряда плавно убывающим током составляет 7—8 ч.
Одноступенчатый заряд при постоянном напряжении осуществляется зарядными выпрямительными устройствами, которые работают в режиме стабилизации напряжения. Выпрямленное напряжение поддерживается в пределах 2,2—2,35 В на аккумулятор. При этих напряжениях в аккумуляторе исключается «кипение» электролита на протяжении всего времени заряда. В результате уменьшается выпадание активных веществ пластин на дно сосудов, увеличивается срок службы аккумуляторов и значительно упрощается уход за аккумуляторными батареями. Однако такой заряд требует длительного времени, исчисляемого несколькими сутками. Поэтому рассматриваемый способ заряда обычно применяют при надежном энергоснабжении, когда батареи аккумуляторов являются резервными источниками питания и включаются на разряд очень редко.
В настоящее время одноступенчатый заряд при постоянном сниженном напряжении находит все более широкое применение. При постоянном напряжении 2,3 В на аккумулятор типа С и СК начальный ток заряда достигает величины 36/V, А. По мере заряда этот ток автоматически снижается до значения (0,03-4-0,1) N, А. Установлено, что основную часть израсходованной емкости (около 80%) батарея получает впервые 10 часов заряда. Для передачи остальной емкости затрачивается значительно больше времени (до нескольких суток). Одноступенчатый заряд при постоянном напряжении заканчивается, если зарядный ток и плотность электролита не будут изменяться в течение последних 10 часов заряда.
Модифицированный заряд при постоянном напряжении осуществляется в две ступени.
На первой ступени заряда поддерживается постоянным ток, а на второй—напряжение. Аккумуляторы типа С и СК заряжаются постоянным током, не превышающим 9N, А. Напряжение аккумуляторов на первой ступени заряда постепенно увеличивается до 2,2—2,35 В. После этого выпрямительное устройство переводится в режим стабилизации напряжения. Заряд продолжается при неизменном напряжении 2,2— 2,35 В на аккумулятор и плавно убывающем токе.
Окончание заряда определяется по тем же признакам, что и в предыдущем случае: постоянной величине зарядного тока и плотности электролита в последние часы заряда.
Разряд. Аккумуляторы можно разряжать токами различной величины. Чем больше разрядный ток, тем меньше время разряда и емкость аккумуляторов.
Номинальную емкость стационарные аккумуляторы отдают при 10-часовом рэжвме разряда. Расчет емкости при других режимах раз-1’0
ряда приведен в § 37. Максимально допустимый разрядный ток аккумуляторов типа С соответствует 3-часовому режиму разряда. Аккумуляторы типа СК можно разряжать также токами 2-часового и 0,25-часового режимов разряда. По мере разряда аккумулятора 5 мень-шаются его напряжение и плотность электролита. Окончание разряда характеризуется следующими признаками: напряжение одного аккумулятора типа С становится равным 1,8 В, а типа СК— 1,75 В; плотность электролита понижается до 1,15—1,17 г/см3; положительные пластины становятся бурыми, а отрицательные — темно-серыми; емкость, полученная от аккумулятора, соответствует данному режиму разряда.
Разряженные аккумуляторы следует поставить на заряд не позднее чем через 12 ч с момента окончания разряда.
Перезаряд. При нормальных зарядах аккумуляторов некоторая часть сернокислого свинца PbSO4 не восстанавливается, превращаясь в твердое крупнокристаллическое вещество. В результате этого пластины аккумуляторов постепенно сульфатируются. Для предохранения пластин от сульфатации один раз в три месяца производят перезаряд аккумуляторных батарей. Перезаряд производится следующим образом: батарею разряжают до напряжения 1,8 В на каждый элемент, а затем заряжают до кипения током, равным 0,1 номинальной емкости; делают перерыв 1 ч; продолжают заряд тем же током до кипения электролита; делают перерыв 1 ч; батарею заряжают тем же током до кипения и т. д. Перезаряд заканчивается тогда, когда батарея, включенная на заряд после часового перерыва, сразу начинает закипать.
Хранение бездействующей батареи. Если аккумуляторная батарея выключена из работы не более чем на два месяца, ее следует предварительно зарядить с перезарядом. При длительном хранении через каждые два месяца батарею разряжают нормальным током, а затем заряжают. Перед включением в работу батарею заряжают с перезарядом.
Общие правила эксплуатации. Во время эксплуатации на наружных частях аккумуляторов и стеллажах осаж-дается пыль, капельки кислоты и влаги. Это вызывает порчу стеллажей, окисление проводов и загрязнение электролита, а также снижает сопротивление изоляции батарей относительно земли и увеличивает утечку тока. Поэтому аккумуляторы и стеллажи необходимо содержать в чистоте, своевременно удалять окислы, образующиеся на соединениях аккумуляторов, смазывать очищенные места техническим вазелином и следить за целостью кислотоупорной окраски стеллажей и проводов.
В аккумуляторном помещении не должно быть искрящих контактов. Нельзя входить в аккумуляторную с открытым огнем. При невыполнении этих условий может произойти взрыв выделяющихся из аккумуляторов газов. Лица, обслуживающие аккумуляторы, должны иметь резиновые перчатки, фартуки и галоши. Для нейтрализации серной кислоты в случае ее попадания на кожу или одежду в аккумуляторной должен быть 10%-ный раствор соды или нашатырного спирта.
87
Данные о заряде и разряде батареи (величину тока, напряжение, плотность и температуру электролита), о расходе материалов на содержание батареи (дистиллированной соды, кислоты), о замеченных неисправностях батареи записывают в аккумуляторный журнал.
Эксплуатация батарей из аккумуляторов типов С и СК в режиме непрерывного подзаряда осуществляется с соблюдением следующих основных правил.
1.	Перед вводом в эксплуатацию батарея должна быть правильно отформована и обладать емкостью не ниже номинальной.
2.	Эксплуатация аккумуляторов при напряжении 2,2+0,05 В осуществляется без тренировочных заряд-разрядов и перезарядов.
3.	Эксплуатация аккумуляторов при напряжении 2,15±0,05 В производится с проведением (один раз в квартал) уравнительных зарядов при повышенном до 2,3+0,05 В напряжении в течение 2—3 суток.
4.	Контрольные измерения напряжения каждого аккумулятора, плотности электролита и его температуры производятся не реже 1 раза в месяц. Постоянство плотности электролита указывает на то, что аккумуляторы полностью сохраняют свою емкость.
5.	Контрольные разряды батареи проводятся ежегодно. При контрольных разрядах батарею разряжают током 10-часового разряда до конечного напряжения 1,8 В на один аккумулятор, а затем заряжают до достижения постоянного по величине напряжения и нормальной плотности электролита. Если при контрольном разряде полученная от батареи емкость окажется меньше номинальной, то производят дополнительный заряд батареи с перезарядом.
§ 41.	ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
Сульфатация пластин. При разряде аккумуляторов активные вещества положительных и отрицательных пластин РЬО2 и РЬ переходят в сульфат свинца PbSO4. При правильной эксплуатации аккумуляторов сульфат свинца имеет мелкокристаллическое строение и во время заряда легко переходит в РЬО2 и РЬ.
В ряде случаев сульфат свинца частично или полностью может превратиться в крупнокристаллическое трудноразложимое вещество, которое не восстанавливается при нормальном заряде. Этот процесс называется сульфатацией пластин.
Сульфатацию пластин можно обнаружить по следующим признакам: положительные пластины становятся светло-коричневыми, а отрицательные покрываются белыми пятнами; активная масса отрицательных пластин становится жесткой и выпучивается из ячеек: уменьшается емкость аккумулятора.
В результате снижения емкости сульфатированные аккумуляторы начинают кипеть раньше других при заряде и быстро разряжаются при разряде, плотность электролита становится меньше нормальной.
Причины сульфатации пластин: разряд аккумулятора ниже 1,8— 1,75 В или недопустимо большим током, длительное хранение батареи 88
в разряженном состоянии, неправильное подключение батареи к источнику зарядного тока, многократный недозаряд аккумуляторов, нерегулярное проведение перезарядов, низкий уровень электролита, заливка электролитом большой плотности, загрязнение электролита, внутреннее короткое замыкание пластин.
Для устранения сульфатации пластин применяют: длительный заряд аккумуляторов малыми токами; заряд аккумуляторов в дистиллированной воде; глубокие разряды аккумуляторов малыми токами.
Первый способ применяется при незначительной и незапущенной сульфатации пластин и заключается в следующем. Сначала засульфа-тированные аккумуляторы доливают дистиллированной водой (несколько выше нормального уровня) и заряжают нормальным током до кипения. После этого делают перерыв 20—30 мин и снова включают на заряд, уменьшив величину зарядного тока в десять раз. При начавшемся сильном газовыделении заряд прекращают и делают перерыв на 20—30 мин. Такой заряд уменьшенным током с перерывами ведут до тех пор, пока аккумуляторы, включенные на заряд после перерыва, сразу же начинают закипать. После этого восстанавливают до нормы плотность электролита и аккумуляторы пускают в эксплуатацию.
Второй способ применяется при глубокой, но не запущенной сульфатации пластин. При этом засульфатированные аккумуляторы разряжают до напряжения 1,8 В на каждый элемент, выливают из сосудов электролит и заменяют его дистиллированной или подкисленной водой плотностью 1,05 г/см3. Через час после заливки воды аккумуляторы начинают заряжать током такой величины, чтобы напряжение на зажимах каждого элемента не превышало 2,3 В. В процессе заряда сульфат свинца PbSO4 будет переходить в РЬО2 и РЬ. В результате этого будет увеличиваться плотность электролита. При плотности электролита 1,1—1,12г/см3ток уменьшают до 1!ь нормального зарядного тока. Когда плотность электролита перестанет увеличиваться и начнется бурное газовыделение, заряд прекращают. После заряда аккумуляторы разряжают током, численно равным их номинальной емкости, до конечного допустимого напряжения. Такие циклы заряда-разряда проводят несколько раз, пока не восстановится емкость аккумуляторов. После этого плотность электролита доводят до нормы и батарею пускают в эксплуатацию.
Третий способ позволяет устранить сильную и запущенную сульфатацию пластин. Для восстановления емкости засульфатированные аккумуляторы заряжают с перезарядом током нормальной величины. Затем аккумуляторы разряжают слабым током, равным ’/50 их номинальной емкости, до конечного напряжения 1,8—1,75 В. Глубокий разряд малыми токами способствует постепенному растворению твердого Сульфата, который покрывает пластины сверху и препятствует прониканию электролита к внутренним слоям активных масс. Такие циклы заряда-разряда повторяют 7—8 раз, пока полностью не восстановится емкость аккумуляторов.
Короткое замыкание пластин. Причинами короткого замыкания могут быть: выпавшая активная масса, которая, оседая на дно сосуда, соединяет кромки пластин; искривление положительных пластин до
89
соприкосновения с отрицательными; износ и разрушение сепараторов; попадание в аккумуляторы посторонних металлических предметов.
При заряде аккумуляторов, имеющих такие повреждения, основная часть зарядного тока проходит по токопроводящему соединению, минуя электролит. Поэтому аккумуляторы, имеющие внутреннее короткое замыкание, плохо заряжаются: они имеют пониженное напряжение и меньшую плотность электролита. После отключения источника зарядного тока из-за непрерывного разряда напряжение поврежденного аккумулятора быстро снижается. Короткое замыкание вызывает глубокую сульфатацию пластин. Место короткого замыкания в аккумуляторах со стеклянными сосудами можно определить при тщательном их осмотре с. переносной лампой.
Для определения места короткого замыкания в аккумуляторах с непрозрачными сосудами пользуются компасом. Поврежденные аккумуляторы создают магнитное поле. Поэтому стрелка компаса при поднесении его к поврежденному аккумулятору отклонится от обычного направления. После отыскания места короткого замыкания его необходимо быстро устранить. Выпавшая активная масса удаляется со дна сосуда деревянной или эбонитовой палочкой с тупым концом. Поврежденные сепараторы заменяются новыми. При искривлении положительных пластин поврежденный элемент выключают из батареи. Покоробившиеся пластины вынимают из сосуда и осторожно правят под прессом между двумя деревянными досками. После длительной эксплуатации аккумуляторов покоробившиеся пластины выпрямить нельзя и поэтому их заменяют новыми. Отремонтированный аккумулятор заряжают.
Загрязнение электролита. Срок службы аккумуляторных батарей в значительной степени зависит от качества электролита. Поэтому серная кислота, применяемая для приготовления электролита, по содержанию в ней примесей должна удовлетворять требованиям ГОСТа.
Примеси благородных металлов, меди, железа, мышьяка, сурьмы и висмута способствуют увеличению саморазряда аккумуляторов. Присутствие марганца увеличивает внутреннее сопротивление и уменьшает емкость аккумуляторов. Примеси уксусной, соляной и азотной кислот разрушают пластины.
Загрязненный электролит следует немедленно заменить новым.
§ 42.	ЩЕЛОЧНЫЕ НИКЕЛЬ-ЖЕЛЕЗНЫЕ И НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Конструкция. Существует несколько видов щелочных аккумуляторов. По устройству электродов они разделяются на ламельные и безламельные, по составу активной массы пластин — на никельжелезные, никель-кадмиевые, серебряно-цинковые, по способу исполнения —герметичные и негерметичные. На рис. 105 показано устройство ламельного никель-железного (НЖ) аккумулятора. В стальном никелированном корпусе 1 расположены блоки положительных 2 и отрицательных 4 пластин. Разноименные пластины изолируются друг 90
от друга эбонитовыми палочками 3. На верхней крышке корпуса размещены полюсные выводы и отверстие для заливки электролита, закрываемое пробкой. Пробка (рис. 106) имеет Т-образный канал / для выхода газов, закрываемый резиновым пояском 2, и прокладку <3. Полюсные выводы положительных и отрицательных пластин изолированы от крышки корпуса.
Пластины аккумулятора состоят из стальных перфорированных ламелей (оболочек), внутри которых заложена активная масса. Для повышения электропроводности в активную массу добавляют графит или никель. В аккумуляторах типа НЖ количество отрицательных пластин на одну больше, чем положительных. Причем крайние отрицательные пластины касаются корпуса;
Рис. 105. Никель-железный ак-
кумулятор
Рис. 106. Пробка щелочного аккумулятора
положительные пластины с торцов изолируются от корпуса листовым эбонитом. В аккумуляторах типа НК крайними пластинами являются положительные пластины, вследствие чего корпус сообщается с положительным полюсным выводом.
Активной массой положительных пластин аккумуляторов НЖ и НК является гидрат окиси никеля Ni(OH)3.
Активная масса отрицательных пластин у аккумуляторов НЖ состоит из губчатого железа, а аккумуляторов НК — из губчатого кадмия. Электролитом служит водный раствор едкого кали КОН или едкого натра NaOH плотностью 1,19—1,21 г/см3 с добавкой 20 г
едкого лития на 1 л электролита, который препятствует изменению
структуры активных масс положительных пластин в условиях высоких температур.
При разряде гидрат окиси никеля переходит в гидрат закиси никеля, а губчатое железо (кадмий) — в гидрат его закиси. На образование этих веществ не затрачивается едкий натр (кали), поэтому плотность электролита во время разряда остается постоянной. Однако в аккумуляторы периодически доливают чистую воду, так как часть ее разлагается зарядным током на кислород и водород и испаряется. При заряде аккумуляторов НЖ и НК все химические процессы идут в обратном направлении и пластины восстанавливаются до первоначального химического состава.
91
Безламельные никель-кадмиевые аккумуляторы НКБ отличаются от ламельных НК конструкцией пластин. Пластины безламельных аккумуляторов состоят из стальной рамки, в которую впрессована порошкообразная активная масса. Применение таких пластин позволило увеличить удельную емкость щелочных аккумуляторов на 30— 40%.
Положительные и отрицательные пластины в аккумуляторах НКБ изолируют друг от друга гофрированной пленкой из винипласта или специальной комбинированной изоляцией. Благодаря этому уменьшается расстояние между пластинами, а следовательно, и внутреннее сопротивление аккумулятора. Безламельные аккумуляторы не боятся низких температур и имеют малый саморазряд
Отечественная промышленность выпускает батареи безламельных аккумуляторов 4НКБ-15, 4НКБ-20, 10НКБ-60 и т. д. В этих обозначениях первые цифры указывают количество последовательно соединенных аккумуляторов в батарее, буквы НК — кадмиево-никеле-вая; буква Б — безламельная, а число в конце — номинальную емкость батареи в ампер-часах.
Герметичные никель-кадмиевые аккумуляторы не требуют на протяжении всего срока службы доливки или корректировки электролита. Они заряжаются в закрытом состоянии и допускают эксплуатацию при любом положении в пространстве.
Основные характеристики. Э. д. с. заряженного щелочного аккумулятора НЖ— 1,5 В, а аккумулятора НК — 1,4 В. При разряде э. д. с. снижается до 1,3 В. Напряжение щелочных аккумуляторов не является постоянной величиной. При разряде оно быстро падает до 1,3 В, а затем медленно — до напряжения 1,15 В, при котором обычно прекращают разряд. Дальнейший разряд нецелесообразен, так как напряжение быстро падает и становится недостаточным для нормальной работы приемника энергии. Среднее напряжение аккумулятора при разряде принимается равным 1,25 В. При заряде напряжение аккумулятора быстро увеличивается с 1,15 до 1,6 В, а затем медленно повышается до 1,8 В.
В отличие от кислотных щелочные аккумуляторы могут отдать полную емкостькри различных режимах разряда. Для этого щелочные аккумуляторы следует разряжать до различного конечного напряжения. Чем больше разрядный ток, тем меньше конечное напряжение, при котором аккумулятор отдает полную емкость. Например, при восьмичасовом режиме разряда аккумулятор отдает номинальную емкость при конечном напряжении 1,1 В, а при пятичасовом режиме разряда — при конечном напряжении 0,8 В. Большое изменение напряжения щелочных аккумуляторов требует установки специальных устройств, стабилизирующих напряжение электропитающей установки. Поэтому при одно-, трех- и пятичасовом режимах разряда используется только часть номинальной емкости щелочных аккумуляторов.
Нормальной температурой электролита щелочного аккумулятора считается +25° С. При понижении температуры емкость аккумулятора уменьшается, а при повышении увеличивается. Однако повышение
температуры электролита выше 4-40° С резко увеличивает саморазряд аккумулятора.
Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов приблизительно в 2 раза больше, чем свинцовых аккумуляторов такой же емкости. Вследствие этого они менее чувствительны к коротким замыканиям, но имеют более низкий к. п. д. Внутреннее сопротивление заряженного щелочного аккумулятора можно определить по формуле
% = 0,35/Qu,
где QH — номинальная емкость аккумулятора.
Внутреннее сопротивление разряженного аккумулятора в 1,5— 2 раза больше, чем заряженного.
Щелочные никель-железные аккумуляторы подвержены значительному саморазряду. Так, за 30 суток хранения при температуре электролита +20° С эти аккумуляторы теряют ог 30 до 50% номинальной емкости, а при температуре электролита +40° С — всю емкость. Саморазряд никель-кадмиевых аккумуляторов в 2—2,5 раза меньше, чем никель-железных. Отдача у щелочных аккумуляторов меньше, чем у кислотных, и составляет 0,65 по емкости и 0,5 по энергии.
§ 43.	АККУМУЛЯТОРНЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ
Общие требования. Аккумуляторные батареи размещаются в спе циальном помещении — аккумуляторной. Пол аккумуля юрного по мещения делают стойким к воздействию электролита и рассчитывают на нагрузку, создаваемую весом установленных аккумуляторных батарей. На верхнее покрытие пола наносят два слоя специального электролитоупорного асфальта или один слой асфальта и метлахские плитки. Если пол сделан из асфальта, то тумбочки стеллажей устанавливают на электролитоупорные плитки, которые располагают на цементной подушке. Если пол покрыт метлахскими плитками, то тумбочки ставят непосредственно на пол.
Стены аккумуляторного помещения штукатурят и окрашивают электролитоупорной эмалевой краской. Для предохранения аккумуляторов от нагревания прямыми солнечными лучами оконные стекла делают матовыми или покрывают их тонким слоем светлой краски.
Высота аккумуляторного помещения должна быть не менее 2,2 м при установке аккумуляторов на одноярусных стеллажах и не менее 2,8 м при установке аккумуляторов на двухъярусных стеллажах. Рядом с аккумуляторной располагается комната площадью не менее 6 м2 для хранения кислоты, дистиллированной воды, запасных частей и принадлежностей для приготовления электролита. Здесь же устанавливают водопроводный кран для промывки аккумуляторов и вспомогательного оборудования для них.
На входной двери в аккумуляторное помещение указывается: «Аккумуляторная», «С огнем не входить», «Курение запрещено».
Размещение оборудования. Стеллажи в аккумуляторной устанавливают так, чтобы к каждому аккумулятору был свободный доступ
93
для осмотра, доливки электролита или воды и для работы по текущему ремонту. Поэтому вдоль стен аккумуляторного помещения можно размещать только однорядные стеллажи. Между стеллажами оставляют проходы шириной не менее 1 м.
Стеллажи должны отстоять от отопительных приборов на расстоя нии не менее 1 м. Батареи размещают на стеллажах так, чтобы при их обслуживании была устранена возможность одновременного случайного прикосновения к двум точкам, между которыми имеется напряжение более 250 В . Щелочные и кислотные аккумуляторы располагаются в разных аккумуляторных помещениях. Проводка в аккумуляторном помещении выполняется кабелем ВРГ с медными жилами, с резиновой изоляцией, в полихлорвиниловой оболочке без наружного покрова. Кабели прокладывают в металлических трубах под полом аккумуляторной. Концы труб при выходе из-под пола для герметизации заливают гудроном.
Вентиляция, отопление и освещение. Для удаления выделяющихся из аккумуляторов водорода и кислорода, образующих взрывоопасную смесь — гремучий газ, а также захватываемых этими газами мельчайших частиц серной кислоты в аккумуляторном помещении устраивают приточно-вытяжную вентиляцию, обеспечивающую пяти—десятикратный обмен воздуха в час в зависимости от числа и типа установленных аккумуляторов и размеров помещения. Вытяжные каналы вентиляционной системы аккумуляторных не должны сообщаться с дымоходами или общей вентиляционной системой. Они обычно заканчиваются вытяжной трубой, возвышающейся на 1,5 м над крышей. Категорически запрещается в аккумуляторных помещениях открывать окна, так как поступающий извне воздух может быть засорен пылью и газами.
В аккумуляторном помещении должна поддерживаться температура от 4-15 до +35° С. Для подогрева воздуха применяют паровое или водяное отопление. Исскуственное освещение аккумуляторного помещения должно обеспечивать освещенность не менее 40 лк. Во избежание взрыва газа применяют газонепроницаемые и взрывобезопасные светильники, а выключатели и штепсельные розетки для переносных ламп устанавливают перед входом в аккумуляторное поме-цение.
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ГЛАВА XI
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВЕНТИЛИ И ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
§ 44.	НАЗНАЧЕНИЕ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ВЫПРЯМИТЕЛЯ
В настоящее время электростанции вырабатывают и передают потребителям преимущественно переменный ток частотой 50 Гц. Однако для приведения в действие аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики требуется, в основном, постоянный ток. Поэтому возникает необходимость преобразования переменного тока в постоянный. Для этой цели используются выпрямительные устройства. Всякое выпрямительное устройство (выпрямитель) состоит из трех основных частей: трансформатора Тр, выпрямительной схемы В и фильтра Ф (рис. 107).
Трансформатор служит для преобразования стандартного переменного напряжения сети в переменное напряжение такой величины, при котором на выходе выпрямительного устройства возникает заданное постоянное напряжение, необходимое для питания аппаратуры автоматики и телемеханики.
Выпрямительная схема состоит из вентилей, пропускающих электрический ток только в одном направлении. В результате происходит выпрямление переменного тока. Выпрямленный ток на выходе выпрямительной схемы изменяется по величине (пульсирует). В результате действия фильтра пульсация выпрямленного напряжения, подводимого к нагрузке, становится во много раз меньше.
Для электропитания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики применяются полупроводниковые вентили (селеновые, германиевые, кремниевые).
Рис. 107. Функциональная схема выпрямительного устройства
95
§ 45.	ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЕНТИЛИ
Общие сведения. Вентиль — это прибор, обладающий односторонней проводимостью: току прямого направления они оказывают малое сопротивление, току обратного направления — очень большое сопротивление. Это основное электрическое свойство вейтиля выражается его вольт-амперной характеристикой, т. е. зависимостью тока от приложенного к вентилю напряжения (рис. 108)
При прямом напряжении Unp вентиль легко пропускает ток /пр, который резко увеличивается с возрастанием прямого напряжения. Зависимость /пр = гр (Ппр) выражает прямая ветвь вольт-амперной характеристики. Обратная ветвь этой характеристики выражает зависимость обратного тока /обр от величины приложенного обратного напряжения Uo6p. Под действием обратного напряжения вентиль пропускает незначительный ток, увеличивающийся с возрастанием обратного напряжения. При значении обратного напряжения, называемого напряжением пробоя, происходит электрический пробой вентиля.
Максимальное обратное напряжение, которое вентиль может выдерживать без пробоя, сохраняя в допустимых пределах величину обратного тока, называется допустимым обратным напряжением.
Для обеспечения надежной работы вентиля допустимое обратное напряжение берется намного меньше напряжения пробоя. Полупроводниковый вентиль представляет собой контактное соединение двух полупроводников с различными типам проводимости —электронной п и дырочной р (рис 109, а). Вследствие большой концентрации электронов в полупроводнике п по сравнению с полупроводником р будет происходить диффузия электронов из первого полупроводника во второй Аналогично будет происходить диффузия дырок в полупроводник п В результате этого в тонком пограничном слое полупроводника н образуется объемный положительный заряд, а в пограничном слое полупроводника р — объемный отрицательный заряд.
Электрическое поле этих пространственных зарядов противодействует дальнейшей диффузии электронов и дырок через переход р-п. Таким образом, в слое р-п возникает потенциальный барьер.
Если положительный полюс источника питания соединить с полупроводником р, а отрицательный полюс — с полупроводником п (рис.109, б), то электрическое поле источника ослабит действие пространственных зарядов, уменьшит потенциальный барьер. В результате чего возрастет диффузия, а следовательно, и ток через переход р-п. Такое соединение источника является 1 Inp I прямым. При обратном соединении, когда поло-/ жительный полюс источника соединен с полупро-/ водником п, а отрицательный — с полупроводни-/ ком р, внешнее электрическое поле источника уси--	ливает поле пространственных зарядов и удаляет
7/7 основных носителей тока с обеих сторон перехода п	(рис. 1и9,в) Через переход проходит в этом случае
лишь весьма малый ток, создаваемый движением стика вентиля неосновных носителей. Таким образом, ксгл,-т.
96
Рис. 109. Принцип работы вентиля
ное соединение двух полупроводников с разными проводимостями обладает односторонней проводимостью, т. е. является вентилем.
Селеновые вентили. На рис. ПО показано устройство селенового вентиля. На алюминиевую пластину 1 круглой, квадратной или прямоугольной формы нанесен тонкий слой селена 2, а поверх него — слой легкоплавкого сплава 3 из олова, кадмия и висмута. Между слоем селена, имеющего дырочную электропроводимость, и легкоплавким сплавом, обладающим электронной проводимостью, образуется вентильный р-н-переход.
Промышленностью выпускаются селеновые элементы 22 размеров на тики нагрузки от 60 мкА до 24 А на один элемент. Чем больше активная поверхность элемента, тем больший ток можно пропустить через него.
В зависимости от величины допустимого переменного напряжения селеновые элементы делятся на шесть классов:
Класс...........................В	Г	Д	Е	И	Kj
Допустимое действующее значение
переменного напряжения,	В .... 20 25	30	35	40	45
Селеновые вентили собирают в выпрямительные столбики. В стол-
бике отдельные элементы соединяются в различные выпрямительные
схемы. В системах автоматики и телемеханики широко применяются однофазный и трехфазный выпрямительные мосты. После длительной работы прямое сопротивление селеновых вентилей повышается. Это
явление называется старением вентилей. В нормальных условиях работы выпрямителей срок их службы составляет примерно 5 лет. При нарушении нормальных режимов работы (перегрузки, превышение допустимой температуры и т. п.) срок службы выпрямителя сокращается.
Германиевые вентили. Германиевые вентили (диоды) разделяются на точечные и плоскостные. Точечные вентили состоят из стеклянного или металлического баллона, в который впаяны два проводниковых вывода. Первый вывод соединяется с небольшим кристаллом германия / (рис. 111, а) с п-проводимостью, второй вывод — с тонкой вольфрамовой пружиной, заканчивающейся иглой 2. В процессе формовки в слое германия, расположенном вокруг вольфрамовой иглы, образуется полусферическая область с р-проводимостью. Точечные
Рис. 110. Устройство селенового вентиля
4 Зак. 1410
91
Рис 111 К устройству германиевого вентиля
3 п р
Рис 112. К устройству кремниевого вентиля
германиевые вентили являются маломощными (максимальный выпрямленный ток не превышает 20— 30 мА). Поэтому они применяются в основном в измерительных приборах, в цепях управления и сигнализации. В выпрямительных устройствах'для питания аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики используются более мощные плоскостные германиевые вентили. Они состоят из герметизированного корпуса, внутри которого расположена пластина германия 1 (рис. 111, б) с электронной проводимостью и индиевая таблетка 2. При изготовлении диода во время термообработки атомы индия проникают в пластину германия. В результате в германии образуется слой Г, обладающий
дырочной проводимостью. На границе двух областей германия и Создается р-и-переход. Ток проходит внутри вентиля от индия к германию.
Германиевые вентили выгодно отличаются от селеновых тем, что с ш много меньше по габаритным размерам и могут выдерживать обратные напряжения в несколько сот вольт. Падение напряжения в гроводящем направлении составляет всего лишь 0,25—0,5 В, вследствие чего к. п. д. германиевых вентилей очень велик (до 0,98).
Существенным недостатком германиевых вентилей является их чувствительность к тяжелым условиям работы (перегрузки по прямому току и обратному напряжению, а также по рабочей температуре).
Кремниевые вентили. Силовые кремниевые вентили подразделяются на неуправляемые и управляемые (тиристоры). По своему устройству они напоминают германиевые вентили, но изготовляются из других материалов. Основой кремниевого вентиля является тонкая пластина 1 чистого кремния (рис. 112), обладающая электронной (п) проводимостью. Эта пластина сплавляется с пластиной алюминия 2. Вследствие диффузии атомов алюминия в кремнии создается тонкий слой Г, обладающий дырочной (р) проводимостью. Таким образом, внутри кремниевой пластины создается р-н-переход, обусловливающий выпрямляющее действие вентиля. Кремниевые вентили, как и германиевые, заключены в герметичный корпус для защиты от влияния влажности окружающей среды. Один вывод кремниевого вентиля соединяется с алюминиевой пластиной, другой— с токосъемным сплавом3 серебра с сурьмой, нанесенным на другую сторону пластины кремния. Вентиль проводит ток в направлении от алюминия к кремнию. Выпрямительные t кремниевые вентили имеют несколько большее пря-{	? мое сопротивление, чем германиевые, зато их об-
। ратное сопротивление примерно на порядок боль-I —“ ше. Допустимое обратное напряжение кремниевых 1/1 /1|1 вентилей больше, чем германиевых, и достигает 600 В и более, рабочий ток до 1000 А, рабочая температура от —60 до +150° С. Большое допустимое обратное напряжение позволяет строить кремниевые выпрямительные схемы без последователь-
98
Рис 113 Тиристор
ного соединения вентилей, что значительно упрощает эти схемы. Поскольку кремниевые вентили обладают небольшими размерами и пропускают большие токи, они требуют интенсивного охлаждения. При небольших нагрузках охлаждение осуществляется при помощи радиаторов, а при больших — потоком воздуха от специального вентилятора.
В настоящее время все шире внедряются управляемые кремниевые вентили или тиристоры (рис. ИЗ). Тиристор представляет собой кремниевую пластину с «-проводимостью, в которой специальными технологическими методами создается четырехслойная полупроводниковая структура р-п-р-п, состоящая из трех р-п-щереходов, включаемых последовательно. Крайние два слоя р и п с припаянными к ним металлическими электродами являются соответственно анодом А и катодом К тиристора.
К внутреннему слою с проводимостью р присоединяется управляющий электрод УЭ, через который может проходить небольшой ток управления.
Тирисгор может находиться в двух состояниях: в выключенном, или закрытом, которое характеризуется большим сопротивлением, и во включенном, или открытом, которое характеризуется малым сопротивлением. Переход из закрытого состояния в открытое осуществляется путем подачи на анод большого положительного потенциала или путем подачи в цепь управляющего электрода УЭ необходимого импульса напряжения. Переход тиристора из открытого состояния в закрытое осуществляется путем снятия анодного напряжения или уменьшения величины прямого тока, проходящего через тиристор, до некоторой минимальной величины, называемой удерживающим током.
§ 46.	КРЕМНИЕВЫЕ СТАБИЛИТРОНЫ
Стабилитронами называют диоды, применяемые для стабилизации напряжения.
Рассмотрим вольт-амперную характеристику кремниевого стабилитрона (рис. 114). Для стабилизации напряжения обычно используется участок АВ этой характеристики, когда к стабилитрону подводится обратное напряжение. При напряжении UА начинается электрический пробой р-п-перехода. Этому напряжению соответствует минимальный ток стабилизации /мин. Обратному напряжению U„ соответствует максимальный ток стабилизации /макс и наибольшая допустимая мощность в стабилитроне РмаКс — £/в/макс- При напряжениях, больших UB, мощность, выделяемая в стабилитроне, превышает установленный предел. В результате электрический пробой переходит в тепловой и наступает необратимое разрушение р-п-пере-хода.
4*
5»
Рис. 114. Вольт-амперная характеристика кремниевого стабилитрона
Рис. 115. Схема стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном
Рис 116. Характеристики стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном
Таким образом, в области электрического пробоя (на участке АВ вольт-амперной характеристики) кремниевые стабилитроны не перегреваются выше допустимой температуры и не выходят из строя. Причем напряжение пробоя остается почти постоянным в условиях, когда обратный ток меняется в очень широких пределах (от /ыин до /макс). Именно это свойство кремниевых диодов используется для стабилизации напряжения. На рис. 115 показана схема простейшего стабилизатора напряжения с кремниевым стабилитроном. Стабилизатор состоит из кремниевого стабилитрона Д и резистора 7?0, включенных последовательно. Нагрузка сопротивлением RH включается параллельно стабилитрону. На рис. 116 показана характеристика, выражающая зависимость выходного напряжения J7Bblx стабилизатора от входного напряжения Uех.
При напряжении (7ВХ мин начинается электрический пробой р-п-перехода стабилитрона Д. На выходе стабилизатора при этом устанавливается напряжение 6/вых. мон. При увеличении входного напряжения от значения (7ВХ_ мин до значения t/Ex. макс увеличивается ток кремниевого стабилитрона от /мин до /макс. Выходное напряжение при этом меняется незначительно от {7еЫХ МИ11 до (7ВЫХ. макс. Номинальное входное напряжение (7ВХ. ном соответствует точке Б, расположенной на середине рабочего участка АВ характеристики стабилитрона. Изменению входного напряжения ^вх. макс ^вх. ном будет СООТ-ветствовать незначительное изменение
выходного напряжения Д£/вых = £/вых. Maw — ^вых. ном-Сопротивление резистора /?0 выбирается с таким расчетом, чтобы при напряжении (/1)Х. макс ток кремниевого стабилитрона не превышал заданный предел, за которым происходит тепловой пробой и порча стабилитрона.
Пределы стабилизации напряжения в кремниевом стабилитроне ограничены минимальным /мин и максимальным /макс токами стабилизации. Напряжение стабилизации кремниевых стабилитронов зависит от их типа и составляет 3,7—100 В. Если необходимо стабилизировать более высокое напряжение, включают несколько стабилит-
100
ронов последовательно. Параллельное соединение стабилитронов не применяется, так как невозможно подобрать стабилитроны с совер шенно одинаковыми вольт-амперными характеристиками. Поэтому при параллельном включении работает только один стабилитрон, у которого электрический пробой наступает раньше. Необходимо отметить, что кривая вольт-амперной характеристики кремниевого диода имеет резкий излом при прямом напряжении 1—1,5 В. Поэтому кремниевые диоды можно использовать для стабилизации малых напряжений. В этом случае их включают в прямом направлении по аналогичным схемам.
Кремниевые стабилитроны используются в выпрямителях диспетчерской, горочной и электрической централизации для получения опорного (определенного, неизменного) напряжения.
§ 47.	КЛАССИФИКАЦИЯ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ИХ ПАРАМЕТРЫ
В устройствах автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте получили применение следующие схемы выпрямления переменного тока: однофазная однополупериодная; однофазная двух-полупериодная (схема Миткевича); однофазная мостовая; трехфазная однополупериодная; трехфазная мостовая (схема Ларионова).
Схемы выпрямления однофазного тока применяются при небольших мощностях выпрямительных устройств (примерно до 1 кВт). Они дают неравномерную нагрузку на сеть трехфазного переменного тока и требуют дорогостоящих фильтр н.
При мощностях более 1 кВт обычно применяются трехфазные схемы. Выпрямительные устройства в этом случае равномерно нагружают трехфазную сеть и не требуют громоздких и дорогостоящих фильтров. Чтобы рассчитать выпрямительное устройство, необходимо знать параметры всех его элементов.
Заданными всегда являются параметры нагрузки: среднее значение выпрямленного напряжения (постоянная составляющая) (70; среднее значение выпрямленного тока /0; допустимый коэффициент пульсации /(п.
Пульсирующее напряжение можно представить как сумму некоторого постоянного напряжения и ряда переменных напряжений (гармоник). Последние представляют собой синусоидальные величины различной амплитуды и частоты, имеющие в общем случае различные начальные фазовые углы. Из переменных составляющих выпрямленного напряжения наибольшую амплитуду всегда имеет составляющая наименьшей (так называемой основной) частоты.
Отношение амплитуды основной гармоники Um к постоянной составляющей выпрямленного напряжения Uo называется коэффициентом пульсации, т. е. /<п= (7т/(70. Чем меньше коэффициент пульсации, тем больше форма выпрямленного напряжения приближается к прямой линии. Для каждого потребителя указывается допустимое значение коэффициента пульсации.
ют
По известным параметрам нагрузки, а также по напряжению и частоте сети f для каждой схемы можно определить параметры вентилей и трансформатора. Параметрами вентиля являются максимальные значения прямого тока 1в.т, обратного напряжения £7обр и рабочей температуры. По этим параметрам подбирается подходящий тип вентиля.
Конструктивный расчет трансформатора (определение размеров сердечника, сечения и числа витков обмоток) производят по параметрам трансформатора. К этим параметрам относятся действующие значения напряжения U2 вторичной обмотки и токов и /2 первичной и вторичной обмоток, а также расчетная (типовая) мощность трансформатора
р __ U1 Л 4~ U .г 12
Расчетная мощность Рс всегда больше мощности выпрямленного тока Ро = U0I0. Отношение Р0/Рт — КТ называется коэффициентом использования трансформатора. Чем больше коэффициент Кт, тем лучше используются обмотки трансформатора и тем меньше его размеры и масса.
Основные соотношения между электрическими величинами в схемах выпрямления с идеальными вентилями при активной нагрузке приведены в табл. 3.
Таблиц а, 3
Величииы	Соотношения между электрическими величинами в схемах выпрямления переменного тока				
	однофазного			трехфазного	
	Однополу-периодная	Двухполу-периодная	Мостовая	Однополу-периодная	Мостовая
Максимальное значение: тока вентиля /в. т	3,14 1 /0	1,57/0	1,57/0	1,21/0	1,045/о
обратного напряжения бобр	3,14 Uo	3.14б0	1,57б0	2,1 б0	1,045бо
Среднее значение тока вентиля	Го	О,5/о	0,5/а	0,33/а	0.33/о
/. Действующее значение: напряжения вторичной об-	2,22б0	2X1,116ff	1,11б0	0,855ба	0,43ба
моткн трансформатора б2* тока вторичной обмотки /2	1,57/0	О,785/о	1,1 Но	0,58/о	0,82/о
Расчетная мощность трансфор-	3,О9Ро	1,48Р0	1,23РО	1,35Р0	1,045Ро
матора Рт Коэффициент использования	0,324	0,675	0,814	0,741	0,955
трансформатора Kt Вынужденное намагничивание	Есть	Нет	Нет	Есть	Нет
сердечника трансформатора Частота основной гармоники fo. г	50	100	100	150	300
при частоте сети 50 Гц Коэффициент пульсации Кп	1,57	0,67	0,67	0,25	0,057
* Для трехфазных схем выпрямления С/2— фазное напряжение вторичной обмотки
102
§ 48.	ВЫПРЯМЛЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Однофазная однополупериодная схема при работе на активную нагрузку. Первичная обмотка трансформатора Тр (рис. 117) включается в сеть переменною тока, а к вторичной обмотке через вентиль Д подключается нагрузка, обладающая только активным сопротивлением г. Если к первичной обмотке трансформатора подвести переменное напряжение ulf то на зажимах а и б вторичной обмотки трансформатора возникнет переменное напряжение н2 (рис. 118, а).
Допустим, что при положительном полу периоде напряжения точка а имеет положительный потенциал относительно точки б. Сопротив-
ление вентиля за этот полупериод можно принять равным нулю. В результате этого через вентиль и нагрузку пройдет ток i2 = iB = i0. Выпрямленное напряжение и0 за этот полупериод будет равно напряжению на вторичной обмотке трансформатора.
За отрицательный полупериод, когда изменится полярность в точках а и б, сопротивление вентиля можно будет принять равным бесконечности, а обратный ток — равным нулю. Таким образом, ток во вторичной цепи будет проходить только за положительный полу период напряжения. На рис. 118, б представлены кривые выпрямленного тока i0 и выпрямленного напряжения u0 = igr при активной нагрузке.
Достоинством однофазной однополупериодной схемы является ее простота. К недостаткам схемы относятся: большая величина и низкая
частота пульсации, что приводит к увеличению размеров и стоимости фильтров; плохое использование трансформатора (коэффициент использования трансформатора Кт — 0,324), что приводит к увеличению его размеров и стоимости; большое обратное напряжение на вентиле (17обр = 3,14 и0)', большое максимальное значение прямого тока через вентиль (/в.т = 3,14 /0); намагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей выпрямленного тока (вынужденное намагничивание сердечника), что приводит к увеличению тока первичной обмотки и, следовательно, к увеличению сечения провода первичной обмотки и размеров всего трансформатора.
Вследствие перечисленных недостатков однофазная однополупериодная схема применяется лишь в маломощных выпрямительных устройствах, где низкое использование трансформатора оправдывается экономией, полученной от применения в схеме одного вентиля.
Рис. 117. Однофазная однополупериодная схема выпрямления
Рис. 118. Диаграммы токов и напряжений в однофазной однополупериодной схеме выпрямления
103
Однофазная двухполупериодная схема при работе на активную нагрузку. В однофазной двухполупериодной схеме выпрямления (рис. 119) используется трансформатор Тр, вторичная обмотка которого имеет нулевой вывод 0 (средняя точка). Поэтому эту схему часто называют схемой со средней точкой. В схе-
0—
0—
Рис. 119. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления
Рис. 120, Диаграммы напряжений и токов в однофазной двух-полупериодной схеме выпрямления
ме применены два вентиля Д1 и Д2, аноды которых подключены к концам а и б вторичной обмотки. Между общей точкой Д катодов вентилей и средней точкой вторичной обмотки трансформатора включена нагрузка г.
Синусоидальные напряжения «2 и и'г вторичной обмотки трансформатора всегда равны по величине, но сдвинуты одно относительно другого по фазе на 180е (рис. 120, а).
В первый полупериод, когда точка а (см. рис. 119) имеет положительный потенциал, а точка б — отрицательный, ток i0 проходит от точки а через вентиль Д1 и сопротивление г к точке 0. Вентиль Д2 в это время находится под
обратным напряжением. Во второй полупериод, когда полярность точек а и б изменится, ток i0 проходит от точки б через вентиль Д2 и сопротивление г к точке 0. К вентилю Д1 в это время под-
водится обратное напряжение. Таким образом, по активному сопро-
тивлению нагрузки г за оба полупериода переменного напряжения
проходит ток в одном и том же направлении.
На рис. 120, б изображены кривые выпрямленного тока i0 и напряжения п0 = tor. Общая точка Д (см. рис. 119) катодов вентилей является для нагрузки положительным полюсом, а средняя точка трансформатора — отрицательным полюсом.
В двухполупериодной схеме выпрямления в отличие от однофазной однополу периодной схемы по вторичной обмотке трансформатора Тр ток проходит в течение обоих полупериодов. При этом токи полуобмоток имеют противоположное направление. Следовательно, постоянная составляющая одного тока уравновешивает постоянную составляющую другого тока и вынужденное намагничивание сердечника трансформатора отсутствует. В результате этого по первичной обмотке трансформатора проходит синусоидальный ток (рис. 120, е).
Основные соотношения для однофазной двухполупериодной схемы с идеальными вентилями, работающей на активную нагрузку, приведены в табл. 3.
104
Анализируя эти соотношения, можно отметить следующие преимущества однофазной двухполуперподной схемы перед однополупе-риодной схемой: размеры и вес трансформатора значительно уменьшаются вследствие лучшего использования трансформатора и отсутствия вынужденного намагничивания; амплитудное значение тока через вентиль уменьшается в два раза; уменьшаются размеры и вес сглаживающего фильтра вследствие увеличения частоты основной гармоники и уменьшения коэффициента пульсации.
По величине максимального обратного напряжения на вентиле обе схемы равноценны.
Однофазную двухполупериодную схему широко применяют в выпрямительных устройствах малой мощности для электропитания усилителей, радиоприемников и т. д., причем в качестве вентилей в большинстве случаев используют двухапэдный кенотрон.
Однофазная мостовая схема при работе на активную нагрузку-В однофазную мостовую схему включают четыре вентиля по схеме измерительного моста (рис. 121). К одной диагонали моста подводится переменное напряжение «2, а к другой диагонали присоединяется нагрузка г. За первый полупериод, когда точка а имеет положительный потенциал, а точка б — отрицательный, ток 10 проходит от точки а через вентиль Д1, сопротивление нагрузки г и вентиль ДЗ к точке б.
Вентили Д2 и Д4 за этот полупериод находятся под обратным напряжением. За второй полупериод, когда полярность точек а и б изменится, ток 1п проходит от точки б через вентиль Д2, сопротивление нагрузки г и вентиль Д4 к точке а. Вентили Д1 и ДЗ в это время находятся под обратным напряжением. Таким образом, ток через нагрузку г проходит в одном направлении за оба полупериода напряжения м2.
Общая точка К (см. рис. 121) катодов вентилей Д1 и Д2 является для нагрузки положительным полюсом, а общая точка А анодов вентилей ДЗ и Д4 — отрицательным полюсом.
Ток t2 (рис. 122, а) во вторичной обмотке трансформатора проходит оба полупериода и является синусоидальным. В нем нет постоянной составляющей и вынужденное намагничивание сердечника трансформатора отсутствует.
На рис. 122, б представлены кривые выпрямленного тока 10 и напряжения н0 ~ inr. Так как выпрямленный ток в однофазной мостовой схеме 2 раза за один период достигает своего максимального значения, частота основной гармоники будет в 2 раза больше частоты сетевого напряжения, т. е. /0-р = 2 100 Гц.
♦ г
Рис. 121. Однофазная мостовая схема выпрямления
Рис. 122. Диаграммы напряжений и токов в однофазной мостовой схем# выпрямления
103
Основные параметры однофазной мостовой схемы для идеальных вентилей, работающих на активную нагрузку, приведены в табл. 3. Однофазная мостовая схема имеет ряд преимуществ перед однофазной двухполупериодной схемой с нулевым выводом, а именно: размеры и вес трансформатора уменьшаются вследствие лучшего использования его обмоток; не требуется специального вывода от средней точки вторичной обмотки; напряжение на зажимах вторичной обмотки и обратное напряжение на один вентиль уменьшаются в два раза.
К недостаткам однофазной мостовой схемы относятся: необходимость применения четырех вентилей; последовательное включение двух работающих вентилей (особенно высокоомных), приводящее к уменьшению выпрямленного напряжения с увеличением тока нагрузки; действующее значение тока вторичной обмотки в раз больше действующего значения тока в схеме с нулевым выводом, что требует увеличения сечения провода вторичной обмотки на 20%.
В однофазной мостовой схеме широко применяются полупроводниковые вентили. Полупроводниковые выпрямители, собранные по однофазной мостовой схеме, широко применяются в устройствах автоблокировки, электрической централизации и железнодорожной связи.
§ 49.	ВЫПРЯМЛЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Трехфазная однополупериодная схема при работе на активную нагрузку. Трехфазная однополупериодная схема представлена на рис. 123. Первичную обмотку трансформатора Тр в зависимости от напряжения сети соединяют звездой или треугольником, а вторичную для получения нулевой точки 0 — всегда звездой.
Начала вторичных обмоток а, Ь и с соединяют с анодами вентилей Д1, Д2 и ДЗ. Нагрузка г подключается между общей точкой К катодов вентилей и нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора 0.
На рис. 124, а представлены кривые фазных напряжений «фь Мф2 и Цфз, которые имеют одинаковую частоту и амплитуду, но сдвинуты одно относительно другого на угол 120°.
В промежуток времени — t2 (т. е. в течение V 3 периода) вентиль Д1 находится под наибольшим положительным напряжением. Это значит, что точка а имеет положительный потенциал относительно точки 0. Поэтому ток проходит от точки а через вентиль Д1 и сопротивление г к точке 0. В промежутке времени t2 — t3 наибольшее положительное напряжение возникает на второй обмотке (фазе) трансформатора и ток проходит от точки b через вентиль Д2 и сопротивление г к точке 0. В промежутке времени 13 — ток будет проходить от точки с (см. рис. 123) через вентиль ДЗ и сопротивление г к точке 0.
Таким образом, вентили Д/, Д2 и ДЗ работают поочередно, каждый в течение */8 периода, а их токи через нагрузку проходят всегда в одном направлении — отточки К к нулевой точке0. Следовательно, точка К является положительным полюсом для нагрузки, а точка 0 — отрицательным полюсом. На рис. 124, б представлены кривые выпрямленного 106
тока i0 и напряжения и0 — 1йг, из которых видно, что по каждой вторичной обмотке ток проходит только в течение положительного полупериода.
Постоянная составляющая этого тока вызывает вынужденное намагничивание сердечника и связанное с этим увеличение тока в первичных обмотках трансформатора. Так как напряжение на нагрузке достигает максимальной величины три раза за один период, то частота основной гармоники в этой схеме в три раза больше частоты напряжения в сети, т. е.
/о. г == 3/се1И = 150 Гц.
Основные параметры трехфазной од-нополупериодной схемы выпрямления при активной нагрузке приведены в табл. 3.
По сравнению с ранее рассмотренными схемами выпрямления однофазного переменного тока трехфазная од-нополупериодная схема имеет меньшую величину коэффициента пульсации и более высокую частоту пульсации выпрямленного напряжения. В результате этого уменьшаются размеры и вес сглаживающего фильтра; обеспечивается лучшее использование обмоток трансформатора по сравнению с однофазной однополупериодной схемой и схемой со средней точкой; равномерно нагружается сеть грехфазного переменного тока.
Основными недостатками трехфазной однополупериодной схемы являются вынужденное иама!ничивание сердечника трансформатора и связанное с этим увеличение тока первичной обмотки.
Трехфазная мостовая схема при работе на активную нагрузку. Трехфазная мостовая схема (рис. 125), разработанная в 1923 г. проф. Ларионовым, очень часто применяется в выпрямительных устройствах, предназначенных для электропитания железнодорожной автоматики и телемеханики.
Схема состоит из трехфазного трансформатора Тр, первичные и вторичные
Рис. 123. Трехфазная однополу-периодная схема влпрямления
Рис. 124. Диаграммы напряжений и токов в грехфазной од-нопо 1} периодной схеме
Рис. 125. Трехфазная мостовая схема
107

Рис. 126. Диаграммы напряжений и токов в трехфазной мостовой схеме
циал нулевой точки обмоток
обйотки которого можно соединять как звездой, так и треугольником. В схеме применяются шесть вентилей. Катоды вентилей Д1, Д2 и ДЗ соединяются в общую точку К, которая является по-ложительным полюсом выпрямительного устройства. Общая точка анодов А вентилей Д4, Д5 и Д6 является отрицательным полюсом выпрямительного устройства.
На рис. 126 представлены кривые фазных напряжений вторичных обмоток трансформатора пф, = <ро— ф0; мф? = = <рв — ф0; Нфз — <рс — Фо- Если потен-принять равным нулю, то эти кривые
будут изображать потенциалы точек а, b и с (см рис. 125), т. е. «Ф1 = Фа; «Ф2 = фв; «фз = фс-
В течение времени tx — /2, равного */в периода Т, наибольшим положительным потенциалом обладает точка а, а наибольшим отрицательным потенциалом—точка Ь. Поэтому ток в цепи проходит от точки а через вентиль Д1, сопротивление нагрузки г и вентиль Д5 к точке Ь. В течение времени t2 — /3 наибольшим положительным потенциалом по-прежнему обладает точка а, а наибольшим отрицательным потенциалом — точка с. Поэтому ток проводят вентили Д1 и Д6.
Рассуждая аналогично, можно убедиться в том, что за каждую */в часть периода через нагрузку будет проходить ток в одном направлении — от общей точки катодов вентилей Д1,Д2 и ДЗ к анодной точке вентилей Д4, Д5 и Д6. Кривые выпрямленного тока i0 и напряжения «0 — представлены на рис. 126,6. Над каждым импульсом выпрямленного тока указаны номера одновременно работающих вентилей.
В трехфазной мостовой схеме выпрямляются оба полупериода напряжения. Действительно, в течение времени — t3 выпрямляется один полу период напряжения, а за время — te — второй полу период. Следовательно, по вторичным обмоткам трансформатора токи проходят как в положительную, так и в отрицательную часть периода. В результате отсутствует вынужденное намагничивание сердечника трансформатора. Выпрямленный ток в трехфазной мостовой схеме достигает максимума шесть раз за Период. Следовательно, частота основной гармоники выпрямленного напряжения в шесть раз больше частоты сетевого напряжения, т. е. /0_, г = 6 /сети = 300 Гц.
Основные параметры трехфазной мостовой схемы, работающей на активную нагрузку, приведены в табл. 3.
Трехфазная мостовая схема имеет следующие преимущества перед трехфазной однополупериодной схемой: лучшее использование обмоток трансформатора и отсутствие вынужденного намагничивания сердечника, благодаря чему достигается значительное уменьшение раз-108
мзров и веса трансформатора; меньшая величина и более высокая частота пульсаций выпрямленного напряжения, что позволяет значительно уменьшить размеры, вес и стоимость сглаживающего фильтра.
Основным недостатком схемы является необходимость применения шести вентилей вместо трех. Кроме того, последовательное включение двух работающих вентилей (особенно высокоомных) приводит к уменьшению напряжения с увеличением тока нагрузки. Поэтому в трехфазной мостовой схеме обычно применяют полупроводниковые вентили, обладающие небольшим внутренним сопротивлением.
§ 50.	ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА НАГРУЗКИ НА РАБОТУ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СХЕМ
Общие сведения. При рассмотрении различных схем выпрямле-
ния предполагалось, что нагрузка имеет только активное сопротивление. Практически выпрямительные устройства редко работают на чисто активное сопротивление, так как в большинстве случаев они снабжаются электрическими фильтрами, содержащими индуктивные и емкостные звенья. Иногда сама нагрузка содержит элементы с индуктивностью (обмотки реле, дроссели и т. п.). Выпрямительные устройства могут также работать на встречную э. д. с., например при заряде аккумуляторных батарей. Возможна также работа выпрямительных устройств на смешанную нагрузку, состоящую из активного со
противления, индуктивности и емкости.
Работа выпрямительного устройства на встречную э. д. с. На рис. 127 в качестве примера представлена схема выпрямителя, работающего на встречную э. д. с. заряжаемой аккумуляторной батареи. Для регулирования зарядного тока последовательно с батареей Б
включен реостат РР.
На рис. 128, а изображена кривая напряжения иг на зажимах вторичной обмотки трансформатора. Напряжение и' на выходе выпрямительного устройства при отключенной батарее и э. д. с. £0 батареи показаны на рис. 128, б штриховыми линиями. Кривая выпрямленного напряжения при включенной батарее показана сплошной
линией. Из рисунка видно, что пульсация выпрямленного напряжения при наличии встречной э. д. с. становится тем меньше, чем больше
э. д. с. £0 батареи.
В течение времени tx — t2, когда напряжение вторичной обмотки трансформатора становится больше э. д. с. батареи, ток проходит от точки а (см. рис. 127), имеющей положительный потенциал, через вентиль Д1, батарею Б, реостат РР и вентиль ДЗ к точке б, имеющей отрицательный потенциал. Кривая этого тока iB1 = iBS показана на рис. 128, в.
В течение времени t3 —14, когда изменится полярность точек а и б, а и2> Еп,
Рис. 127. Схема выпрямителя, работающего на встречную э. д. с.
109
Рис. 128. Напряжения и токи в мостовой схеме, работающей на встречную э. д. с.
Рис. 129. Схема выпрямителя, работающего на емкостную на-гружку
Рис. 130. Напряжения и токи в мостовой схеме, работающей ня емкостную нагрузку
ток проходит от точки б через вентиль Д2, батарею Б, реостат РР и вентиль Д4 к точке а. Кривая тока iB2—iBi показана на рис. 128, г. На рис. 128, д представлена кривая выпрямленного (зарядного) тока г'о.
Таким образом, токи через вентил* проходят не в течение половины периода, как при активной нагрузке однофазной мостовой схемы, а только в течение части полупериода. С увеличением э. д. с. время прохождения этого тока уменьшается. Длительность прохождения тока через вентиль характеризуется углом отсечки 0. Углом отсечки называется выраженная в угловом измерении половина времени прохождения тока через вентили. При работе однофазных схем на встречную э д. с. зарядный ток батареи имеет прерывистый характер, т. е. возникает отсечка зарядного тока.
На рис. 128, е изображена кривая тока i2 вторичной обмотки трансформатора. Эта же кривая, но в другом масштабе изображает форму тока первичной обмотки (если пренебречь током холостого хода трансформатора).
Работа выпрямительного устройства на нагрузку емкостного характера. Этот режим имеет место при использовании конденсаторов в качестве первого элемента сглаживающего фильтра (рис. 129).
Напряжение и' на выходе выпрямительного устройства при отключенном конденсаторе С показано на рис. 130, а. Конденсатор, включенный параллельно нагрузке, находится в заряженном состоянии. Поэтому его влияние на работу выпрямительного устройства аналогично встречной э. д. с. Разница заключается в том, что напряжение и0 на конденсаторе в процессе его заряда и разряда не остается постоянным, как это имеет место с батареей аккумуляторов. В интервале времени —t2 и t2—tA происходит зарядка конденсатора. Напряжение ис на конденсаторе за это вре-
1 ю
Рис. 131. Схема выпрямителя, работающего на нагрузку индуктивного характера
Рис. 132. Диаграммы напряжений и токов в однофазной м.о-стовой схеме, работающей ча нагрузку индуктивного характера
мя увеличивается. В интервале времени t0 — t±, — t3w t4 — tb конденсатор разряжается на нагрузку и его напряжение падает. Чем больше емкость конденсатора и сопротивление нагрузки, тем больше форма напряжения ис приближается к прямой линии.
В интервале времени — /2, когда и' > мс, через вентили Д1 и ДЗ (см. рис. 129) проходит ток iB1 — tB3 (рис. 130, б). Этот ток не только питает нагрузку, но и заряжает конденсатор током <сз. Аналогично этому в интервале времени t3 — tt через вентили Д2 и Д4 проходит ток «в2 = {в4(рис. 130, в).
На рис. 130, г показана форма выпрямленного напряжения и0 — и0 и тока г0 = иДг в цепи нагрузки.
Работа выпрямительного устройства на нагрузку индуктивного характера. При индуктивном характере нагрузка имеет активное сопротивление г и индуктивность L (рис. 131). На рис. 132, а изображены кривые выпрямленного напря
жения «0 и тока t0, когда однофазная мостовая схема работает только на активное сопротивление. При наличии индуктивности режим работы схемы изменяется. Из электротехники известно, что изменение тока в цепи с индуктивностью приводит к появлению э. д. с. самоиндукции = — L . При возрастании тока индуцируемая э. д. с. направлена навстречу току, т. е. препятствует его увеличению. Когда ток начинает уменьшаться; э. д. с. самоиндукции имеет такое же направление, как и ток, т. е. поддерживает его Благодаря этому ток в цепи нагрузки с индуктивностью (рис. 132,6) не уменьшается до нуля, а изменяется более плавно. При постоянной индуктивности формы кривых выпрямленного напряжения и0 = ior и тока i0 одинаковы.
§ 51. ВЫПРЯМИТЕЛИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В УСТРОЙСТВАХ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Выпрямители типа ВАК. Купроксные выпрямители типа ВАК (выпрямитель аккумуляторный купроксный) предназначены для зарядки аккумуляторных батарей по буферной системе, а также для непосредственного питания релейных цепей. Они рассчитаны на устойчивую работу при температуре окружающего воздуха от —40 до +40° С с относительной влажностью до 95%.
Купроксные выпрямители состоят из нескольких купроксных вентилей. Такие вентили по сравнению с селеновыми имеют худшие электрические характеристики, но отличаются большим сроком службы, вследствие чего и применяются в устройствах СЦБ.
111
Таблица 4
Характеристики	ВАК-11А	ВАК-13А	ВАК-16А	BAK НА
Напряжение аккумуляторной батареи с подключенным выпрямителем, В Ток нагрузки при выдвинутом шунте, не более, А Ток нагрузки при выдвинутом шунте, не более, А Напряжение на зажимах выпрямителя прн активной нагрузке и выдвинутом шунте, не менее. В	13,2 0,1 0,6 11,8	13,2 0,2 2,4 11,8	13,2 0,15 1,2 11,8	2,2 0,2 2,2 1,9
Область применения	Автономно или для буферной работы с аккумуляторной батареей напряжением 12 В			Для непре рывного подзаряда аккумулятора напряжением 2,2 В
Выпрямитель ВАК состоит из трансформатора и выпрямительных элементов, собранных в столбик по мостовой схеме (рис. 133, а). Первичная обмотка трансформатора / выполнена из двух обмоток, расположенных на среднем стержне Ш-образного магнитопровода. При помощи перемычек обмотки могут соединяться между собой параллельно или последовательно. Это дает возможность включать выпря-
митель в сеть однофазного переменного тока напряжением НО, 127 или 220 В. Вторичная обмотка 2 расположена на боковом стержне магнитопровода (рис. 133, б).
Трансформатор снабжен магнитным шунтом 3, которым можно
регулировать напряжение на вторичной обмотке, а следовательно, и выпрямленный ток. При крайнем левом положении шунта через
Рис. 133. Схема включения обмоток и магни-
топровод выпрямителя типа ВАК
шунт проходит наибольший, а через сердечник вторичной обмотки 2 наименьший магнитный поток. В этом случае выпрямленный ток будет минимальным. Когда шунт 3 передвинут вправо, через сердечник вторичной обмотки 2 проходит максимальный магнитный поток, который вызывает увеличение выпрямленного тока
Для электроснабжения устройств автоматики и те-
лемеханики применяется
112
Таблица 5
Тип выпрямителя	Напряжение батареи, В	Ток заряда £20%, А					
		Ступень					
		1	2	3	4	5	6
ВАК-1 ЗБ	13,2	0,1	0,25	0,45	0,7	1,0	2,4
ВАК-14Б	2,2	0,15	0,35	0,8	1,2	1,6	2,2
ВАК-16Б	13,2	0,07	0,13	0,25	0,38	0,6	1,2
несколько типов купроксных выпрямителей типа ВАК. Купрок-сные выпрямители ВАК с индексом А могут подключаться в сеть напряжением ПО, 127 и 220 В. Основные характеристики купроксных выпрямителей типа ВАК-А приведены в табл. 4.
С 1969 по 1974 г. выпускались выпрямители типа ВАК о кремниевыми диодами и ступенчатой регулировкой напряжения посредством секционированных вторичных обмоток трансформатора выпрямителя. Кремниевые выпрямители типа ВАК имеют индекс Б и могут питаться от сети переменного тока с номинальным напряжением НО, 127 и 220 В и частотой 50 или 75 Гц при отклонениях напряжения +15 и —10%. В выпрямителе применяются кремниевые диоды, которые при ступенчатой регулировке присоединяются к соответствующей секции трансформатора (рис. 134).
Кремниевые выпрямители могут работать с аккумуляторными батареями и самостоятельно, как источники выпрямленного напря жения; выпрямленное напряжение при этом в значительной степени зависит от нагрузки, особенно активной.
Электрические характеристики кремниевых выпрямителей приведены в табл. 5 при работе их с аккумуляторной батареей и в табл. 6 при активной нагрузке.
В 1974 г. в выпрямителях типов ВАК-13Б, ВАК-14Б и ВАК-16Б кремниевые диоды заменены на селеновые элементы. Выпрямители стали обозначаться соответственно ВАК-13, ВАК-14 и ВАК-16. Электрические характеристики их не изменились.
Таблица 6
Тип выпрямителя	Выпрямленный ток, А	Выпрямленное напряжение, В					
		Ступень					
		1	2	3	4	5	6
ВАК-13Б ВАК-14Б ВАК-16Б	2,4 2,2 1,2	6,4±О,5 0,4±0,15 6,6±0,5	7±0,6 0,57±0,15 7±0,6	7,6±0,7 0,95±0,15 7,5±0,7	8,3±0,7 1,45±0,15 8,4±0,7	9±0,8 1,8±0,2 9±0,8	12,2±0,8 2,3±0,2 12±0,8
113
о по izi ггов
Рис 134. Схема выпрямителя ВАК-Б с кремниевыми диодами
Рис. 135. Схема селенового выпрямительного устройства
ВСА СМ
В устройствах электрических централизаций для заряда аккумуляторных батарей используются селеновые выпрямительные устройства типа ВСА, рассчитанные на подключение к сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220, 127 или 110 В
Выпрямительные устройства монтируются в виде небольшого шкафа, в котором имеются однофазный выпрямительный мост из селеновых вентилей, трансформатор (обычный или специального выполнения), измерительные приборы в цепи выпрямленного тока, пакетные выключатели и предохранители. Все типы выпрямительных устройств рассчитаны на установку в помещениях.
Выпрямитель ВСА-6М (рис. 135) является однофазным двухполу-периодным селеновым выпрямительным устройством и используется для зарядки аккумуляторных батарей. Выпрямитель не имеет специальных приспособлений для регулировки напряжения; зарядный ток понижается во время заряда автоматически вследствие возрастания напряжения батареи.
В выпрямительных устройствах типа ВСА-5 ручная плавная регулировка напряжения от нуля до номинальной величины осуществляется вариатором, а в выпрямителях типа ВСА11А — трансформатором с магнитным шунтом Выпрямитель типа ВСА 10 заключен в цилиндрический корпус, на торцах которого расположены панели переменного и постоянного тока.
Основные характеристики выпрямительных устройств типа ВСА приведены в табл. 7.
Зарядно-буферное устройство типа ЗБУ-12/10. Устройство ЗБУ-12/10 предназначено для заряда аккумуляторной батареи напряжением 12—14 В. В устройстве применена двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой и кремниевыми диодами. Выпрямитель выпускается с завода включенным и отрегулированным на питание 114
Характеристика	। вса.4 |	ВСА-5	ВСА-6М	ВСА-10	| ВСА-111А
Ток нагрузки, А	I	1 1	2	1	0—12	12 или 24	7; 12	) I 0,25-8
Выпрямленное напряжение, В	'120 или 2401 1	i	0—64	12 или 24	6; 12	i 5—80 j	,
от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением ПО или 220 В; выпрямленное напряжение 12 В, максимальный ток при номинальном напряжении питающей сети 10 А.
Блок ЗБУ-12/10 (рис. 136) состоит из трансформатора Тр специальной конструкции, состоящего из трех стержней и рассчитанного на питание от однофазной сети переменного тока (обмотка на стержне 3 служит для регулировки зарядного тока); двухполупериодных выпрямителей на силовых кремниевых диодах Д2 и ДЗ со средним выводом, приборов автоматики для изменения режимов работы. Блок имеет переключатель (тумблер) ТП для переключения устройства с автоматической регулировки режимов работы на ручную.
Автоматика блока, предназначенная для изменения режимов его работы, состоит из моста, три плеча которого образованы резисторами Rl, R3, R4 и R6 и одно плечо стабилитроном Д1, и поляризованного реле РП с повторителем Р. Реле РП включено в диагональ моста че-
Рнс 136. Зарядно-буферное устройство ЗБУ-12/10
115
рез два регулируемых рези,...,.-	« ^5. Резистором R2 устанав-
ливаются пределы напряжения батареи (максимального и минимального), при которых изменение направления тока в реле РП-вызывает перебрасывание поляризованного якоря Резистором R5 устанавливается необходимый ток срабатывания реле РП.
В случае необходимости включения ЗБУ-12/10 для работы с аккумуляторной батареей 14,5 В (7 аккумуляторов) должно быть произведено переключение диодов Д2 иДЗ с выводов 20 и 26 силового трансформатора соответственно на выводы 19 и 27.
Зарядно-буферное устройство может работать вместе с аккумуляторной батареей в буферном режиме или в режиме форсированного заряда. Переход из буферного режима в режим форсированного заряда происходит автоматически при снижении напряжения на аккумуляторе до 2,1 В. С повышением напряжения на аккумуляторе до 2,5 В устройство автоматически переводится в буферный режим
В режиме ручного регулирования зарядно-буферное устройство может быть использовано для непосредственного питания нагрузки без аккумуляторной батареи. Выходное напряжение и ток в этом случае подбираются перестановкой штепселя; выпрямленное напряжение может быть от 9 до 18 В. Конструктивно зарядно-буферное устройство типа ЗБУ-12/10 выполняется в виде блока, который приспособлен для установки в релейных шкафах или закрытых помещениях; оно может работать при колебаниях температуры от —40 до 4-60° С.
Блок питания типа БПШ. Блок питания типа БПШ служи 1 для питания постоянным током линейных цепей числовой кодовой автоблокировки Блок состоит из трансформатора с секционированной вторичной обмоткой и двухполупериодного выпрямителя, состоящего из четырех диодов типа Д226А и сг заживающего конденсатора емкостью 20 мкФ типа МБГО-2 Детали блока размещены в корпусе малогабаритного штепсельного реле
Первичная обмотка блока (рис. 137) может питаться переменным током частотой 50 и 75 Гц, напряжением 110 и 220 В
Внешнее напряжение 220 В подключается к выводам 13-31, а между выводами 11-33 устанавливается перемычка При напряжении 110 В перемычки ставятся между выводами 11 13 и 31-33, а напряжение подводится к тем же выводам 13-31. Одновременно от блока может быть получено только одно из выпрямленных напряжений: 16, 20 или 60 В Необходимое напряжение на выходе блока устанавливается соединением перемычками выводов 12 и 73 схемы диодов с соответствующими выводами секции вторичной обмотки трансформатора Плюсовый полюс выпрямителя подведен к контактному выводу 52, а минусовый — к выводу 72. Блок питания типа БПШ рассчитан на работу при температуре от —50 до 4-60° С.
116
Выпрямительное устройство ВУС-1,3. Выпрямительное ус^ропство типа ВУС-1,3 служит для выпрямления однофазного переменного тока частотой 50—400 Гн и применяется на малых станциях для питания стрелочных электроприводов с электродвигателями постоянного тока на номинальное напряжение 160 В.
Выпрямительное устройство ВУС-1,3 имеет следующие характеристики:
Номинальное напряжение питающей сети . . ,	220 В
Выпрямленное напряжение.....................Не менее 190 В
Номинальная мощность, на выходе................ 1,3	кВт
Диапазон рабочих температур.................от —50 до +50° С
Устройство представляет собой выпрямитель мостового типа о двумя кремниевыми диодами типа Д-232Б в каждом плече (рис. 138), параллельно каждому диоду включены резистор и конденсатор для выравнивания обратных напряжений.
Блок питания типа БПСН. Блок типа БПСН предназначен для питания цепи смены направления однопутной автоблокировки.
В блоке БПСН применен малогабаритный путевой трансформатор типа ПТМ; в качестве выпрямительных элементов использованы диоды типа Д7Г, собранные по мостиковой схеме. Трансформатор и диоды устанавливают на плате и крепят на стативе. Электрические характеристики блока БПСН:
Напряжение на	входе............................. 3,5	В
Выпрямленное напряжение при нагрузке:
200 Ом........................................33±6	В
1500 Ом.......................................85±15	В
Блок БПСН предназначен для работы в закрытом помещении при температуре окружающего воздуха от —40 до +60° С и относительной влажности до 90 Ь.
Блоки селеновых выпрямителей типа БВС. Блоки БВС предназначены для работы в схемах управления стрелками при электрической централизации. Блоки выпускаются трех типов и имеют одинаковую конструкцию — металлический кожух, в котором укреплен селеновый выпрямитель типа 15ВД20А. Каждый тип имеет отличную от другого типа длину выводных концов.
Электрические характеристики выпрямителя типа 15ВД20А:
Максимальное подводимое напряжение перемен-
ного тока ....................................... 400	В
Выпрямленное среднее напряжение.................. 145	В
Выпрямленный средний ток......................... 0,04	А
Габаритные размеры блоков выпрямителей БВС . 100X63X56 мм
Автоматический регулятор тока РТА. Регулятор тока РТА предназначен для постоянного подзаряда батареи, содержащей шесть или семь кислотных аккумуляторов, и форсированного заряда ее максимальным током выпрямителя. В режиме постоянного подзаряда напряжение на батарее поддерживается стабильным, чем обеспечивается минимальный износ аккумуляторов. Зарядный ток полностью компенсирует ток саморазряда аккумуляторов и изменяющийся ток нагрузки.
117
Рис. 139. Структурная схема регулятора РТА
Рис. 138. Схема выпрямительного устройства ВУС-1,3
Регулятор имеет высокое быстродействие, запаздывание тока заряда относительно изменения тока нагрузки не превышает 10 мс.
РТА применяется для заряда аккумуляторов типа АБН-72, АБН-80 сигнальных точек автоблокировки постоянного тока, входных светофоров, устройств автоматических переездных сигнализаций, постов релейной полуавтоматической блокировки и других устройств автоматики и телемеханики, максимальный ток заряда батареи 10 А. РТА используется совместно с выпрямителями типа ВАК-13 или о трансформаторами типа ПОБС-2А, он устанавливается в напольных релейных шкафах.
Структурная схема регулятора РТА показана на рис. 139. Напряжение ог сети переменного тока через трансформатор Тр подается на управляемый выпрямитель У В, который нагружен на аккумуляторную батарею Б. У В состоит из мостового выпрямителя на диодах и тиристора, включенного в цепи постоянного тока. Режимное устройство РУ переключает регулятор тока РТА из режима постоянного подзаряда в режим форсированного заряда и наоборот в зависимости от напряжения батареи.
В режиме форсированного заряда режимное устройствов РУ подает непрерывный сигнал на формирователь импульсов ФИ, являющийся усилителем постоянного тока.'Тиристор полностью открыт, и выпрямитель обеспечивает заряд батареи максимальным током.
В режиме постоянного подзаряда сигнал на выходе РУ отсутствует и формирователь импульсов ФИ получает импульсы с широтноимпульсного модулятора ШИМ, который включает в себя формирователь пилообразного напряжения ФПН и генератор импульсов ГИ.
Потенциометром 7?п устанавливается напряжение постоянного подзаряда батареи при конкретных параметрах источников (число аккумуляторов, сопротивление питающих проводов, тип выпрямителя ВАК, тип трансформатора). Потенциометром регулируется ток заряда аккумуляторной батареи.
118
Рис. 140. Функци-ональная схема выпрямительного устройства ВСП
Выпрямитель типа ВСП-24/10. Выпрямитель стабилизированный полупроводниковый (ВСП) может работать в двух автоматических режимах: стабилизации напряжения (при буферной работе с аккумуляторными батареями по способу непрерывного подзаряда) и стабилизации тока (при заряде аккумуляторных батарей). Для безаккумуляторного питания выпускается выпрямитель ВСП специального типа. Функциональная схема выпрямительного устройства ВСП показана на рис. 140. Выпрямитель имеет стабилизаторы напряжения, работа которых основана на следующем принципе.
Напряжение от питающей сети подается на выпрямительную схему ВС через стабилизирующее
устройство СУ, управляемое блоком автоматического регулирования БАР. Если выходное напряжение выпрямителя (7ВЬ1Х соответствует номинальному значению, то стабилизирующее устройство не влияет на цепь первичной обмотки трансформатора Тр. Если же выходное напряжение (7ВЫХ выпрямителя понизится на величину AU, то эта величина будет определена в блоке автоматического регулирования путем сравнения выходного напряжения с эталонным напряжением на зажимах кремниевого стабилитрона.
Далее блок автоматического регулирования воздействует на стабилизирующее устройство так, что последнее добавит к переменному напряжению сети такую дополнительную величину, при которой выходное напряжение поднимается до номинального значения. Добавляемая величина будет находиться в фазе с питающим напряжением. Если теперь выходное напряжение выпрямителя повысится на AU, то блок автоматического регулирования, определив степень повышения, воздействует на стабилизирующее устройство таким образом, что последнее добавит к напряжению сети некоторое напряжение в противофазе с основным напряжением. Вследствие этого напряжение на выходе снова снизится до номинального значения.
Выпрямитель типа ВСП-24/10 может отдавать ток до 10 А при напряжении 24 В. Напряжение питающей сети переменного тока 220 В, максимальный ток, потребляемый от сети, 3 А.
ГЛАВА Х|(
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
§ 52. СТАТИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ПЧ 50/25
Электромагнитные преобразователи частоты типа ПЧ50/25 предназначены для преобразования переменного тока частотой 50 Гц в переменный ток частотой 25 Гц, применяемый для питания рельсовых цепей при электрической тяге на переменно.м токе.
119
Преобразователи частоты выпускаются трех типов: ПЧ50/25-100УЗ для питания рельсовых цепей числовой кодовой автоблокировки 25 Ги; ПЧ50/25-150УЗ — для группового питания импульсных рельсовых цепей 25 Гц на станциях при электротяге переменного тока; ПЧ5О/25-ЗООУЗ — для питания станционных рельсовых цепей 25 Гц с фазочувствительными двухэлементными реле ДСШ-13, ДСШ-13А и ДСР-12.
Числа 100, 150 и 300 обозначают выходную мощность переменного тока частотой 25 Гц в вольт-амперах, буква У — климатическое исполнение, цифра 3 — категорию размещения.
Все три преобразователя работают от однофазной сети переменного тока частотой 50 Гц при напряжении 110 и 220 В (параллельное или последовательное включение питающих обмоток). Преобразователь частоты разделен на два изделия: ферромагнитный блок (магнитная система с обмотками н диодами) и блок конденсаторов. Внешний вид ферромагнитного блока (а) и блока конденсаторов (б) преобразователя ПЧ50/25-100УЗ показан на рис. 141.
Ферромагнитные блоки размещаются горизонтально (подвеска допускается только для блока ПЧ50/25-100УЗ), а конденсаторные
вив А
Рис 141. Ферромагнитный блок и блок конденсаюрои преобразоьигела-ПЧ 50/25-1ОУЗ
120
блоки — горизонтально или подвешиваются в вертикальной плоскости.
В преобразователях ПЧ50/25-100 и ПЧ50/25-150 используются кремниевые диоды Д243 (прямой ток 5 А и обратное напряжение 200 В), в преобразователях ПЧ50/25-300 — диолы Д243А (прямой ток 10 А и обратное напряжение 200 В)
Блок конденсаторов преобразователей мощностью 100 и 150 В • А имеет емкость 80 мкФ и состоит из восьми конденсаторов МБГЧ-250 по 10 мкФ каждый на рабочее напряжение переменного тока 250 В. Блок конденсаторов ПЧ50/25-300 имеет емкость 120 мкФ и состоит из 12 конденсаторов типа МБГЧ-250.
Преобразователи частоты обладают высокими стабилизирующими свойствами и не требуют специальных устройств для стабилизации выходного напряжения. При колебаниях напряжения сети в пределах 220+20 В напряжение контура изменяется не более чем на 5% и при нагрузке на выходе 0,5 номинальной остается практически неизменным. При перегрузке преобразователя ток в первичной обмотке не увеличивается.
Преобразователи не нуждаются в специальной защите от коротких замыканий. После устранения короткого замыкания преобразователь автоматически включается в работу. Если ток нагрузки превышает величину, определяемую расчетной мощностью преобразователя, процесс преобразования частоты нарушается и преобразователь не работает.
Принцип действия статического преобразователя частоты основан на явлении параметрического возбуждения колебаний в контуре с индуктивностью и емкостью. Сущность этого явления заключается в том, что при принудительном изменении одного из параметров колебательного контура—емкости или индуктивности — с частотой, вдвое большей собственной частоты контура, в нем возникают и поддерживаются незатухающие колебания, частота которых близка к собственной частоте контура. Изменить параметры контура можно, например, перемещением в катушке индуктивности стального сердечника с заданной частотой 2 f. За счет механической энергии в контуре возникнут параметрические колебания в виде переменного тока частотой f.
Параметрические колебания можно также получить, используя изменение индуктивности катушки трансформатора с насыщающимся стальным сердечником
Индуктивность ка!ушки со стальным сердечником.
С =	а'2 15
I *
гдер0=4.п-107— магнитная постоянная,Гн/м;
р — относительная магнитная проницаемость материала сердечника катушки;
w — число витков катушки
S — площадь поперечного сечения сердечника, м2;
I — длина катушки, м.
121
Изменение индуктивности L может быть достигнуто изменением магнитной проницаемости стали сердечников, поскольку L = f (р). Этот принцип используется и в преобразователе частоты 50/25 Гц (рис. 142).
Последовательно соединенные обмотки w двух сердечников из электротехнической стали подключаются к сети переменного тока частотой 50 Гц. Индуктивность L средней обмотки совместно с емкостью С образует колебательный контур, настроенный на частоту 25 Гц. Обмотки w включаются таким образом, чтобы создаваемые ими магнитные потоки в средней части сердечника были направлены навстречу друг другу, поэтому в средней обмотке переменный ток частотой 50 Гц не индуцируется. Последовательно с обмотками включается диод, преобразующий переменный ток 50 Гц в однополупериодный. В результате этого магнитный поток в сердечниках будет изменяться 50 раз в 1 с. В результате насыщения сердечников будет изменяться относительная магнитная проницаемость р, а следовательно, и индуктивность L средней обмотки. При настройке контура на частоту 25 Гц с выходных клемм преобразователя можно получить переменный ток частотой 25 Гц.
Преобразователь ПЧ50/25-100 может питать две рельсовые цепи с независимо установленным напряжением, необходимьш для каждой из них. Используя основную и дополнительную вторичные обмотки, от преобразователя можно получить 34 различных напряжения от 5 до 175 В с интервалом 5 В. Размеры преобразователя 215x112x203 мм, масса 14,6 кг, размеры блока конденсатора 142x120x 180 мм, масса 3,4 кг.
Преобразователь ПЧ50/25-150 устанавливается на станциях. С обмотки преобразователя через выводы секций можно снять напряжение различной величины — от 5 до 220 В, при этом в интервалах от 5 до 20, 100—НО и 180—190 В — ступенями через 5 В и в интервалах 80—100 и 130—210 В — через 10 В. Размеры преобразователя 216x147x210 мм, масса 16,8 кг. Блок конденсаторов преобразователя тот же, что и у преобразователя мощностью 100 В А.
Преобразователь ПЧ50/25-300 конструктивно отличается применением крестообразного магнитопровода и двух обмоток, располо-
Рис. 142. Схема преобразователя ПЧ50/25
122
женных под углом 90°. Такое расположение обмоток на магнитопро-Воде исключает передачу энергии индуктивным путем с одной обмотки на другую, так как магнитный поток одной обмотки не пересекает витков другой обмотки.
Секции вторичной обмотки позволяют снимать напряжения ступенями через 5 В в интервалах от 5 до 20, 85—115 и 210—220 В. Размеры преобразователя 199x270x260 мм, масса 29 кг. Размеры блока конденсатора 260x152x225 мм, масса 6,5 кг. В этом блоке размещены, кроме того, три остеклованных резистора типа ПЭ-75 сопротивлением 5 Ом каждый, соединенных параллельно между собой и включенных последовательно с конденсаторами для подавления гармоник 50 Гц, возникающих при повышении до 250—270 В напряжения в сети питания.
§ 53.	ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТИПА ППС-1
Полупроводниковый преобразователь типа ППС-1 предназначен для резервного питания двигателей стрелочных электроприводов. Он применяется совместно с выпрямительным устройством ВУС-1,3 и включается только на момент перевода стрелки. Действующее значение выходного напряжения переменного тока ППС-1 220 В, частота выходного напряжения 4004; 10 Гц, номинальная мощность нагрузки 1 кВт Преобразователь питается от аккумуляторной батареи напряжением 48 В и обеспечивает нормальную работу одного электропривода с двигателем МСП-0,1 на напряжение 160 В.
Преобразователь ППС-1 (рис. 143) состоит из задающего каскада, включающего генератор Г и формирователь импульсов ФИ, инвертора И и защитного реле КР.
Рис. 143 Принципиальная схема преобразователя ППС-1
123
Генератор выполнен на транзисторах Т1 и Т2 по схеме двухтактного релаксационного генератора с самовозбуждением. Для стабилизации частоты при колебаниях питающего напряжения предусмотрен стабилитрон Д18, а при изменении температуры — контур С2— Тр1 и автоматическое смещение на селеновом выпрямителе Д2. Напряжение на выходе генератора имеет прямоугольную форму и составляет 5—7 В.
Формирователь импульсов состоит из двух блокинг-генераторов на транзисторах ТЗ и Т4 с импульсными трансформаторами ТрЗ и Тр4, включенными в коллекторные цепи. Последовательно с первичными обмотками трансформаторов включены резисторы R5 и R6, создающие падающую выходную характеристику генераторов под нагрузкой со следующими параметрами: длительность импульсов 0,3 с, амплитудное значение напряжения 20 В, максимальное значение тока 2 А. Для работы блокинг.-генераторов в ждущем режиме на базы транзисторов подано запирающее смещение с диода Д17. Управляющие импульсы подаются с генератора через конденсатор СЗ поочередно на базы транзисторов ТЗ и Т4.
Инвертор И состоит из трансформатора Тр5, коммутирующего конденсатора С4, дросселей Др1—ДрЗ, тиристоров УД1 и УД2 и диодов ДЗ, Д4.
Работа инвертора протекает в такой последовательности. При поступлении управляющего импульса с формирователя ФИ на тиристор УД1 последний открывается и по верхней полуобмотке трансформатора Тр5 проходит ток, индуцирующий напряжение во вторичной обмотке и заряжающий конденсатор С4. Когда поступает следующий управляющий импульс, открывается тиристор УД2 и ток проходит по нижней полуобмотке трансформатора Тр5- Полярность напряжения во вторичной обмотке трансформатора изменяется. В момент открытия тиристора УД2 возникает разрядный ток конденсатора С4 через вентили УД1 и УД2, направленный навстречу току, проходящему через тиристор УД1, и совпадающий с направлением тока через УД2. В результате ток в тиристоре УД1 резко уменьшается до тока выключения. После закрытия тиристора УД1 конденсатор С4 перезаряжается и подготавливает условия для коммутации тока в следующий полупериод. Работа схемы в дальнейшем протекает аналогично, обеспечивая переменное открытие и закрытие управляемых вентилей.
Дроссель Др1 исключает разряд конденсатора С4 через источник питания, а дроссели Др2 и ДрЗ уменьшают крутизну нарастания тока при открытии вентилей. Для исключения повышения напряжения на выходе преобразователя при холостом ходе служат диоды ДЗ и Д4, подключенные к трансформатору Тр5. При снятии номинальной мощности с преобразователя диоды заперты напряжением источника питания. При холостом ходе напряжение на трансформаторе превышает напряжение батареи, диоды открываются и через них проходит ток, поступающий обратно в батарею. Поэтому напряжение на выходе преобразователя поддерживается в пределах нормы.
Защитное реле КР коммутирует силовую цепь питания инвертора. При работе преобразователя реле RP получает питание от выходного 124
трансформатора Тр5 и проверяет наличие переменного напряжения на выходе инвертора. При срыве генерации за счет исчезновения переменного напряжения на выходном трансформаторе Тр5 обесточивается реле КР и своими контактами отключает инвертор.
Преобразователь ППС-1 выполнен в виде блока с габаритными размерами 350x280x275 мм, масса 25 кг, диапазон рабочих температур от —40 до +50° С.
§ 54.	ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТИПА ПП-300М
Полупроводниковый преобразователь ПП-300М предназначен для резервирования питания устройств железнодорожной автоматики при выключении сети переменного тока (автономный режим). Кроме того, он используется для питания рельсовых цепей отличной от 50 Гц частотой переменного тока (режим с внешним сигналом управления). Наибольшее распространение преобразователь получил для центрального питания светофоров, линейных цепей и другой аппаратуры в устройствах релейной полуавтоматической блокировки системы КБЦШ.
Источником питания преобразователя служит аккумуляторная батарея или трехфазный мостовой выпрямитель с номинальным напряжением 24 В. Напряжение на выходе преобразователя: при номинальной нагрузке 220±10 В, на холостом ходу не более 260 В; частота выходного напряжения преобразователя в автономном режиме 60± ± 1 Гц; номинальная мощность нагрузки при cos ср = 0,9 300 Вт.
Преобразователь ПП-300М состоит из следующих функциональных узлов: генератора Г, формирователя импульсов ФИ, инвертора И и пускозащитного устройства ПЗУ (рис. 144).
Генератор Г выполнен на транзисторах Т1 и Т2 по схеме двухтактного релаксационного генератора с самовозбуждением. Напряжение питания генератора при помощи резистора и стабилитрона Д поддерживается постоянным на уровне 9—10 В при колебании напряжения аккумуляторной батареи 21,6—26,4 В. Средний ток, потребляемый генератором, 200 мА. Стабильность частоты преобразователя обеспечивается включением в цепь обратной связи контура СЗ, ТрЗ и составляет ±4 Гц. Для настройки частоты генератора обмотка 7—11 трансформатора ТрЗ секционирована.
Формирователь импульсов ФИ включает дифференцирующую цепочку и распределительные диоды Д2 и ДЗ. Прямоугольные импульсы, поступающие от генератора, превращаются в узкие управляющие импульсы, которые через диоды Д2 и ДЗ поочередно посылаются в цепи управления тиристорами УД1 и УД2.
Резистор R4 ограничивает ток управления тиристорами и исклк> чает колебательный процесс в контуре С2, С4 — Тр1, который мог бы привести к одновременному открытию обоих тиристоров и опрокидыванию инвертора.
Инвертор И преобразует напряжение постоянного тока в переменное напряжение на выходе пребразователя и состоит из трансформатора Тр2, тиристоров УД1 и УД2, конденсатора С5, дросселей Др1, Др2 и ДрЗ, диодов Д5 и Д6 (см рис 144) Питание инвертора осуществ-
125
Рис. 144 Принципиальная схема преобразователя ПП-300М
ляется через пускозащитное устройство ПЗУ от источника постоянного тока ПБ — МБ напряжением 24±2,4 В.
При поступлении управляющего импульса на тиристор УД1 последний открывается и по верхней полуобмотке трансформатора Тр2 проходит ток, индуцирующий напряжение во вторичной обмотке и заряжающий конденсатор С5. С поступлением следующего управляющего импульса открывается вентиль УД2. В этот момент проходит ток по нижней полуобмотке трансформатора Тр2 и изменяется полярность напряжения на его вторичной обмотке. При открытии вентиля УД2 заряжается конденсатор С5, ток разряда которого направлен навстречу току, протекающему через УД1 и совпадающему с направлением тока через УД2. В результате ток вентиля УД1 спадает до тока выключения, вентиль закрывается.
После закрытия УД1 конденсатор С5 перезаряжается и подготавливает условия для коммутации тока в следующий полупериод.
В дальнейшем схема работает аналогично, обеспечивая попеременное открытие (управляющие импульсы) и закрытие (разряд конден-126
сатора С5) управляемых вентилей. Дроссели Др1 — ДрЗ в схеме имеют следующее назначение: Др1 исключает разряд конденсатора С5 через источник питания; Др2 и ДрЗ уменьшают крутизну нарастания тока при открытии тиристоров.
Таким образом, при поступлении управляющих импульсов на вход инвертора (цепи управления тиристорами) происходит поочередное открытие тиристоров УД1 и УД2, и по полуобмоткам /—2, 2—3 трансформатора Тр2 протекает переменный ток, индуцирующий во вторичной обмогке, к которой подключена нагрузка, переменное напряжение.
Пускозащитное устройство ПЗУ содержит резисторы R2, R7 — R9, диоды Д4, Д7 — ДЮ, автоматический выключатель многократного действия АВ, реле RP и ПР, которые обеспечивают автоматический повторный запуск преобразователя, если по каким-либо причинам его работа будет приостановлена (например, кратковременное короткое замыкание в на: рузке). Реле КР и ПР питаются через выпрямитель с выхода преобразователя. При коротком замыкании в нагрузке переменный ток на обмотках трансформатора Тр2 исчезает и питание обоих реле выключается, чем обеспечивается кратковременный разрыв цепи питания преобразователя. После отпадания якоря реле ПР через его тыловой контакт замыкается пусковая цепь. На инвертор подается отрицательный потенциал по цепи: МБ, автоматический выключатель АВ, клемма 9 преобразователя, резистор R7, дроссель Др1, точка О, начинает работать инвертор и через 0,2 с автоматически восстанавливается действие преобразователя.
Если в нагрузке будет длительное короткое замыкание, то предусмотрен автоматический выключатель многократного действия АВ. Этот выключатель периодически через 1—2 мин кратковременно выключает пусковую цепь преобразователя и восстанавливает его работу после устранения повреждения в нагрузке.
Преобразователь выполнен в виде блока с габаритными размерами 360x280x300 мм, его масса 30 кг, диапазон рабочих температур от —40 до +50° С.
Преобразователь ПП-300М, модернизированный в 1977 г., позволяет задавать частоту и фазу выходного напряжения от внешнего сигнала (см. рис. 144). Такое включение преобразователя используется для питания рельсовых цепей с двухэлементными путевыми реле частотой, отличной от частоты сети. Диапазон частот работы модернизированного преобразователя 40—80 Гц; напряжение входного сигнала 5—15 В; мощность не менее 80 мВт.
§ 55.	ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ППВ-0.5М И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ БЛОК ДБ ППВ-0,5
Преобразователь полупроводниковый типа ППВ-0.5М предназначен для заряда кислотной аккумуляторной батареи от сети переменного тока (режим выпрямления) и преобразования энергии постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный при отключении
<27
сета (режим преобразования). В режиме выпрямления преобразователем обеспечивается оптимальное содержание аккумуляторной батареи (импульсный подзаряд) и форсированный заряд ее после включения сети переменного тока. Преобразователь состоит из блока преобразования БП ППВ-0,5 М и панели коммутации ПК ПП-0,5 М; блок преобразования в свою очередь состоит из двух блоков: силового и релейного, соединенных между собой 30-штырным разъемом.
Дополнительный блок ДБ ППВ-0,5 используется для увеличения вдвое мощности преобразователя ППВ-0,5 М.
Наибольшее распространение эти преобразователи получили в устройствах электрической централизации малых станций. В системе ЭЦМ, разработанной конструкторским бюро ЦШ, их устанавливают внутри пульта управления. На промежуточных станциях преобразователи размещают в шкафах питания или унифицированных стативах.
Техническая характеристика ППЗ-0.5М
В режиме преобразования Источник питания — кислотная аккумуляторная
батарея напряжением.......................... 24 В
Номинальная мощность нагрузки ППВ-0.5М . .	500 Вт
То же с ДБ ППВ-0,5 .......................... 1000 Вт
Напряжение на выходе преобразователя: при номинальной нагрузке..................... 2201^
при холостом ходе..........................Не более 260 В
Частота переменного тока..................... 50-60±1 Гц
К. п. д. при номинальной нагрузке............Не менее 80%
В режиме выпрямления
Источник питания—сеть переменного тока напряжением ...................................... 220 В
Ток заряда батареи........................... 0—12 А
То же с ДБ ППВ-0,5........................... 0—24 А
Напряжение на аккумуляторной батарее в режиме содержания................................ 25,2—27,6 В
К. п. д. выпрямителя.........................Не более 60%
Преобразователь ППВ-0,5М относится к классу обратимых преобразователей и состоит из следующих функциональных узлов (рис. 145): генератора — усилителя Г, формирователя импульсов ФИ, инвертора— управляемого выпрямителя И, фазорегулятора ФР, режимного устройства РУ и пускозащитного устройства ПЗУ. Переключение ППВ-0.5М из режима выпрямления в режим преобразования и обратно производится контактами повторителя аварийного реле АРП, расположенного внутри преобразователя.
В режиме преобразования, когда реле АРП без тока, автогенератором Г задается частота преобразователя. При помощи формирователя импульсов ФИ прямоугольное выходное напряжение генератора преобразуется в импульсы, которые управляют работой инвертора И. Инвертор преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи Б в переменный. Пускозащитное устройство ПЗУ облегчает запуск инвертора и защищает его от перегрузок.
128
Зак 1410
Рис. 145. Принципиальная схема преобразователя ППВ-0.5М
в нагрузку
В режиме выпрямления реле АРП под током и переменное напряжение подается на управляемый выпрямитель И, собранный по мостовой двухполупериодной схеме. Выпрямительный мост нагружен на аккумуляторную батарею Б. Регулировка тока заряда, основанная на принципе горизонтального управления, достигается изменением фазы управляющих импульсов, подаваемых на тиристоры, относительно фазы переменного напряжения. Тиристоры выпрямителя работают в ключевом режиме. Сдвиг фазы переменного напряжения производится фазорегулятором ФР. Работой фазорегулятора управляет режимное устройство РУ, которое в зависимости от напряжения аккумуляторной батареи подключает к фазорегулятору один из трех резисторов, устанавливающих определенные сдвиги фаз. Усилитель Г преобразует синусоидальное напряжение, поступающее с выхода фазорегулятора, в прямоугольное. Формирователь импульсов ФИ вырабатывает синфазные с этим напряжением короткие импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров. Таким образом, в зависимости от напряжения батареи устанавливается оптимальный ток выпрямителя.
Принципиальная электрическая схема преобразователя ППВ-0,5М приведена на рис. 145.
Генератор-усилитель Г в режиме преобразования представляет собой двухтактный релаксационный генератор с самовозбуждением на транзисторах Т1 и Т2. В схеме генератора предусмотрена стабилизация частоты при колебаниях напряжения питания и температуры окружающей среды. Напряжение питания генератора поддерживается постоянным на уровне 12—14 В при помощи стабилитрона ДС1. Стабильность частоты при изменении температуры достигается за счет включения в цепи обратной связи L-C контура (С2 — Тр1) и в цепи смещения селенового выпрямителя Д28. Для настройки частоты генератора обмотка 7-11 трансформатора обратной связи Тр1 секционирована.
В режиме выпрямления генератор-усилитель Г преобразует синусоидальное напряжение, подаваемое с выхода фазорегулятора, в прямоугольное. Переключение генератора из режима усиления в режим генерации и наоборот осуществляется контактами 211, 311 реле АРП. С выводов 4-5 коллекторного трансформатора Тр2 напряжение подается на вход формирователя импульсов.
Формирователь импульсов состоит из дифференцирующего конденсатора СЗ, развязывающих диодов Д11—Д14 и двух блокинг-гене-раторов на транзисторах ТЗ, Т4 с изолирующими импульсными трансформаторами ТрЗ и Тр4. Диоды ДИ — Д14 распределяют разнополярные импульсы заряда конденсатора СЗ по базам транзисторов ТЗ и Т4. Блокинг-генераторы, запускаемые этими импульсами, формируют прямоугольные импульсы длительностью около 1 мс, напряжением до 20 В и током до 2 А. Для работы блокинг-генераторов в ждущем режиме между эмиттером и базой транзисторов ТЗ и Т4 приложено запирающее напряжение диода Д20, который находится в открытом состоянии за счет тока смещения через резистор R10. Чтобы снять перенапряжение с коллекторов транзисторов ТЗ, Т4 от индуктивной от
дачи трансформаторов ТрЗ и Тр4, в момент запирания транзисторов параллельно обмоткам 1-2 и 3-4 включают диоды ДЮ, Д15 — Д17.
Балластный резистор R41 и стабилитроны ДС4 и ДС5 ограничивают до 22 В напряжение питания блокинг-генераторов в режиме выпрямления, когда напряжение батареи может достигать 31,4 В. В режиме преобразования стабилизация отключается контактором 111 реле АРП и блокинг-генераторы питаются непосредственно от батареи по цепи ПБ24-МБ24.
Инвертор — управляемый выпрямитель И состоит из силового трансформатора Тр7, тиристоров УД1 и УД2, диодов Д24, Д25, коммутирующих конденсаторов С4, С5 и дросселей Др1—ДрЗ. Питание инвертора в режиме преобразования осуществляется от аккумуляторной батареи с клемм 4 и 2 (цепь МБ24), 3 (цепь ПБ24). При поступлении на вход инвертора импульсов с блокинг-генераторов происходит попеременное открытие тиристоров УД1 и УД2 и по обмоткам силового трансформатора протекает переменный ток.
Дроссель Др2 исключает разряд конденсаторов С4, С5 через источник питания, а дроссели Др1 и ДрЗ уменьшают крутизну нарастания тока при открытии тиристоров. Диоды Д24 и Д25 служат для ограничения напряжения на выходе инвертора при незначительной нагрузке на преобразователь. В режиме выпрямления инвертор—управляемый выпрямитель представляет собой мостовой однофазный управляемый выпрямитель, в два плеча которого включены тиристоры УД1 и УД2, а два других образованы диодами Д24 и Д25. Выпрямительный мост питается от силового трансформатора Тр7 и нагружен на аккумуляторную батарею (/7Б24-МБ24) через дроссель Др2, амперметр А и диод Д1 панели коммутации. Др2 несколько уменьшает реактивный ток заряда аккумуляторной батареи.
Выпрямитель работает следующим образом. Напряжение переменного тока с обмотки 1-3 Тр7 приложено к анодам тиристоров УД1 и УД2. Если при положительном напряжении на аноде на управляющий электрод подается импульс, тиристор открывается. С этого момента он проводит ток почти до конца полу периода, когда мгновенное значение напряжения снизится до напряжения встречной э. д. с. аккумуляторной батареи. Если управляющий импульс смещается к началу полупериода, выпрямленный ток увеличивается, а если к концу — уменьшается.
Фазорегулятор работает только в режиме выпрямления. Им изменяется угол открытия тиристоров управляемого выпрямителя И, и тем самым регулируется величина зарядного тока.
Фазорегулятор представляет собой активно-индуктивный мост, плечами которого являются две полуобмотки 1-2 и 2-3 силового трансформатора Тр7 и два сопротивления — активное (один из резисторов R13 — R15, подключаемый контактами реле ФР М.ЗР режимного устройства) и индуктивное (обмотка 1-2 трансформаторов Тр5, Трб). В диагональ моста через фронтовые контакты АРП включена обмотка входного трансформатора Тр1 генератора-усилителя Г. Фаза напряжения на Тр1 зависит от соотношения индуктивного и -активного сопротивлений. Резисторами R13 — R15 устанавливается ток 5*	131
заряда аккумуляторной батареи, а трансформаторами Тр5, Трв, включенными по схеме дросселя насыщения, этот ток стабилизируется при колебаниях напряжения сети.
Режимное устройство РУ состоит из двух триггеров на транзисторах Т5, Т7 и Тб, Т8. На выходе триггеров включены реле ФР и ЗР.
Сигнал управления на триггеры подается от источника питания, которым является аккумуляторная батарея (ПБК — МБК). Транзисторы Тб, Т7 триггера открываются при увеличении напряжения батареи до 313,4 В и закрываются при снижении напряжения до 24 В. Напряжение открытия транзисторов Тб, Т8—27,6 В, закрытия — 25,2 В.
Реле ФР служит для включения и отключения форсированного заряда. Реле ЗР переключает режимы максимального и минимального токов заряда аккумуляторной батареи. Для этой цели контактами 311 реле ФР и ЗР коммутируются резисторы (потенциометры) R13 — R15 активного плеча фазорегулятора.
Пускозащитное устройство содержит контактор RP, реле ПР, автоматический выключатель многокрашою действия АВ, резисторы R16, R17, R18, R22 и R43, диоды Д2, Д2' и Д4. Этими приборами обеспечивается устойчивое включение и автоматический повторный запуск преобразователя, если по какой-либо причине (короткое замыкание в нагрузке и т. п.) генерация будет сорвана. Пусковое релеПР нормально находится подтоком и при наличии сети переменного тока получает питание через резистор R22, диод Д4 и фронтовой контакт реле АРП.
Запуск преобразователя происходит следующим образом При включении сети переменного тока отключаются реле АР и АРП. С замедлением 0,1 с отпускает якорь реле ПР, перекрывая время «дребезга» контакта реле АРП, включающего полюс ПБ24 на клемму 3 преобразователя. Тыловыми контактами 111-113 и 121-123 реле ПР через резистор R16 и автоматический выключатель АВ включается пусковая цепь питания инвертора. После запуска преобразователя срабатывает контактор КР и силовыми контактами замыкает основную
цепь питания инвертора, подключая его к батарее.
При срыве колебаний выключается контактор КР и прерывается цепь питания инвертора, так как реле ПР отпускает якорь с замедлением 0,2 с. После замыкания тылозых контактов реле ПР происходит повюрный запуск инвертора. Если в нагрузке будет иметь место длительное короткое замыкание, то с целью исключения разряда аккумуляторной батареи и защиты элементов преобразователя от токовых перегрузок установлен автоматический выключатель многократного действия АВ типа АВМ-1,5.
Клеммы ППВ-0,5М
Рис. 146. Принципиальная схема дополнительного блока ДБ
ППВ 0,5
132
Реле ВР служит для выключения преобразователя при снижении напряжения аккумуляторной батареи до 21,6 В. Регулируется напряжение отпадания реле ВР резистором R21.
Дополнительный блок ДБ ППВ-0,5 (рис. 146) состоит из силового трансформатора Тр, конденсатора С общей емкостью 140 мкФ и двух диодов Д1, Д2, рассчитанных на ток 100 А и обратное напряжение 200 В. Трансформатор Тр имеет одинаковые параметры с силовым трансформатором преобразователя ППВ-0,5М и включается совместно с ним на параллельную работу. Конденсатор С увеличивает коммутирующую емкость инвертора со 120 до 260 мкФ. Силовые вентили Д1, Д2 являются составными элементами инвертора вместо менее мощных диодов Д24 и Д25 преобразователя. Благодаря подключению дополнительного блока к ППВ-0.5М мощность его увеличивается вдвое.
§ $6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ППС-1,1 И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ-ВЫПРЯМИТЕЛЬ ППВ-1
Полупроводниковый преобразователь ППС-1,7 предназначен для резервирования питания стрелочных электроприводов с двигателями постоянного тока на номинальное напряжение 160 В от низковольтной аккумуляторной батареи. Преобразователь применяется совместно с выпрямительным устройством ВУС-1,3 и рассчитан на перевод одной стрелки с любой маркой крестовины. В зависимости от напряжения питания инвертора (24 или 48 В) выпускаются два типа преобразователей ППС-1,7-24 или ППС-1,7-48 Преобразователь можно перестроить из одного типа в другой при помощи перемычек. Инвертор преобразователя рассчитан на непрерывную работу в течение 10 мин. Нормальное действие ППС-1,7 обеспечивается при температуре окружающей среды от —40 до 4-40° С.
Техническая характеристика
Напряжение аккумуляторной батареи для преоб-
разователя: ППС-1,7-24 ................................. 24 В
ППС-1,7-48 ................................ 48	В со средним
выводом
Максимальная мощность нагрузки.............. 1,7 кВт
Напряжение на выходе преобразователя .... Не менее 210	В
Частота выходного напряжения..................... 400±10	Гц
Габаритные размеры............................ 550X340X330	мм
Масса.............................................. 46	кг
Преобразователь ППС-1,7 состоит из трех основных узлов: автогенератора, формирователя импульсов и инвертора. Принципиальная схема преобразователя ППС-1,7 аналогична схеме преобразователя ППС-1.
Преобразователь-выпрямитель ППВ-1 служит для заряда кислотной аккумуляторной батареи от сети переменного тока (режим выпрямления) и преобразования энергии постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный при отключении сети (режим преобразования).
133
ППВ-1 совместно с полупроводниковыми реле напряжения РНП обеспечивает оптимальное содержание аккумуляторной батареи в буферном режиме и форсированный заряд после включения сети переменного тока.
Преобразователь предназначается для установки в закрытых шкафах и местах, защищенных от попадания влаги, пыли и посторонних предметов. Основное применение ППВ-1 нашел в панельных устройствах электропитания постов ЭЦ малых станций со статическими преобразователями.
Нормальная работа преобразователя-выпрямителя обеспечивается при температуре окружающей среды от —40 до +40° С.
Техническая характеристика
В режиме преобразования
Номинальное напряжение аккумуляторной батареи ........................................ 24 В
Номинальная мощность нагрузки............... 1 кВт
Номинальное действующее значение выходного напряжения..................................... 220±1s	В
Частота выходного напряжения................ 50±0,5 Гц
В режиме выпрямления
Номинальное напряжение в сети переменного тока 220 В
Ток заряда аккумуляторной батареи........... 0—20 Л
Ток, потребляемый от сети переменного тока при максимальном токе заряда...................... Не	более 7 А
Габаритные размеры........................... 775X375X355	мм
Масса....................................... 80 кг
Структурная схема преобразователя ППВ-1 показана на рис. 147. Преобразователь состоит из следующих функциональных частей: генератора-усилителя Г, формирователя импульсов ФИ, инвертора — управляемого выпрямителя И, фазорегулятора ФР, режимного устрой-
Б
П
Елок упрабпг-ная тиристора-
о
X: 9-
Рис 147. Структурная схема преобразователя ППВ-1
ства РУ и пускозащитного устройства ПЗУ. Функции режимного устройства РУ выполняют два полупроводниковых реле напряжения РНП, установленных вне преобразователя ППВ-1. РНП совместно с включенными на выходе реле ФЗ и 3 переключают токи заряда аккумуляторной батареи.
Переключение ППВ-1 из режима выпрямления в режим преобразования и наоборот производится контактами аварийных реле А и АП, расположенных вне преобразователя, и их повторителя АП, установленного в релейном блоке ППВ-1.
В режиме преобразования, когда реле А и АП без тока, автогенератором Г
задается частота преобразователя. При помощи формирователя импульсов ФИ
134
прямоугольное выходное напряжение генератора преобразуется в импульсы, которые управляют работой инвертора И. Инвертор преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи Б в переменный.
В режиме выпрямления реле А и АП под током и переменное напряжение подается на управляемый выпрямитель И, собранный по мостовой двухполупериодной схеме. Выпрямительный мост нагружен на аккумуляторную батарею. Регулировка тока заряда достигается изменением фазы управляющих импульсов, подаваемых на тиристоры выпрямителя, относительно фазы переменного напряжения. Сдвиг фазы переменного напряжения производится фазорегулятором ФИ. Работой фазорегулятора управляет режимное устройство РУ, которое в зависимости от напряжения аккумуляторной батареи подключает к фазорегулятору ФР один из трех резисторов, устанавливающих оптимальный ток выпрямителя. Усилитель-генератор Г преобразует синусоидальное напряжение, поступающее с выхода фазорегулятора, в прямоугольное. Формирователь импульсов ФИ вырабатывает синфазные с этим напряжением короткие импульсы, которые поступают на управляющие электроды тиристоров.
Конструктивно ППВ-1 выполнен в виде блока, который не имеет кожуха, благодаря чему создаются хорошие условия для охлаждения его элементов. В левом нижнем углу преобразователя находятся блок управления тиристорами и релейный блок. Релейный блок выполнен в отдельном, закрытом со всех сторон кожухе и может выдвигаться для обзора контактной системы реле и монтажа.
§ 57. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТИПА ППШ-3
Полупроводниковый преобразователь постоянного тока типа ППШ-3 представляет собой комбинированное электропитающее устройство для
Рис. 148. Принципиальная схема преобразователя ППШ-3
135
преобразования переменного или постоянного тока напряжением 12 В в постоянный ток напряжением 22±1 В; 55±2 В; 77+3 В и предназначен для питания устройств автоматики и телемеханики при токе нагрузки 77 мА.
По конструкции полупроводниковый преобразователь выполнен в виде блока питания, помещенного в кожухе реле типа НШ. В нижней части блока установлены два трансформатора Тр1 и Тр2, резистор R2 и конденсатор С1. В верхней части на текстолитовой плате размещены четыре диода Д1 — Д4, резистор R1 и два триода Т1 и Т2.
Преобразователь постоянного тока ППШ-3 (рис. 148) представляет собой генератор, собранный на двух триодах по двухтактной схеме. Напряжение на выходе полупроводникового преобразователя снимается с обмотки /// повышающего трансформатора Тр1 и подается через тыловой контакт аварийного реле А на выпрямительный мост. При преобразовании переменного тока 12 В в постоянный напряжение снимается с вторичной обмотки трансформатора Тр2 и подается через фронтовой контакт реле АР на выпрямительный мост.
ПреобразовательППШ-3 обладает низким к. п. д.,что не позволяет преобразователь держать подключенным постоянно к батарее и требует защиты от коротких замыканий в линии.
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
ГЛАВА XIII
ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
§ 58.	ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К УСТРОЙСТВАМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И КАЧЕСТВУ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Для четкой работы перегонных и станционных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики необходимо надежное и непрерывное электроснабжение.
В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) в отношении надежности электроснабжения электроприемники разделяются на I, II и III категории.
Устройства электроснабжения должны обеспечивать электропитание устройств автоматической блокировки, диспетчерской и электрической централизации, механизированных сортировочных горок и станционных устройств СЦБ при полуавтоматической блокировке как электроприемников 1 категории.
Согласно ПУЭ к I категории относятся электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение особо важных элементов городского хозяйства. Поэтому указанные потребители должны получать питание от надежных, постоянно действующих энергосистем, электростанций, подстанций или линий электропередач, располагающих достаточной мощностью и имеющих стабильную частоту и напряжение на своих шинах.
Под понятием шины источников питания подразумевается место присоединения линий низкого или высокого напряжения, питающих непосредственно или через понижающие и разделительные трансформаторы устройства СЦ1>.
Система электроснабжения автоблокировки, диспетчерской и электрической централизации должна обеспечивать в кабельных ящиках высоковольтно-сигнальных линий СЦБ (ВСЛ СЦБ) номинальное напряжение 220 В, а на шинах вводных панелей постов ЭЦ и ДЦ 220 или 380 В, при этом отклонение от установленных норм напряжений допускается в сторону уменьшения не более 10%, а в сторону увеличения не более 5%.
137
Устройства СЦБ, располагающие местным аккумуляторным резервом, должны питаться от линий электропередачи или подстанций, от которых производится снабжение электроэнергией потребителей не ниже II категории.
В соответствии с ПУЭ ко 11 категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недо-отпуском продукции, простоем рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного количества городских- жителей.
Системы электроснабжения должны: не допускать отклонения напряжения в электрических сетях от допустимых норм; в необходимых случаях обеспечивать автоматическое переключение питания с одного пункта питания на другой с минимальной потерей времени; допускать отключение полностью или по участкам линий высокого и низкого напряжения для ремонтных работ без нарушения электроснабжения всей системы.
Чтобы выполнялись эти требования, сечения проводов и кабелей питающих линий подбираются специальным расчетом; предусматривается оборудование разъединителей высоковольтной линии СЦБ устройствами дистанционного управления из помещения ДСП, а фидеров автоблокировки — устройствами автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резерва (АВР), контроля однофазного заземления и дистанционного управления фидерных выключателей, а также сигнализацией действия этих устройств. Релейная защита и автоматика питающих пунктов высоковольтных линий СЦБ должны обеспечивать восстановление напряжения на линии в течение не более 1,3 с после возникновения короткого замыкания.
§ 59.	ПРОЕКТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Электроэнергия для питания устройств электрической централизации на средних и крупных станциях передается, как правило, по кабелям сравнительно небольшой длины, а для устройств автоблокировки и диспетчерской централизации — по воздушным высоковольтносигнальным линиям (ВСЛ СЦБ).
Строительство ВСЛ СЦБ может быть начато только при наличии проекта.
Проект включает: схему-трассу; принципиальную схему электроснабжения; трехлинейную схему; нетиповые чертежи сложных переходов через реки, овраги и линии связи, трубопроводы, железные и шоссейные дороги и т. п.; пояснительную записку; смету и проект организации строительства.
Трасса представляет собой ориентированное место расположения ВСЛ СЦБ относительно колеи железной дороги и других постоянных сооружений — мостов, вокзалов и др.
Направление трассы выбирают так, чтобы линия по возможности была прямой, наименьшей длины, с меньшим количеством естественна
ных и искусственных препятствий и пересечений линий связи и электропередач.
Трехлинейная схема представляет собой план расположения высоковольтных проводов отдельно для каждой цепи (при двухцепных линиях) с указанием ординат: установки трехполюсных разъединителей, скрещивания проводов и цепей, подключения линейных трансформаторов, потребляемой ими мощности и cos <р, кабельных вставок с указанием марки кабеля.
На схеме электроснабжения указывают: ординаты постоянных и резервных источников питания, их мощность, протяженность воздушных и кабельных линий, марки воздушных проводов и кабелей, величины падения напряжения на отдельных плечах. Схему электро снабжения дополняют принципиальной схемой постоянных и резервных источников питания и распределительных устройств.
В проект производства работ входят:- графики производства по отдельным видам работ; ведомости потребности материалов, оборудования, механизмов, инструмента; график потребности и движения рабочей силы; объемные и финансовые показатели работ; указания по технике безопасности; краткая пояснительная записка.
В пояснительной записке к проекту приводятся основные положения электроснабжения: вид и мощность источников питания, типы линий и особенности их постройки, электротехнические расчеты.
При строительстве ВСЛ СЦБ следует руководствоваться проектом организации строительства, сетевыми графиками и проектом производства работ.
От начала и до окончания строительства различают два периода: подготовительный и основной.
С учетом сроков, установленных для строительства, составляется график отдельно на каждый вид работ с максимальным использованием машин и механизмов и организацией комплексных или специализированных бригад или звеньев.
§ 60.	ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ВТОРИЧНЫМ ИСТОЧНИКАМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Вторичные источники электропитания устройств автоматики предназначены для заряда кислотных аккумуляторных батарей от сети переменного тока и преобразования постоянного тока батарей в переменный при выключении основных источников питания.
Одним из основных требований, предъявляемых к вторичным источникам электропитания, является обеспечение высокой надежности систем питания. Существенное повышение надежности аппаратуры достигается за счет замены машинных преобразователей на статические, в которых нет быстроизнашиваемых деталей и отсутствует увеличение пусковых токов.
Важным требованием к современной аппаратуре электропитания является максимальное сокращение эксплуатационных расходов. К ним относятся затраты времени обслуживающего персонала на со-
139
держание устройств, производство профилактических измерений и осмотра, а также на проверку и текущий ремонт в контрольно-испытательных пунктах.
Сокращаются затраты времени на проверку и ремонт аппаратуры электропитания благодаря применению более надежных полупроводниковых приборов, которые не имеют сложных механических регулировок и периодичность проверок их значительно реже, чем релейных устройств.
При создании схем электропитания стремятся к сокращению капитальных затрат на изготовление аппаратуры. Например, совмещены в одной конструкции с многократным использованием почти всех составляющих деталей преобразователь постоянного тока в переменный и зарядное устройство, которые работают неодновременно.
Важным требованием является экономия электроэнергии. Сокращение расхода электроэнергии дает возможность использовать аккумуляторы меньшей емкости, т. е. экономить дефицитные материалы. Экономия электроэнергии достигается прежде всего за счет повышения к. п. д. вторичных источников питания и использования более выгодного режима заряда батарей.
ГЛАВА XIV
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ПЕРЕГОННЫХ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
§ 61.	ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ АВТОБЛОКИРОВКИ
Электропитание устройств автоблокировки осуществляется от высоковольтно-сигнальных линий СЦБ (ВСЛ СЦБ), сооружаемых вдоль путей. Высоковольтные линии выполняются трехфазными, трехпроводными, с изолированной нейтралью, напряжением 6 или 10 кВ.
На участках с электротягой применяется ВСЛ СЦБ напряжением 10 кВ, так как это позволяет наиболее просто и экономично подключаться к тяговым подстанциям, где напряжение на шинах распределительных устройств высокого напряжения повсеместно применяется также 10 кВ.
Выбор напряжения высоковольтной линии 6 или 10 кВ на участках с тепловозной тягой определяется величиной мощности, которую необходимо передать по линии, расстоянием между пунктами питания, напряжением на шинах распределительных устройств подстанций и напряжением линий автоблокировки на смежных участках дороги.
Электроэнергия от ВСЛ СЦБ сигнальным установкам автоблокировки передается через понижающие линейные трансформаторы типа ОМ.
Для уменьшения влияний на идущие вдоль железнодорожного полотна линии связи линейные трансформаторы включаются в различные фазы попеременно так, чтобы все фазы были загружены 140
равномерно. На кабельных участках линии автоблокировки трансформаторы типа ОМ размещают в металлических шкафах вблизи сигнальных точек.
В зависимости от рода тяги и типа автоблокировки применяются две системы электроснабжения перегонных устройств; переменного тока, при которой рельсовые цепи и вся аппаратура получают энергию только от высоковольтной линии, причем на участках с электрической тягой постоянного тока — частотой 50 Гц, а на участках с электротягой переменного тока — 50 или 75 Гц; смешанная, при которой рельсовые цепи питаются постоянным током от аккумуляторов, а сигнальные приборы получают энергию через понижающие трансфораторы от высоковольтной линии, а при ее выключении — от местных аккумуляторных батарей.
Независимо от системы питания и схемы электроснабжения устройств потеря напряжения в конце линии между двумя смежными пунктами питания ВСЛ СЦБ не должна превышать 10%.
На участках, где эксплуатируется автоблокировка системы переменного тока, каждая сигнальная точка, как правило, обеспечивается основным и резервным питанием через отдельные линейные трансформаторы с установкой в релейных шкафах реле для автоматического переключения питания с одного трансформатора на другой.
Высоковольтные цепи автоблокировки должны обеспечиваться двусторонним питанием от источников энергии с взаимным резервированием, располагаемых по концам каждого плеча. Высоковольтные цепи ВСЛ СЦБ на всем протяжении секционируют. Схемы секционирования должны допускать возможность производства ремонтных работ на линии и выполняются в зависимости от системы питания автоблокировки
Высоковольтные цепи ВСЛ СЦБ напряжением 6—10 кВ, подвешенные на одних опорах с сигнальными проводами, должны получать энергию от шин через изолирующие трансформаторы и не иметь гальванической связи с другими линиями, в том числе и с линиями продольного электроснабжения, подвешиваемыми на опорах ВСЛ СЦБ.
При системе переменного тока вся высоковольтная линия делится на отдельные участки — плечи питания, каждый из которых обеспечивается электроэнергией от пунктов питания.
Из двух смежных пунктов питания основной пункт включен постоянно, а резервный — только при отключении основного пункта или при ремонтных работах на линии.
На участках с электротягой высоковольтная линия питается от тяговых подстанций, а на неэлектрифицированных участках — от любых имеющихся на участках источников энергии.
Длина плеча питания выбирается по возможности короче и, как правило, при системе переменного тока не должна превышать 40— 50 км (рис. 149). На участках с большими размерами движения, где смежные пункты питания достаточно надежны или где при надежных пунктах питания расстояние между ними больше 40 км, для сокращения длины отключаемой во время аварий части линии целесообразно питать каждый участок линии одновременно с двух концов навстречу
141
питания
питания
питания
Рис. 149. Схема питания ВСЛ СЦБ при системе переменного тока
друг другу с разрезом в середине и с установкой в точке разреза пункта секционирования, который является резервным пунктом питания (рис. 150).
Если устройства автоблокировки получают питание от телеуправляемых тяговых подстанций, фидерные выключатели питающих пунктов автоблокировки также включаются в общую систему телеуправления. Пункты питания автоблокировки по возможности должны быть сфазированы и допускать в необходимых случаях параллельную работу трансформаторов.
На участках с электротягой переменного тока, где применяются рельсовые цепи частотой 75 Гц, эектроснабжение устройств автоблокировки осуществляется по системе переменного тока. В этом случае в высоковольтные линии подается напряжение 6 кВ с частотой тока 75 Гц от шин собственных нужд тяговых подстанций через специальные преобразователи частоты АПЧ 50/75 Гц (рис. 151).
На основном пункте питания должно быть не менее двух преобразователей (основной и резервный), а на резервном пункте устанавливается один преобразователь. Схемы питания преобразователей частоты основных пунктов предусматривают параллельную работу двух преобразователей и параллельное питание участка линии автоблокировки от двух преобразователей смежных тяговых подстанций. Для каждого направления линии автоблокировки имеются свои повышающие трансформаторы 1ТМ. и 2ТМ. Оба трансформатора получают питание от любого из преобразователей, к которым они присоединены.
Между двумя смежными тяговыми подстанциями, как правило, оборудуется резервный пункт питания с установкой одного преобра-
питания
питания
питания
Рис. 150. Установка пункта секционирования на электрифицированных участках
142
зователя частоты с автоматическим пуском и питанием от местных источников энергии или системы ДПР (два провода — рельс). Резервные преобразователи частоты, в основном, располагаются в постах электрической централизации и используются для резервного питания устройств, работающих при частоте 75 Гц. В нормальном режиме ВСЛ СЦБ получает питание одновременно с обоих концов с разрезом у резервного преобразователя.
На всех пунктах питания автоблокировки с рельсовыми цепями 75 Гц
Шина собственных нужд лгов.бйГц
Линия адтоблоки- Линия автоблокировки ВкВ, 15Гц робки ВкВ, ТВ Гц
Рис. 15]. Схема питания ВСЛ
СЦБ частотой 75 Гц при электротяге переменного тока
устанавливаются стабилизирующие устройства, автоматически регулирующие напряжение питания таким образом, чтобы его изменение было не более ± 5% номинального значения при максимальных
расчетных нагрузках.
При системе переменного тока с рельсовыми цепями частотой 75 Гц для отключения трансформаторов ОМ без нарушения подачи
электроэнергии в высоковольтную линию на опорах, смежных с силовой опорой, устанавливают трехполюсные разъединители Р (рис. 152, а). Если по каким-либо причинам разместить разъединитель на опоре, смежной с силовой, нельзя, его переносят на другую опору, ближайшую к силовой; если расстояние между двумя силовыми оп> рами не превышает 400 м, то для этих двух опор в середине устанавли-
вают один разъединитель.
На участках с автономной тягой, где автоблокировка проектируется по смешанной системе питания и обеспечивается местным аккумуляторным резервом, для каждой сигнальной установки монтируется по одному линейному трансформатору типа ОМ, присоединенному к ВСЛ СЦБ. При смешанной системе питания допускается питать от одного линейного трансформатора на перегонах две сигнальные установки при растоянии между ними не более 400 м. ВСЛ СЦБ должны присоединяться ко всем имеющимся на участке источникам энергии — постоянно действующим энергосистемам, электростанциям, подстанциям или линиям электропередачи.
При смешанной системе питания так же, как и при системе переменного тока, вся высоковольтная линия делится на отдельные участки — плечи питания, каждый из которых обеспечивается энергией с обоих концов (рис. 153). Длина плеча питания, как правило, не должна превышать при этом 40 км.
При невозможности обспечения указанных длин от имеющихся источников энергии между ними должны оборудоваться для питания устройств СЦБ автоматизированные резервные электростанции. При смешанной системе питания, если расстояние между имеющимися пунктами питания более 40 км, допускается вместо резервного пункта питания оборудовать автоматический пункт секционирования, который в нормальном режиме питания высоковольтной линии делит последнюю
143
Рис. 152. Способы питания сигнальных установок автоблокировки и включения трехполюсных разъединителей
Основной пункт питания
Рис 153 Схема пи« тания ВСЛ СЦБ при смешанной си-стеме
144
на две части, а при отключении одного из смежных о ним пунктов автоматически соединяет обе части линии, подавая в них питание с одного конца.
Резервное питание автоблокировки при смешанной системе осуществляется от аккумуляторных батарей, причем емкость аккумуляторов принимается с учетом суточного резерва.
На основных пунктах питания высоковольтные фидеры автоблокировки, как правило, делают раздельными для каждого плеча питания и монтируют в закрытых подстанциях. На пунктах резервного питания при смешанной системе высоковольтные фидеры автоблокировки могут быть общими на два плеча питания с последующим их делением на мачтовых подстанциях или воздушных распределительных пунктах.
При смешанной системе питания предусматривают разъединители по одному в конце каждого перегона у силовой опоры для питания входного светофора (со стороны перегона). Если протяженность перегона более 10 км, то в середине включают еще один разъединитель (рис. 152, б). Независимо от системы питания разъединители, установленные у входных светофоров со стороны перегона и в середине перегона, оборудуют электроприводами с дистанционным управлением от дежурного по станции или диспетчера.
На участках с автономной тягой применяют двухцепные линии автоблокировки. Одна цепь служит для питания устройств автоблокировки, другая, подвешенная со стороны поля, — для питания служебных и жилых зданий, расположенных вдоль железных дорог, а также электроинструмента при путевых работах. Схемы пунктов питания устройств диспетчерской централизации аналогичны рассмотренным схемам энергоснабжения устройств автоблокировки.
§ 62.	РЕЗЕРВНОЕ ПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ АВТОБЛОКИРОВКИ
На участках дорог, электрифицированных на постоянном токе, для резервного питания устройств автоблокировки используется высоковольтная линия электропередачи (ЛЭП) или линия продольного энергоснабжения напряжением 10 кВ, подвешиваемая на опорах контактной сети.
Линия электропередачи—надежный резерв для питания устройств автоблокировки при прекращении подача энергии от высоковольт но-сигнальной линии. Питание эта линия получает от тяговых подстанций.
Линии электропередачи используются также для питания путевого инструмента и освещения железнодорожных зданий. При наличии ЛЭП опоры с разъединителями размещаются не ближе 5 м от крайнего провода линии электропередачи со стороны поля, по возможности в створе с опорой контактной сети (рис. 152, в). При таком резервном питании на основной линии автоблокировки разъединители можно включать по схеме, принятой для смешанного питания, т. е. по одному в конце каждого перегона (см. рис. 152, б).
При оборудовании ЛЭП в пролете между двумя соседними опорами контактной сети в створе проводов линии устанавливается специаль
145
ная резервная силовая опора, на которой монтируется линейный трансформатор типа ОМ со всей коммутационной и защитной аппаратурой.
Напряжение с вторичной обмотки резервного трансформатора подается кабелем в релейный шкаф сигнальной точки на тыловые контакты аварийного реле А типа АШ2-110/220.
Нормально устройства автоблокировки питаются через фронтовые контакты аварийного реле А от основного линейного трансформатора, включенного в высоковольтную линию. При перерыве подачи напряжения в эту линию устройства автоблокировки питаются от резервного трансформатора линии электропередачи (рис. 154).
При отсутствии линий продольного электроснабжения для резервного питания сигнальных точек применяются отдельные линейные трансформаторы, располагаемые на опорах ВСЛ СЦБ и присоединяемые к проводам последней, или применяется взаимное резервирование двух смежных сигнальных точек. На участках с электротягой постоянного тока, где отсутствует линия продольного электроснабжения на опорах ВСЛ СЦБ, для резервного питания сигнальных установок на опорах контактной сети подвешивается высоковольтная линия электропередачи 10 кВ.
На участках с электротягой переменного тока и рельсовыми цепями частотой 25 Гц резервное питание устраивают от проводов системы ДПР 27,5 кВ или ЛЭП продольного энергоснабжения 35 кВ. В этом случае резервное питание сигнальные точки получают от комплектных однофазных трансформаторных подстанций (КТП) через трансформатор ЗНОМ (рис. 152, г). В отдельных случаях резервное питание сигнальных точек осуществляется по низковольтной линии напряжением 220 В от ближайшей силовой опоры или у сигнальной точки устанавливается второй резервный трансформатор ОМ, питающийся также от ВСЛ СЦБ. Такая схема питания резервирует только основной трансформатор ОМ, а при повреждении на ВСЛ СЦБ электропитания сигнальной точки не будет.
В зависимости от рода электрической тяги и местных условий низковольтная линия 220 В для резервного питания подвешивается на опорах ВСЛ СЦБ или опорах контактной сети. Применяются схемы взаимного последовательного резервирования по низковольтным проводам. Способ взаимного резервирования основан на том, что каждые
Линия
Рис. 154. Схема расположения проводов и приборов ВСЛ СЦБ и линии электропередачи: /—резервный трансформатор ОМ, 2, 5 — кабельный ящик; 3 —• релейный шкаф; 4 — линейный трансформатор ОМ
146
две смежные сигнальные точки объединены двухпроводной низковольтной линией и взаимно резервируют друг друга. При последовательном резервировании каждая сигнальная точка резервируется только одной предыдущей без взаимного резервирования. По этой схеме вдоль всей высоковольтной линии автоблокировки между силовыми опорами с трансформаторами ОМ подвешивается низковольтная линия.
В отдельных случаях питание сигнальных точек перегона резервируется линией 380/220 В, напряжение в которую поступает от трансформатора ОМ, установленного на станции. Длина такой линии определяется ее нагрузкой и сечением проводов.
§ 63.	СИСТЕМА ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ
Система питания переменным током применяется на участках е электрической тягой постоянного или переменного тока, а также на участках, которые в ближайшие годы будут электрифицированы.
Для питания приборов сигнальной точки используются две высоковольтные линии: основная — ВСЛ СЦБ и резервная, подвешиваемая на опорах контактной сети. В качестве линейных трансформаторов применяются понижающие трансформаторы типа ОМ Рельсовые цепи, двигатель кодового трансмиттера, лампы светофора и дешифратор-ная ячейка при этой системе питаются переменным током. Лампы светофоров и дешифра юрная ячейка питаются от сигнального трансформатора типа СОБС, а рельсовые цепи — от путевого трансформатора типа ПОБС (рис. 155)
Вся аппаратура сигнальных точек располагается в металлических релейных шкафах. На двухпутных участках для сигнальных устройств каждого пути предусматривается отдельный релейный шкаф. Такое разделение устройств обеспечивает автономность их действия.
Цепи электропитания к релейным шкафам прокладывают так, чтобы при повреждении одной цепи питание подавалось по другой. В релейных шкафах при необходимости приборы обеспечиваются питанием напряжением 12 В постоянного тока от двух выпрямителей. Приборы релейного шкафа, несвязанные линейными цепями, подключают к выпрямителю дешифраторной ячейки (77 и Л4). Приборы, питающие линейные цепи, подключают к выпрямителю БПШ (Л77 и JJM).
От перегрузок и коротких замыканий приборы защищаются автоматическими выключателями АВМ и плавкими предохранителями на 20 А. Приборы рельсовой цепи защищаются от воздействий коротких замыканий в контактной сети и грозовых разрядов установкой разрядников типа РВН-250 на питающем и релейном концах. Земляные клеммы разрядников соединяют с корпусом шкафа, а последний — со средней точкой дроссель-трансформатора.
Достоинство системы питания переменным током состоит в том, что не требуются местные источники питания — аккумуляторы. Последние устанавливаются при этой системе лишь у входных светофоров для аварийного питания ламп красного и белого огней входного сигнала и у переездов.
147
I-----------------------------
цепь
1
[Основное Резервное ^питание питание
Релейный шкаф 2
Надельный ящик
Кабельный ящик ”“1
Резервная линия
6 или ЮкВ
К средней точке дроссель-трансформатора и пути
'-'2?l)B
m-zso
CT
Р
приборам.
Основная линия
6 или 10кВ
1
2
3
Ячейка ДЯ К приборам г- ~
К лампам (_мсх
светафо-< СХ
Ров {
1---:------------'<
Релейный шкаф
К линейным) —Гт цепям
’a
-------'К ПТ
г ©
36Ф
П06С
Рис. 155. Схема электропитания сигнальной точки кодовой автоблокировки при электротяге на постоянном токе

Устройства автоблокировки при такой системе питания потребляют большое количество электрической энергии, что уменьшает плечи питания высоковольтной линии; действие автоблокировки может нарушаться при выключении переменного тока. Поэтому эта система требует надежных двусторонних источников питания высоковольтной линии и надежного резервирования от ЛЭП.
Схема электропитания автоблокировки на участках с электротягой переменного тока промышленной частоты при наличии специальной высоковольтной линии 50 или 75 Гц на отдельных опорах во многом аналогична схеме электропитания автоблокировки при электротяге 148
постоянного тока. Отличие заключается лишь в схемах включения приборов рельсовых цепей. Рельсовые цепи частотой 25 Гц питаются от статических преобразователей частоты ПЧ50/25, устанавливаемых в релейных шкафах. В качестве резерва в этом случае используется линия ДПР или ЛЭП продольного энергоснабжения.
§ 64.	СМЕШАННАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ
Смешанная система питания применяется на участках с автономной тягой. Все приборы автоблокировки получают электроэнергию переменного тока от ВСЛ СЦБ, а в случае исчезновения переменного тока все приборы и рельсовые цепи получают питание от аккумуляторов.
'^сигнальная цепь
Сигнальная цепь
Кабельный ящик
Релейный шкаф
Рис. 156, Схема электропитания сигнальной точки автоблокировки при смешанной системе
149
В релейных шкафах напряжение 220 В, поступающее от линейного трансформатора, трансформатором СОБС понижается до 12 В и используется для питания светофорных ламп. Рельсовые цепи питаются от путевой батареи ПБ, состоящей из одного кислотного аккумулятора типа АБН-72 или АБН-80 и работающей в буферном режиме с выпрямителем типа ВАК-14 (рис. 156). Выпрямитель ВАК-13 или ВАК-16 подзаряжает сигнальную аккумуляторную батарею СБ, состоящую из шести аккумуляторов АБН, которая питает линейную цепь и реле сигнальной точ.<1.
Трансформатор ПОБС и трансмиттер КПТ передают в рельсовую цепь импульсы переменного тока кодовых комбинаций автоматической локомотивной сигнализации.
В случае аварийного прекращения подачи переменного тока лампы светофора через тыловые контакты аварийного реле А продолжают получать питание от аккумуляторной батареи, запас емкости которой рассчитан на непрерывную работу без подзаряда в течение суток.
При смешанной системе питания для установки аккумуляторных батарей рядом с релейным шкафом размещается батарейный шкаф. Батарейный шкаф имеет только отделение для аккумуляторов; выпрямители, рабтающие в буферном режиме с аккумуляторами, располагают в релейных шкафах.
Цепи напряжением 220 В в кабельном ящике защищаются автоматическим выключателем многократного действия типа АВМ. В релейном шкафу эти провода защищены предохранителями штепсельного типа на 20 А, которые используются так же, как разъединители для выключения напряжения при ремонте и испытаниях. Для защиты приборов в шкафу от попадания на них высокого напряжения с высоковольтной линии через трансформатор ОМ в цепь 220 В включаются разрядники типа РВН-250. Такие же разрядники ставят в кабельном ящике, а также на приборы, связанные с рельсовыми цепями.
§ 65.	ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ОТ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПРОВОДОВ, ПОДВЕШЕННЫХ НА ОПОРАХ КОНТАКТНОЙ СЕТИ
В отдельных случаях на труднопроходимых участках дорог с электрической тягой переменного тока, располагающих системой ДПР, по разрешению МПС могут проектироваться однофазные линии напряжением 27,5 кВ с подвеской одного специального провода СЦБ на опорах контактной сети и использованием рельса в качестве второго провода (рис. 157). Провод напряжением 27,5 кВ подвешивается на однопутных участках совместно с одним из проводов ДПР на двухместной консоли крайним со стороны поля, на двухпутных участках — со стороны, противоположной проводам ДПР.
Резервное питание автоблокировки в этом случае предусматривается от одного из проводов ДПР (см. рис. 152, г).
Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) с двумя трансформаторами типа 3HOM-35/65 понижают напряжение с 27,5 кВ до 220 В. Основной трансформатор ЗНОМ-1 предназначен для питания только устройств автоблокировки, а ЗНОМ-2 — для питания линей-150
J5
е>
8-
С;
Изолятор
Пр35
РЛНД-16-851600
Прово!) цепи ДПР87,5к 8 Провод цепи питания у стр СII5 87,5 кв
3HDM-Z
Р- WOa
5 БПШ
?s ЛП ----
5 Sj ЛМ
-220S
Ячейки ДР --------- СП
PL
nv
р------
КПТ fc
&
а
6 g
S
5
5
j
§
«2^
s ___
м

Р
Р
ПРТ~А ь______
(V8-35) ро уд/г$
50Гц
ПРТ-А
Ряс. 157. Схема электропитания сигнальной точки автоблокировки от высоковольтных проводов, подвешенных на опорах контактной сети
151
ных потребителей и в качестве резервного для питания устройств автоблокировки. Оба трансформатора защищены разрядниками и плавкими предохранителями. Для отключения трансформаторов от высоковольтных линий имеются три однополюсных разъединителя с приводами ручного управления (Pl, Р2 и РЗ).
Разъединители сблокированы с устройством заземления так, что при разомкнутых разъединителях первичные обмотки трансформаторов заземляются. Кроме того, при открывании дверцы, преграждающей доступ к трансформаторам, корпус КТП также заземляется. Это создает безопасные условия для обслуживающего персонала, гарантируя от появления в КТП потенциала между рельсом и землей.
КТП имеет низковольтный шкаф с распределительными устройствами, от которых в релейный шкаф автоблокировки подаются две цепи: основного и резервного питания. В цепь основного питания включено аварийное реле А и через его фронтовые контакты получают питание все устройства релейного шкафа. Если же реле Л отпустит якорь, то через его тыловые контакты подключается резервная цепь и этим обеспечивается непрерывная работа автоблокировки.
Напряжением 220 В питаются сигнальный трансформатор СТ, мотор трансмиттера, выпрямитель БПШ и преобразователь частоты ПЧ50/25. От трансформатора СТ получают питание лампы светофора и дешифраторная ячейка. Приборы релейного шкафа, питающиеся постоянным током 12 В, подключают к выпрямителю дешифраторной ячейки (П и М), а приборы, питающие линейные цепи, — к выпрямителю БПШ (ЛП и Л ’Л). При такой системе питания устройств релейного шкафа автоблокировки рельсовые цепи питаются током частотой 25 Гц, а прибор’ ’ - током 50 Гц. Преобразование частоты 50 Гн в 25 Гц осуществляется преобразователями ПЧ50/25, которые размещаются в релейных шкафах сигнальной точки автоблокировки.
При питании устройств автоблокировки от высоковольтных проводов, подвешиваемых на опорах контактной сети, отпадает необходимость в строительстве специальной высоковольтной линии автоблокировки, выполняемой на отдельных опорах, и значительно улучшается резерв питания за счет использования линии ДПР. Однако производить какие-либо работы на высоковольтной цепи питания устройств автоблокировки можно только со снятием напряжения со всех цепей контактной сети.
Высоковольтный провод для основного питания устройств автоблокировки секционируют на изоляторе и шлейфом заводят в КТП. Благодаря этому силовой трансформатор ЗНОМ-1 при помощи разъединителей Р1 и Р2 можно подключить к левому или правому плечу линии, причем можно объединить оба плеча без выключения трансформатора. В КТП вводят провод системы ДПР, к которому подключают второй трансформатор ЗНОМ-2, используемый для питания линейных потребителей и в качестве резервного для сигнальной точки. Вторые концы высоковольтных обмоток силовых трансформаторов присоединяют к корпусу КТП, а последний заземляют. Вторичные обмотки силовых трансформаторов подводят к распределительному щитку низковольтного шкафа и здесь распределяют по нагрузкам.
152
§ 66.	ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРЕХПОЛЮСНЫМИ РАЗЪЕДИНИТЕЛЯМИ ВСЛ СЦБ
При ремонте ВСЛ СЦБ, а также при отыскании повреждений требуется выключать отдельные участки линии. Для этой цели на линии ставят трехполюсные разъединители наружной установки. Управлять такими разъединителями можно вручную рычажным приводом или дистанционно с применением электрических приводов типов ПМН-2, ПМН-2А или УМП-П.
На участках с тепловозной тягой управление разъединителями производится электроприводом типа ПМН-2А. В приводе установлен двигатель постоянного тока на 24 В. Для работы двигателя в системе централизации с местным питанием может быть использована стрелочная батарея, размещенная в батарейных шкафах вблизи шкафа выходных светофоров. При центральном питании в батарейном шкафу входного светофора, кроме основной батареи 12—14 В, устанавливают такую же дополнительную батарею и от суммарного напряжения 28 В включают двигатель разъединителя.
Привод может занимать две позиции, соответствующие включенному и отключенному положениям разъединителя. В качестве реле ЭК на посту централизации, контролирующего положение разъединителя (рис. 158), используют реле комбинированного типа КМШ-450 (при питании от напряжения 28 В) или КМШ-3000 (при включении от стрелочной батареи местного питания). Реле ЭК получает питание различной полярности в зависимости от положения автопереключателя привода разъединителя. Контактами контрольного реле замыкается цепь белой лампочки на пульте, указывающей на включенное состояние разъединителя, пли красной, сигнализирующей об отключенном состоянии.
Управление двигателем осуществляют кнопками пульта. Кнопка ЭВК включает разъединитель, кнопка ЭОК отключает. От нажатия кнопок на посту возбуждаются реле ЭВ или ЭО, включающие в ли-
Рис. 158. Схема управления разъединителями высоковольтной линии автоблокировки при автономной тяге
Шкаср входного Электропривод
ДСП	cdemotpopa	ПМН-Zfi,
153
нейную схему управления разъединителем напряжения различной
полярности.
Двигатель включают усиленными контактами двух реле: нейтрального ЭУ типа НМПШ-900, установленного в релейном шкафу входного или выходного светофора, и поляризованного ЭР типа ППРЗ-500 (с параллельно соединенными обмотками), размещенного внутри привода. Оба реле включают от одной пары проводов.
Реле ЭУ подает напряжение на двигатель, а поляризованные контакты реле ЭР и контакты автопереключателя определяют требуемую полярность тока в якоре двигателя, от которой зависит направление его вращения. Полярность тока в шунтовой обмотке возбуждения двигателя всегда остается неизменной благодаря включению этой обмотки через диоды.
На участках с электрической тягой постоянного и переменного
тока для управления разъединителями следует применять только электроприводы типа УМП-П. В приводе установлен двигатель типа УЛ-062 мощностью 270 Вт на 220 В переменного тока, расчетный ток 1,6 А. Цепи управления приводом питаются от резервных источников поста централизации через автотрансформатор ПОБС-5А. Для ком-
©-------
В схему
ТУ (рис.150)
Рис. 159. Схема управления разъединителями высоковольтной линии автоблокировки при электротяге
пенсации падения напряжения в кабеле с трансформатора может быть получено напряжение до 241,4 В, что позволяет по одинарным жилам кабеля управлять разъединителями на расстоянии 640 м. При большем удалении требуется дублировать жилы кабеля.
Как правило, предусматривают не только дистанционное управление разъединителями из помещения ДСП, но и включение их в систему телеуправления энергоучастка. При ее отсутствии на участках с диспетчерской централизацией управление разъединителями осуществляют по каналам ДЦ.
В помещении ДСП устанавливают специальный пульт управления разъединителями типа ПУУ-ПБ. На пульте имеется пакетный трехпозиционный переключатель ПП (рис. 159). Положение I соответствует передаче разъединителя на телеуправление. В положение II пакетный переключатель переводится для отключения разъединителя с пульта, в положение III — для включения разъединителя с пульта. Схема, приведенная на рис. 159, изображена при положении пакетного переключателя в позиции III, когда разъединитель включен. При этом на пульте от контрольного тока горит
154
Рис. 160 Схема телеуправ пения разъединителями
зеленая лампочка ЛВ (коммутаторного типа на 24 В). Для ограничения тока последовательно с лампочкой включен резистор Ж сопротивлением 2000 Ом. Цепь контрольного тока проходит от полюса 0X220 через резистор 2К и зеленую лампочку ЛВ, контакты 2-1 пусковой кнопки Л/7, по проводу 2, через якорь двигателя, контакты 8-7 автопереключателя привода, обмотки возбуждения, контакты 5-6, по проводу 1 к полюсу ПХ. Красная лампочка ЛО и ее резистор при этом шунтированы сравнительно малым сопротивлением проводов и обмоток двигателя, поэтому эта лампочка не горит.
Для выключения разъединителя пакетный переключатель ПП устанавливают в позицию II и нажимают пусковую кнопку КП. Тогда ток от полюса ОХ через контакты 4-3 КП, по проводу 2 поступает в двигатель, возвращаясь по проводу 1 к полюсу ПХ. Лампочки Л В и ЛО, находясь в последовательном соединении друг с другом, горят в полнакала. После окончания работы привода в нем срабатывает автопереключатель. Контакты 5-6 и 7-8 размыкаются, а 1-2 и 3-4 замыкаются. По проводам 2 и 3 двигатель оказывается подключенным с обеих сторон к полюсу ОХ и прекращает работу. После того как пусковая кнопка будет отпущена, на пульте загорается красная лампочка ЛО, указывающая, что разъединитель отключен.
Как видно, для отключения разъединителя точка А схемы должна быть соединена через пусковую кнопку КП и пакетный переключатель ПП с точкой В, а для включения разъединителя следует соединить точки А и Б.
Для передачи разъединителей на телеуправление пакетные переключатели должны быть установлены в позицию /. В этом случае для отключения разъединителя по цепям телеуправления возбуждают реле О АТ (рис. 160). Фронтовой контакт реле О АТ соединяет точки А и В схемы и разъединитель размыкает линию. Возбуждается контрольное реле РПР. Его фронтовой контакт соединяет выводы 8-9 в схеме телесигнализации и на диспетчерском пульте появляется индикация об отключении разъединителя.
Для включения разъединителя по цепям телеуправления возбуждают реле ВАТ. Фронтовой контакт реле ВАТ в схеме управления при-
155
водом соединяет точки А и Б. Разъединитель замыкает линию автоблокировки. Реле РПР отпускает якорь, посылая по линии телесигнализации соответствующий сигнал на пульт диспетчера. На пульте диспетчера предусмотрена также сигнализация перевода пакетного переключателя в положение III или II для управления разъединителем из помещения ДСП.
В этом случае в схеме телесигнализации через контакты пакетного переключателя соединяются выводы 15 и 16.
В схеме реле ВАТ и О АТ устанавливают съемные перемычки в зависимости от системы ТУ. При релейно-контактной системе ставят перемычки СП2 и СП5. В этом случае дополнительный резистор сопротивлением 600 Ом вводят в последовательную цепь с реле ВАТ и О АТ. При бесконтактной системе ТУ ставят перемычки СП1, СПЗ, СП4, СПб и резисторы оказываются подключенными параллельно реле.
В схему привода разъединителя (см. рис. 159) введен переключатель В для отключения при необходимости линейных проводов 1 и 3. Провод 2 может быть отключен изъятием предохранителя 10А Блок-контакт БД связан с дверцей привода Когда она открыта, контакт разомкнут и двигатель не может быть включен.
j 67. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ПЕРЕЕЗДНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ БЛОКИРОВКИ
На участках, оборудованных автоблокировкой или диспетчерской централизацией, устройства переездной сигнализации питаются от высоковольтных линий СЦБ. Для питания приборов автошлагбаумов и огней светофоров для автотранспорта предусматривается резервное питание от аккумуляторных батарей.
На участках, где автоблокировка или диспетчерская централизация отсутствует, приборы переездной сигнализации получают питание от существующих линий электропередачи 6—10 кВ, подстанций и сетей 380/220 В, от которых производится подача энергии потребителям не ниже II категории с резервом от аккумуляторов.
В отдельных случаях при отсутствии местных источников электроэнергии допускается питать устройства переездной сигнализации от соседних станций по проводам, подвешиваемым на опорах линий связи МПС.
Провода на опорах линий связи подвешивают с соблюдением следующих правил: напряжение между проводами не должно превышать 250 В; провода располагаются крайними со стороны поля на верхней траверсе или на специальных кронштейнах, устанавливаемых на верхушках опор; йа станциях, в населенных пунктах и на подходах к ним питающие провода имеют двойное крепление; на всем протяжении подвески питающие провода скрещивают.
Станционные устройства при полуавтоматической блокировке получают питание от тех же источников, что и устройства автоблокировки и диспетчерской централизации, а также от местных источников 156
энергии — линий электропередач 6—10 кВ и существующих сетей 380/220 В, по которым производится электроснабжение потребителей не ниже II категории.
На рис. 161 показаны схемы электропитания релейной полуавто* матической блокировки от местной ЛЭП 6—10 кВ (рис. 161, а) и от ЛЭП продольного электроснабжения (рис. 161, б). При наличии ЛЭП продольного электроснабжения, которая обычно проходит недалеко от путей, в горловинах станций и у помещений ДСП монтируют силовые опоры с трансформаторами ОМ, которые через опоры с разъединителями присоединяются к ЛЭП. От силовых опор к релейным шкафам прокладываются обычные сигнальные кабели.
В виде исключения для подачи электроэнергии с одной станции на другую допускается подвеска силовой цепи напряжением не выше 250 В на опорах линий связи МПС с соблюдением специальных требований, указанных выше.
Напряжение источников электроэнергии не должно колебаться более ± 10%. Если в местных сетях переменного тока наблюдаются колебания напряжения более 10%, применяются стабилизаторы напряжения для питания выпрямителей и светофорных ламп. В устройствах РПБ нашли распространение электромагнитные стабилизаторы напряжения типов С-0,5; С-0,75, С-0,9.
Для резервного питания устройств полуавтоматической блокировки на каждой станции предусматриваются аккумуляторные ба-
П) Местная ЛЭП
S) ЛЭП продольного злектросноЭн сния
К сигнальным устройствам
Рис 1G1 Схема питания РПБ от местной ЛЭП и ЛЭП продольного электроснабжения
1S7
тареи (из аккумуляторов типа АБН-72 или АБН-80), которые рассчитываются на работу устройств в течение 16 ч. Аккумуляторы размещают в батарейных шкафах типа БШ совместно с выпрямителями типа ВАК или специальным зарядно-буферным устройством типа ЗБУ-12/10. Схемы предусматривают форсированный заряд аккумуляторов.
Наиболее экономичным прибором для питания устройств полуавтоматической блокировки является зарядно-буферное устройство типа ЗБУ-12/10, так как этот прибор имеет два режима заряда (форсированный и нормальный) с возможностью их широкой регулировки по току и автоматическим переключением.
ГЛАВА XV
ПИТАЮЩИЕ ПУНКТЫ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
§ 68.	СПОСОБЫ ПИТАНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНО-СИГНАЛЬНЫХ ЛИНИЙ (ВСЛ СЦБ]
Питание устройств автоматики и телемеханики на перегонах и малых станциях осуществляется от ВСЛ СЦБ напряжением 6—10 кВ.
Для питания высоковольтной линии автоблокировки в качестве основных и резервных источников электроэнергии используются существующие электросистемы, электростанции и подстанции или высоковольтные линии электропередачи с присоединением к распределительным устройствам высокого или низкого напряжения. Для резервного питания устройств автоматики и телемеханики при отсутствии существующих пунктов питания применяются дизель-генераторные установки, которые монтируются в отдельных зданиях или помещениях.
Электроснабжение высоковольтных линий автоблокировки осуществляется через пункты питания, которые устраиваются в местах получения электроэнергии и оборудуются соответствующими устройствами автоматики и коммутации. Питание в каждое направление высоковольтной линии поступает через самостоятельный фидер. Питание двух направлений через один фидер допускается только на резервных пунктах питания при смешанной системе.
Для исключения электрической связи ВСЛ СЦБ с другими линиями, соединенными с общими шинами подстанции, фидеры подключают к распределительным устройствам через отдельный силовой трансформатор или через два трансформатора, один из которых является понижающим, а другой — повышающим.
К пункту питания ВСЛ СЦБ может присоединяться одним из следующих способов:
1)	напряжение питающего пункта 220 В повышается до 6 или 10 кВ (рис. 162, а); на электрифицированных участках питание по этому 15S
Рис. 162. Способы присоединения ВСЛ СЦБ к пунктам питания
способу производится от шин собственных нужд тяговой подстанции 0,22 кВ;
2)	используется имеющееся на питающем пункте напряжение 6 или 10 кВ (рис. 162, б), причем ВСЛ СЦБ подключается через изолирующие трансформаторы ИТ (6/6 или 10/10 кВ); непосредственное подключение ВСЛ СЦБ к шинам 6/10 кВ возможно, если к ним не подсоединены линии других потребителей;
3)	напряжение на питающем пункте 6 кВ повышается до 10 кВ (рис. 162, в) или 10 кВ понижается до 6 кВ. Так как промышленность не выпускает такие трансформаторы, то ВСЛ СЦБ подключается к шинам 6/10 кВ через два последовательно соединенных трансформатора: одного понижающего 6/0,4 или 10/0,4 кВ и другого повышающего 0,4/10 или 0,4/6 кВ; эта схема применяется при подключении ВСЛ СЦБ к трансформаторной подстанции;
4)	на участках с электротягой переменного тока и рельсовыми цепями 75 Гц ВСЛ СЦБ присоединяется через повышающий трансформатор к шинам 0,4 кВ преобразователя частоты АЧ-75-55 (рис. 162, г).
Питающие пункты, в которых напряжение для питания ВСЛ СЦБ не изменяется по величине, называются распределительными (см. рис. 162, б), а пункты, в которых это напряжение повышается или понижается, называются трансформаторными (см рис. 162, а, в и г).
ВСЛ СЦБ может получить питание от трансформаторов собственных нужд тяговых или других подстанций со стороны низкого напряжения электростанций через повышающие мачтовые подстанции открытого типа или повышающие подстанции закрытого типа, от распределительных устройств электростанций, тяговых подстанций или подстанций различного назначения напряжением 6—10 кВ.
§ 69.	ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ПУНКТОВ ПИТАНИЯ
Чтобы быстро восстановить подачу электроэнергии в высоковольтную линию СЦБ или отключить поврежденный участок линии и обеспечить сигнализацию о характере повреждения, питающие пункты оборудуют устройствами защиты и автоматики.
159
Фидеры, питающие устройства СЦБ по системе переменного тока, имеют: максимально-токовую защиту, действующую на отключение; защиту минимального напряжения, действующую на отключение; защиту от однофазных замыканий на землю, действующую на сигнализацию о нарушении нормального режима работы или на отключение.
Наряду со схемами защиты питающие пункты оборудуют автоматическим повторным включением высоковольтной линии (АПВ) и автоматическим включением резервных пунктов (АВР); дистанционным управлением фидеров из помещения с постоянным дежурным персоналом; телеуправлением (на тяговых подстанциях) и сигнализацией положения фидерных выключателей, их аварийного отключения, замыканий на землю, исчезновения напряжения на шинах пункта питания, действия АПВ и АВР; автоматическим пуском резервных преобразователей частоты в пунктах резервного питания высоковольтной линии частотой 75 Гц при электротяге переменного тока; автоматическим секционированием линии в пунктах секционирования. Приборы сигнализации устанавливают в помещении, откуда производится дистанционное управление.
Фидеры, предназначенные для питания устройств СЦБ по смешанной системе, имеют: максимально-токовую защиту, действующую на отключение; защиту минимального напряжения, действующую на отключение; защиту от однофазных замыканий на землю, действующую на сигнал; сигнализацию аварийного отключения фидеров и замыкания на землю Приборы сигнализации устанавливают в помещении с постоянным дежурным персоналом.
Пункты секционирования, устраиваемые в месте разреза высоковольтной линии, дополняют устройством АВР, включающим фидерный выключатель при исчезновении напряжения на одном из прилегающих участков линии; максимально-токовой защитой, отключающей поврежденный участок линии; сигнализацией положения секционного выключателя, действия защиты и автоматики. Приборы сигнализации размещают в помещении с постоянным дежурным персоналом.
Для срабатывания приборов релейной защиты и автоматики необходим оперативный ток. Оперативным током называется ток, протекающий во вторичных цепях релейной защиты и автоматики, а также в цепях сигнализации и управления.
В настоящее время применяются два варианта схем питания приборов релейной защиты и автоматики — на оперативном постоянном и оперативном переменном токе.
Схемы, работающие на постоянном оперативном токе, используются на питающих пунктах, оборудованных для собственных нужд аккумуляторными батареями напряжением НО или 220 В и получающих питание от тяговых подстанций.
Схемы, работающие на переменном оперативном токе, применяются в тех случаях, когда устройства автоматики и телемеханики питаются от трансформаторных подстанций и электростанций. Источниками переменного оперативного тока служат трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, а также силовые трансформаторы. Воздушно
ные и кабельные линии электропередачи, а также оборудование, включенное в линию, постоянно находятся под высоким напряжением В процессе эксплуатации устройств может нарушиться нормальный режим их работы Большая часть нарушений происходит вследствие междуфазных коротких замыканий, повреждения изоляции разъединителей, трансформаторов, которые приводят к замыканиям между фазами или фазой и землей, снятия напряжения с шин пунктов питания. Чтобы в этих случаях предупредить порчу оборудования, участок, дальнейшая работа котррого недопустима, автоматически отключается. При нарушении нормального режима работы и повреждениях, когда немедленное отключение линии не требуется, предусматривается автоматическая подача сигнала, извещающего обслуживающий персонал о повреждении на линии. Отключение поврежденного участка линии или подача сигнала производится при помощи релейной защиты.
Релейную защиту выполняют специальные устройства, состоящие из реле и других приборов, которые при повреждении участка или нарушении нормального режима работы какого-либо элемента электроустановки автоматически отключают поврежденный участок или подают сигнал дежурному персоналу о нарушении нормального режима работы релейной защиты.
Максимально-токовая защита предназначена для быстрого автоматического отключения высоковольтной линии от пункта питания в тех случаях, когда ток в линии превышает некоторую заранее установленную величину При коротком замыкании на линии или пробое изоляции в линейном оборудовании, приводящем к замыканию между фазами, в месте повреждения возникает электрическая дуга с высокой температурой, которая разрушает металлические детали оборудования и изоляторы В большинстве случаев авария может быть предотвращена быстрым, отключением поврежденного участка. Использовать для защиты плавкие предохранители в высоковольтной линии невозможно из-за малых токов короткого замыкания, которые вследствие большого сопротивления линии незначительно превышают номинальные.
Защита от однофазных замыканий на землю автоматически подает сигнал дежурному персоналу при заземлении одной из фаз линии иа землю.
Высоковольтная линия СЦБ является линией с изолированной нейтралью, поэтому однофазное замыкание на землю в такой линии сопровождается следующими явлениями: напряжение поврежденной фазы относительно земли равно нулю; напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в 1,73 раза и становятся равными междуфазным; междуфазные напряжения не изменяются; величина тока однофазного замыкания на землю на каждые 100 км воздушной линии при напряжении 6 кВ составляет примерно 1,5 А, а при напряжении 10 кВ—примерно 2,5 А. Так как при однофазном замыкании на землю междуфазные напряжения не изменяются, то работа устройств СЦБ не нарушается, потому немедленного отключения линии не требуется. Однако повышение напряжения неповрежденных фаз от-
6 Зак 1410	161
носительно земли может привести к пробою изоляции на исправных фазах. Кроме того, асимметрия напряжений нарушает нормальную работу линий связи, проходящих параллельно ВСЛ СЦБ. Поэтому длительная работа высоковольтной линии при замыкании одной фазы на землю недопустима, необходимо принять меры по ликвидации повреждения.
Защита минимального напряжения автоматически отключает высоковольтную линию от шин пункта питания в случаях полного снятия напряжения или снижения напряжения до 50% и ниже от номинального. При снятии напряжения с шин пункта питания схемами предусматривается автоматическая подача напряжения в линию автоблокировки с другого конца линии от другого источника питания.
Если не отключить от линии пункт питания, с шин которого снято напряжение, то все потребители этой подстанции также получат питание через высоковольтную линию. Это приведет к большим перегрузкам и потерям напряжения в линии, что вызовет срабатывание максимально-токовой защиты на резервном пункте или нарушение работы устройств СЦБ из-за пониженного напряжения питания.
Применение автоматики на пунктах питания во многих случаях дает возможность настолько быстро восстановить подачу напряжения в линию при срабатывании защиты, что нарушение нормальной работы устройств СЦБ не происходит.
Опыт эксплуатации высоковольтных линий автоблокировки показал, что короткие замыкания на линиях возникают из-за грозовых разрядов, вызывающих перекрытие изоляторов, замыкания проводов разных фаз птицами, схлестывания проводов, попадания на провода веток при сильном ветре и т. д. Большая часть подобных замыканий носит кратковременный характер, так как вызвавшие их причины самоустраняются, а возникшая в месте замыкания дуга гаснет при срабатывании максимальной токовой защиты.
В кабельных сетях короткие замыкания чаще всего происходят на трансформаторных подстанциях вследствие перекрытия изоляции сборок или предохранителей высокого напряжения. Значительная часть этих перекрытий также носит кратковременный характер. Поэтому если защита действует достаточно быстро, то дуга, возникшая в результате кратковременного короткого замыкания, не успевает разрушить изоляторы или пережечь провода, и высоковольтная линия может быть вновь включена в работу без немедленного ремонта.
Для быстрого повторного включения автоматически отключившейся линии используются устройства, при помощи которых отключившаяся линия вновь включается в работу автоматически. Автоматическое отключение линии и следующее немедленное за ним автоматическое ее включение после срабатывания максимально-токовой защиты носит название автоматического повторного включения (АПВ).
На линиях ВСЛ СЦБ применяются устройства АПВ трехфазные однократного действия с автоматическим возвратом, т. е. такие, которые включают линию повторно только один раз, время повторного включения должно быть не более 0,1 с. Одновременно включаются три фазы, и если линия вновь отключается защитой, то устройства 162
АПВ отключаются и второй раз не действуют. Однако после срабатывания устройства АПВ автоматически подготавливаются к очередному циклу работы Устройства АПВ выполняются при помощи релейных схем или механических приспособлений.
Для обеспечения надежного энергоснабжения устройств СЦБ высоковольтная линия делится на отдельные участки, каждый из которых имеет двустороннее питание. В нормальных условиях высоковольтная линия питается с одного конца от основного пункта; второй пункт питания, расположенный на другом конце линии, отключен и является резервным.
В случае отключения основного пункта или участка линии между пунктами питания для избежания перерыва в подаче электроэнергии устройствам СЦБ необходимо быстро включить питание со стороны резервного пункта. Автоматически включают резервный пункт питания при отключении основного пункта или участка линии, прилегающего к резервному пункту, устройства автоматического включения резерва (АВР) Последние на линиях низкого напряжения получили распространение на постах электрической централизации. В посты электрической централизации подаются два фидера низкого напряжения, один из которых основной, а другой резервный. Оба фидера со стороны пунктов питания всегда находятся под напряжением и при соединяются к шинам вводного щита поста централизации через контакторы, которые автоматически включают резервный фидер при исчезновении напряжения в основном фидере.
На участках с электротягой переменного тока и рельсовыми цепями частотой 75 Гц устройствами АВР оборудуются также линии низкого напряжения, обеспечивающие питанием током частотой 75 Гн рельсовые цепи Если в качестве резервного источника тока 75 Гц на посту ЭЦ устанавливается преобразователь частоты, то последний через контакторы автоматически запускается при исчезновении напряжения в высоковольтной линии основного питания током частотой 75 Гц.
§ 70.	ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И МАЧТОВЫЕ ПОДСТАНЦИИ
Все оборудование высоковольтного распределительного устройства монтируется в отдельных зданиях, ячейках или собирается из металлических камер внутренней и наружной установок. Камеры внутренней и наружной установок называются комплексными распределительными устройствами (КРУ).
Подстанции автоблокировки, размещаемые в отдельных зданиях, выполняются двух типов. Подстанция для присоединения к распределительным устройствам низкого напряжения содержит один силовой трансформатор. Такая подстанция имеет два помещения: одно для размещения силового трансформатора и другое для распределительных устройств.
Подстанция для подключения к распределительным устройствам 6—10 кВ, содержащая два силовых трансформатора, имеет четыре по-6*	163
мещения: два для установки силовых трансформаторов (один из них понижающий, а другой повышающий), одно для установки распределительных устройств высокого напряжения и одно для щита низкого напряжения.
Металлические камеры, предназначенные для установки внутри помещений, выпускаются двух типов: на оперативном постоянном токе и оперативном переменном токе. Камера состоит из металлического каркаса, который с одной боковой стороны обшит стальным листом. Это сделано для того, чтобы при установке нескольких ячеек они отделялись друг от друга металлической перегородкой.
На передней стенке камеры размещены приборы максимальной токовой защиты, защиты от замыканий на землю, защиты минимального напряжения, устройства автоматического повторного включения и включения резерва, а также приводы выключателей. Внутри камеры смонтированы шинный разъединитель с приводом, масляный выключатель, трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Камера оборудована механической блокировкой между масляным выключав телем и линейным и шинным разъединителями, поэтому работать сраз-единителями можно только при отключенном выключателе.
В тех случаях, koi да на существующих пунктах питания нет места для установки металлических ячеек внутри помещения, применяются комплексные металличе-
Рис. 163. Камера наружной установки с выкатной тележкой
Рис. 164. Мачтовая подстанция проходного типа с двумя разъединителями
164
трансформатора, две камеры с масляными выключателями и приводами для них и две камеры с трансформаторами напряжения и разрядниками. Все указанные камеры имеют одинаковые габариты и монтируются на железобетонном фундаменте.
В корпусе камеры 1 установлены трансформаторы тока, заземляющий нож, аппаратура контроля и учета электроэнергии. Роль высоковольтных разъединителей выполняют специальные разъемные контакты высоковольтных цепей. Подвижная часть этих контактов находится на тележке 2, а неподвижная — в корпусе камеры. Тележку можно выкатить только при отключенном выключателе.
Для электропитания устройств автоматики и телемеханики в ряде случаев используются мачтовые подстанции и мачтовые распределительные пункты, представляющие собой опоры воздушной линии специальной конструкции, на которых устанавливается силовой трансформатор и высоковольтное оборудование.
Мачтовые подстанции применяются для понижения или повышения напряжения в тех случаях, когда высоковольтная линия не требует устройств автоматики и защиты. По конструкции мачтовые подстанции подразделяются на два типа: проходные и тупиковые.
Для питания линий автоблокировки на два направления применяется мачтовая подстанция проходного типа (рис. 164). Приборы постов и релейных будок электрической централизации питаются от подстанции тупикового типа с одним раазъединителем Мачтовые распределительные пункты устанавливаются на ответвлении линии или для раздела плеч питания и представляют собой четырехногую опору, на которой смонтированы три трехполюсных разъединителя, по одному на каждое направление линии.
ГЛАВА XVI
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПИТАЮЩИХ УСТРОЙСТВ СИГНАЛЬНОЙ ТОЧКИ АВТОБЛОКИРОВКИ
§ 71.	ВЫБОР СИГНАЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ, АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ И ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
В электрических расчетах питающих устройств светофоров и линейных цепей учитывается система питания автоблокировки, типы применяемых ламп.
Напряжение сигнального трансформатора при системе переменного тока может быть определено по формуле
(7тр — U + / (г0 + гк), где U — напряжение на лампе, В;
I — ток, потребляемый лампой, А;
га — сопротивление соединительных проводов и контактов реле, Ом;
гк — сопротивление жил кабеля между светофором и релейным шкафом, Ом.
165
Пример. Определить, какое напряжение потребуется для питания линзового светофора с лампой мощностью Р •== 15 Вт при U = 12 В; / = 1,25 А; гс = 0,06 Ом; гк = 0,05 Ом
Подставляя эти данные в приведенную выше формулу, определим напряжение сигнального трансформатора (7тр = 12+1,25 (0,06+0,05)= 12,13 В.
После подсчета напряжения выбирают тип трансформатора. В качестве источников питания сигнальных цепей при переменном токе применяют трансформаторы типов СОБС, ПОБС и СТ.
Емкость аккумуляторной батареи при смешанном питании рассчитывается исходя из времени, в течение которого должно обеспечиваться аварийное питание устройств.
Напряжение питающей батареи рассчитывается аналогично расчету напряжения трансформатора при автоблокировке переменного тока, но при этом учитывается падение напряжения в соединительных проводах между релейным и батарейным шкафами
&U = Л, 'ш,
где гш — сопротивление кабеля, проложенного между релейным и батарейным шкафами, Ом;
/(, — общий ток нагрузки батареи, А.
Напряжение питающей батареи
+ /огш + / (гс + гк).
При расстояниях между источником тока и светофорной лампой менее 30 м аккумуляторную батарею собирают из шести аккумуляторов типа АБН. Если расстояние от источника тока до лампы более 30 м, аккумуляторную батарею составляют из семи аккумуляторов. Для подзарядки батарей при смешанной системе питания применяют выпрямители типа ВАК.
Для нормальной работы батареи необходимо правильно выбрать подзаряжающий выпрямитель. Последнее определяется тем, что энергия, расходуемая аккумуляторной батареей в сутки, должна быть меньше энергии, которую она может получить от выпрямителя за тот же период.
Если это условие выполняется при нормальном режиме работы, батарея будет заряжена. Батарея после аварийного режима работы должна зарядиться в минимальное время. Однако уменьшение времени заряда требует увеличения мощности выпрямителей, при этом возрастает нагрузка на высоковольтную линию. Поэтому при проектировании источников питания необходимо найти такую минимальную, но достаточную мощность выпрямителей, которая обеспечила бы нормальную работу устройств.
Практически установлено, что отношение времени заряда к времени разряда t3/tp в аварийном режиме допускается равным 10—12. Можно допустить, что	где /3 — зарядный ток, А; н —
коэффициент отдачи по емкости, обусловленный старением выпрями-неля и обычно принимаемый равным 0,85—0,95; /р — средний разряд-тый ток, А.
166
Так как батарея имеет постоянную нагрузку (реле и другие приборы), то зарядный ток, получаемый ею от выпрямителя, будет несколько меньше выпрямленного тока.
Пусть /а — среднесуточный ток нагрузки, тогда
^3 = В»1(I	I н>
где я» — 0,85 — температурный коэффициент, учитывающий снижение тока при понижении температуры.
Обозначив — — к, получим
‘р
«V —"	•
П (^в Ио —
Из этого выражения
I __ /р + П
1 в	•
'СЧо >1
Пример Определить ток выпрямителя для одиночной сигнальной установки двухпутной автоблокировки постоянного тока при смешанной системе питания.
В нормальном режиме работы ток батареи расходуется для питания реле сигнальной установки С учетом сопротивления линии ток нагрузки !„ = = 0,06 А
При выключении переменного тока от этой же батареи будет получать питание лампа светофора В этом случае разрядный ток батареи возрастет и будет равен /р=/в+ /,, = 0,06+1,25 =1,31 А
Ток который необходимо получить от выпрямителя при заряде, определяется по формуле
/ — ZP + к1» 0 _ '3| + Ю-0,06-0,95 _ 1,85 = q 23 А 10-0,95-0,85	8,1
В данном случае должен быть установлен выпрямитель типа ВАК-13Б, дающий ток таряда 0.25 А при второй ступени регулировки (см. табл 5).
§ 72. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ПРИБОРАМИ СИГНАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
При выборе линейного трансформатора должна быть определена мощность, необходимая для питания всех приборов сигнальной установки.
Нагрузка приборов автоблокировки непостоянна по величине вследствие изменения мощности, потребляемой рельсовыми цепями и кодовыми трансформаторами при шунтировании поездом рельсовых цепей. Кроме того, приборы автоблокировки при смешанной системе питания могут работать в так называемом послеаварийном режиме, т. е. в режиме одновременного питания нагрузки и заряда аккумуляторов, которые разрядились в период отключения линии. В этом режиме также увеличивается потребление тока от линии автоблокировки.
Поэтому нагрузки устройств автоблокировки характеризуются двумя величинами: средней и максимальной. По средней мощности
167
определяется нагрузка на высоковольтную линию. Мощность линейного трансформатора рассчитывается по максимальной нагрузке. При этом допускается перегрузка трансформатора типа ОМ на 10— 15%, так как максимальная нагрузка сигнальной точки значительно больше средней.
Мощности, необходимые для питания отдельных приборов, могут быть подсчитаны по следующим формулам: активная мощность (ватт) Р„ = Sa cos ср; реактивная мощность (вар) Qn — Sn sin <р; полная (кажущаяся) мощность (вольт-ампер) Sn = UI.
Таблица 8
Вид нагрузки	Потребляемая мощность							
	средняя				максимальная			
	Пт	•зар	В - Л	cos ф	Вт	вар	В-А	COS Ф
Импульсная рельсовая цепь постоянного тока длиной до 2600 м (выпрямитель ВАК-14Б)	12,0	15,0	19,0	0,6	28,0	29,0	40,0	0,7
Выпрямитель ВАК-13Б с батареей из шести или семи	аккумуляторов АБН-72	11 0	20,0	23,0	0,5	38,0	80,0	89,0	0,8
Выпрямитель ВАК-16Б с батареей из шести аккумуляторов АБН-72	8,0	9,0	12,0	0,7	29,0	24,0	38,0	0,8
Генераторы диспетчерского контроля ГК-5 и ГК-6	1,3	—	1,3	1,0	—	—	—	—
Дешифраторная ячейка	29,0	—	29,0	1,0	—	-	—	
То же с учетом подогрева	31,7	14,8	35,0	0,9	—		—	—
Кодовый трансмиттер, работающий на одну рельсовую пепь	4,5	0	4,5	1.0	17	—	1/	1.0
То же на две рельсовые цепи (при наложении АЛС)	ч.о	0	9 0	1,0	34	0	3-1	1.0
Блок питания БИШ	7,0	9,0	12,0	0,6	-	—				
Аварийное реле АШ2-110/220	1,6	3,4	3,8	0,4	-	—	—	—
Сигнальный трансформатор СОБС-2А с аварийным реле и ламповой нагрузкой 15 Вт	25,0	Н,0	28,t>	) 91	-			—
То же с ламповой нагрузкой 30 Вт	46,0	13,0	48,0	0,96	—	-	—	—
То же с ламповой нагрузкой 45 Вт	62,0	15,0	М,0	0.97	—	—	—	—
Примечание. Для приборов, у которых не указаны максимальные потребляемые мощности, при расчетах берутся средине мощности.
168
Таблица 9
Длина рельсовой цепи, м	Потребляемая мощность							
	средне«				максимальная			
	Вт	вар	в-А	COS ф	Вт	вар	В-А	COS Ф
До 500	10,5	10,7	15	0,7	59,5	60,6	85	0,7
500—1000	10,5	10,7	15	°,7	70,0	71,3	100	0,7
1000—1500	14,0	14,26	20	0,7	87,5	89,1	125	0,7
1500—2000	14,0	14,26	20	0,7	101,5	103,4	145	0,7
2000—2300	21,0	21,6	30	0,72	115,5	118,8	165	0,72
2300—2600	28,0	28,52	40	0,72	140,0	142,6	200	0,72
Мощность для питания группы приборов определяется как сумма соответствующих нагрузок, т. е. активных и реактивных мощностей:
Р = 2РП-, Q = 2Qa,
I = — - ; cos ср = — ; sin ф =	— cos2 ф.
Общую потребляемую мощность следует определять как геометрическую сумму активных и реактивных нагрузок по приведенной выше формуле.
Средние и максимальные нагрузки на линейный трансформатор от отдельных приборов автоблокировки указаны в 1абл 8
В табл. 9 приведены мощности, потребляемые кодовым трансформатором автоматической локомотивной сигнализации автоблокировки постоянного тока с учетом потерь Кодовые трансформаторы ПОБС-2 и ПОБС-2А и кодовый трансмиттер включаются только на время прохождения поезда по блок-участку, а после его освобождения снова выключаются. Максимальную мощность кодовый трансформатор потребляет при шунтировании поездом питающего конца рельсовой цепи.
При числовой кодовой автоблокировке переменного тока 50 Гц нагрузка на линейный трансформатор складывается из нагрузок от путевых и сигнальных трансформаторов, кодовых трансмиттеров, выпрямителей БПШ (при наличии линейных цепей) и аварийных реле (типа АШ2-110/220).
Таблица 10
Длина рельсовой цепи, м	Потребляемая мощность							
	ср дняя				максимальная			
	Вт	вар	В А		Чт	'dp	В А	COS ф
До 1000	/4	54,9	60	0,4	21,0	J6,5	/0	0,30
1000— 1500	40	69,6	80	0,5	36,0	114,0	120	0,30
1500—2000	90	120,0	150	0,6	75,0	237,5	250	0,30
2000—2500	120	160,0	200	0,6	157,5	418,5	450	0,35
2500—2600	150	200,0	250	0,6	200,0	460,0	500	0,40
169
Таблица 11
Питр бляемая мощность
Длина р.льсовой цепи, м	средняя				максимальная			
	Вт	вар	В-А	СОЗ ф	Вт	вар	В-А	COS Ф
До 500	3,62	1,39	3,85	0,94	о,85	0,73	6,95	1
500—1000	6,55	3,62	7,55	0,87	12,25	1,31	32,30	1
1000—5000	13,60	7,25	15,50	0,87	26,60	2,85	27,00	1
1500—2000	25.50	13,10	28,50	0,87	52,70	5,65	53,00	1
2000—2250	14 60	16,90	38,50	0,87	71,60	7,55	72,50	1
2250—2500	41.20	23,10	54,00	0,87	99,30	10,30	100,00	1
Мощности, потребляемые путевыми, трансформаторами типов ПОБС-3, ПОБС-ЗА для кодовых рельсовых цепей 50 Гц различной длины с дроссель-трансформатором ДТ-0,6 на питающем и ДТ-0,2 на релейном концах, приведены в табл. 10.
Максимальную мощность путевой трансформатор потребляет крат-
ковременно, только при нахождении поезда на питающем конце рельсовой цепи, среднюю— при свободной рельсовой цепи. Мощности, приведенные в табл. 10, даны с учетом потерь в путевых трансформаторах.
Кривые активных и реактивных потерь мощности сигнальных трансформаторов типа СОБС приведены на рис 165
При числовой кодовой автоблокировке переменного тока 25 Гц рельсовые цепи получают питание от преобразователей частоты ПЧ50/25-100. Максимальная длина рельсовой цепи частотой 25 Гц при щебеночном балласте 2500 м.
В табл. И приведены расчетные мощности, потребляемые перегонными кодовыми рельсовыми цепями переменного тока 25 Ги с дроссель-трансформаторами ДТ-1-150.
При выборе типа линейного трансформатора на участках с электротягой переменного тока и кодовыми рельсовыми цепями 25 Гц следует
учитывать мощности, потребляемые преобразователем частоты типа ПЧ50/25-100 от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц (табл. 12).
Расчет мощности переменного тока, необходимой для питания устройств сигнальной установки при электротяге переменного тока и
Рис. 165. Кривые активных и реактивных потерь мощности в сигнальных трансформаторах
рельсовых цепях частотой 75 Гц, имеет некоторые особенности.
Так как трансформаторы, выпрямители, двигатели трансмиттеров и другие приборы сигнальной точки, подключенные к сети переменного тока, применяются тех же типов, что и при автоблокировке с питанием от сети частотой 50 Гц, то потребляемая ими мощность определяется по тем же таблицам и графикам, что и для частоты 50 Гц,
170
с учетом изменения их собственных реактивных, а следовательно, и полных потерь. Так, величина реактивных потерь для трансформаторов типов ПОБС и СОБС должна быть уменьшена на 45%.
Мощность, потребляемая линейным трансформатором от высоковольтной линии, больше средней мощности, потребляемой приборами сигнальной точки, на величину потерь в трансформаторе. Потери в трансформаторах типов ОМ-1,25 и ОМ-0,63 определяются по экспериментальным кривым (рис. 166).
Для определения потерь мощности в линейных трансформаторах при частоте тока 75 Гц необходимо реактивные потери для трансформаторов типов ОМ-0,63 и ОМ-1,25 при частоте 50 Гц (см. рис. 166) уменьшить на 40%; величина активных потерь та же, что и при частоте 50 Гц.
Рис. 166. Кривые активных я реактивных потерь мощности а трансформаторах ОМ-0,66 и
ОМ-1,2
Пример 1. Определить мощность, потребляемую одиночной сигнальной установкой от ВСЛ СЦБ автоблокировки постоянного тока с импульсной рельсовой цепью длиной 2200 м при смешанной системе питания и напряжении высоковольтной линии 10 кВ.
От линейного трансформатора такой сигнальной установки получают питание следующие приборы: путевой выпрямитель ВАК-14; сигнальный выпрямитель ВАК-13, питающий линейные цепи и приборы сигнальной установки; аварийное реле типа АСШ2-12 и трансформатор СОБС-2А, питающий лампы линзовых светофоров мощностью 15 Вт; кодовый трансформатор и трансмиттер для кодирования рельсовых цепей КПТ.
Максимальную мощность устройства будут потреблять при шунтировании поездом рельсовой цепи.
Определим максимальные активные и реактивные мощности, потребляемые сигнальной установкой Мощности, потребляемые отдельными приборами, берем из табл 10,11.
^макс—^вак-н + ^вак-13 + Гсобс+^*к.трН-^нот!
Рыа„с = 28+38+25+115,5+17 = 221,5 Вт;
Смаке — Свак-ы + Сван-13 + Ссобе + Ск.тр>
Смаке 3=3 29+80+ 11 + 1 18,8= 238,8 вар.
Таблица 12
Мощность, потребляемая рельсовой цепью, при cos (р= 1, В-А	Мощность, потребляемая от сети			Мощность, потребляемая рельсовой цепью, при cos ф = 1, В-А	Мощность» потрвб» няемам фт сети		
	Р Вт	Q. вар	S. В А		Р. Вт	Q. вар	S, В-А
0	40	175	180	60	но	180	210
20	65	176	190	80	130	200	240
40	85	177	200 J	100	160	220	270
171
Полная максимальная мощность, потребляемая сигнальной установкой от линейного трансформатора,
5макс=КРмаКс + 02ам = 1/221,5*+ 238,8*~» 326 В-А.
Следовательно, для данной сигнальной установки необходимо применить линейный трансформатор типа ОМ-0,63/10.
Для определения общей нагрузки сигнальной установки на высоковольтносигнальную линию необходимо подсчитать средние нагрузки на линейный трансформатор, а также учесть внутренние его потери:
Р ср = Рвак-144*Р вак-12+ Рсобс + Р к.тр"Ь^> кпт>
Pcp“ 12+11+25+21+4,5=73,5 Вт;
Qcp = 0вак-14 +0вак-1з + 0собс + Qk.tp'>
Qcp = 15+20+11+21,6=67,6 вар.
Полная средняя мощность, потребляемая сигнальной установкой от линейного трансформатора
5ср= VР2ср + 0с2р = 1/73,5» + 67,6» » 101 В-А.
Потери в трансформаторе ОМ 0,63/10 определяе,м по кривым (см. рнс. 166).
При Scp =101 В • А активные потерн составляют ДР = 32 Вт, реактивные AQ = 303 вар.
Следовательно, нагрузка на высоковольтно-сигнальную линию от приборов сигнальной установки с учетом потерь в линейном трансформаторе составит
.ср = 1/(Рср+ АР)“ “Г (Qcp + AQ)2 — ~|/(73, > f- 32)2 + (67, 6-{-303)2 =
= 1/105,52 + 370,Ь2 -38j В-А
Пример 2. Выбрать линейный трансформатор ОМ и определить нагрузку на ВСЛ СЦБ для спаренной сигнальной установки двухпутной кодовой автоблокировки на участке с электротягой постоянного тока при длине рельсовых цепей 1900 и 2250 м. Напряжение высоковольтной линии 10 кВ.
Спаренная сигнальная установка кодовой двухпутной автоблокировки переменного тока 50 Гц состоит из двух одиночных сигнальных установок типа О и имеет два релейных шкафа.
В каждом шкафу нагрузку на линейный трансформатор составляют следующие приборы: путевой трансформатор ПОБС-ЗА, сигнальный трансформатор СОБС-2А, аварийное реле AIIT2-110/220, двигатель кодового трансмиттера КПТ. При наличии линейных цепей и частотного диспетчерского контроля от трансформатора ОМ получает питание выпрямитель типа БПШ, а от трансформатора СОБС-2А — генератор ГК-6.
Мощности, потребляемые приборами сигнальной установки, определяются из табл. 8 и 10 Максимальную мощность устройства сигнальной установки будут потреблять при нахождении поездов на обеих рельсовых цепях.
Определим максимальные активные и реактивные мощности, потребляемые сигнальной установкой (величины Р' и Q' — для рельсовой цепи длиной 2250 м, а Р и Q — для цепи длиной 1900 м):
Т’маьс = 7>побс + /’побс 4" собс + 2/’ар +
/’макс побс = ^макс cos ФЗ
Омаке = Опобс + Опобс “Ь 2AQCO6C + 2Q^p;
Омане- побс = Змакс Sin ф.
Дешифраторная ячейка и лампа светофора питаются от трансформатора СОБС-2А. Потери в этом трансформаторе прн нагрузке от дешифраторной ячейки 172
29 Вт и лампы 15 Вт (29+15=44 Вт) составляют ДР = 2,6 Вт; AQ = 3 вар (см. рис. 165):
Рмакс = 250 . 0,34-450 - 0,354-2 (444-2,6)4-2 . 1,64-2 • 17=
= 754-157,54-93,24-3,24-34= 362,9 Вт;
Омаке = 250 V1 -0,094-450 V1 —0,12+2 • 34-2 • 3,4=250 . 0,95+
+ 450 • 0,94+6+6,8=673, 3 вар.
Полная максимальная мощность, потребляемая от линейного трансформа, тора ОМ,
«макс = /Пакс + ^акс = У362,9® + 673,3» ’= 765 В • А •
Следовательно, для спаренной сигнальной установки следует применить трансформатор типа ОМ-1,25/10.
Для определения общей нагрузки сигнальной установки на ВСЛ СЦБ следует подсчитать средние нагрузки на линейный трансформатор, а также учесть потери внутри трансформатора типа ОМ-1,25/10:
/’ср ~ Рпобс + Рпобс /- 2Рсобс + 2Ра р + 2РКпт>
Рср = 150 • 0,6+200  0,6+2(44+2,6)+2 • 1,6+2 . 4,5= = 90+120+93,2+ + 3,2+9=315,4 Вт;
<2ср = Зпобс + Упобс + 2Д<?собс-2А + 2^Ар;
<?ср = 150 1/1—0,36 + 200 V 1—0,36 + 2 • 3+2 - 3,4== 150 • 0,8+200 . 0,8+ + 6+6,8=120+160+6+6,8=292,8 вар
Полная средняя мощность, потребляемая сигнальной установкой от линейного трансформатора,
Scp = l+ Р2р + С+р = V315,4» + 292,82 = 431 В-А.
Потери в трансформаторе ОМ-1,25/10 определяем по кривым (см. рис. 166). При SCp «= 431В • А активные потери составляют ДР= 38 Вт, реактивные AQ= = 305 вар.
Нагрузка на ВСЛ СЦБ от приборов спаренной сигнальной установки с учетом потерь в линейном трансформаторе составит
+>бш. ср= У(Рср + Д/’)2 + «2с р + AQ)2 = = У(315,4 + 38)* + (292,8 + 305)2 =
= У353,42 + 597,82~+ 695 В• А
Пример 3 Определить нагрузку на ВСЛ СЦБ и выбрать тип линейного трансформатора ОМ для спаренной сигнальной установки двухпутной кодовой автоблокировки 25 Гц при длине рельсовых цепей 2100 и 2400 м. Напряжение высоковольтной линии 10 кВ.
Спаренная сигнальная установка кодовой двухпутной автоблокировки переменного тока 25 Гц состоит из двух одиночных сигнальных установок типа О и содержит два релейных шкафа. В каждом шкафу нагрузку на линейный трансформатор составляют следующие приборы: преобразователь частоты ПЧ50/25-100, от которого получает питание рельсовая цепь; сигнальный трансформатор СОБС-2А; аварийное реле типа АШ2-110/220; двигатель кодового трансмиттера КПТ. При наличии линейных цепей и частотного диспетчерского контроля от трансформатора ОМ пюается блок питания БПШ, а от трансформатора СОБС-2А — генератор ГК-6
Мощности, потребляемые отдельными приборами сигнальной установки, определяются из табл 8. Максимальную мощность приборы сигнальной установки будут потреблять при шунтировании поездами обеих рельсовых цепей.
173
Определим максимальные активные и реактивные мощности (величины Р> и Q' — для рельсовой цепи длиной 2400 м, а Р и Q — для цепи длиной 2100 м);
^макс = Рцч + ^04 4~ 2^ собс + 2Р ар + 2Р Кпт)
Фмакс = <2пч + С?пч*Ь2Д<?собс + 20ар-
Дешифраторная ячейка и лампа светофора питаются от трансформатора СОБС-2А. Потери в этом трансформаторе при нагрузке от дешифраторной ячейки 29 Вт и лампы 15 Вт (294-15=44 Вт) составляют: ДР =» 2,6 Вт; AQ = 3 вар (см. рис. 165). Мощности, потребляемые перегонными кодовыми рельсовыми цепями переменного тока 25 Гц, приведены в табл. 11.
При выборе типа линейного трансформатора следует пользоваться мощностями, потребляемыми преобразователем частоты ПЧ50/25 от сети переменного тока, приведенными в табл. 12.
Рельсовая цепь 25 Гц длиной 2100 м потребляет от преобразователя частоты максимальную активную мощность Р— 71,6 Вт, реактивную Q = 7,55 вар, полную S = 72,5 В  А. При этих нагрузках преобразователь частоты ПЧ50/25 потребляет от сети переменного тока мощности: Р = 122,5 Вт; Q = 192,5 вар.
При длине рельсовой цепи 2400 м от преобразователя частоты потребляется максимальная активная мощность Р = 99,3 Вт; реактивная Q = 10,3 вар; полная S = 100 В-А Преобразователь частоты в этом случае потребляет от сети переменного тока мощности: Р' = 160 Вт; Q' = 220 вар
Следовательно, максимальные мощности потребляемые сигнальной установкой:
Р маке = Рач + 4’(1Ч + 2ДР собс + 2Р ар 4- кнт>
Умане — <?цч + <?'ч 4" 2Д(?собс + 2<?а pl
Рмакс = 122,54-1604-2(44 + 2,6)4-2 - 1,6+2  17 = 412,9 Вт;
Qmskc = 192,5+220+2 • 3+2 • 3,4=425,3 вар.
Полная максимальная мощность, потребляемая от линейного трансформатора ОМ,
Яма КС = /^акс + ^с = У412.9’ + 425,3’= 593 В • А.
Таким образом, для спаренной сигнальной установки следует применить трансформатор типа ОМ-0,63/10.
Для определения нагрузки сигнальной установки на ВСЛ СЦБ следует подсчитать средние нагрузки на линейный трансформа гор, а также учесть потери внутри выбранного трансформатора ОМ-0,63/10:
Рср — Р ич~^Р пч4~2Р собс + 2Р ар + 2Р кпт;
Qcp = ^nq+Qug Н~ 2AQoo6c + 2Qap-
Рельсовая цепь 25 Гц длиной 2100 м потребляет от преобразователя частоты среднюю активную мощность Р = 34,6 Вт, реактивную Q = 16,9 вар, полную S = 38,5 В • А (см. табл. 11). При этих нагрузках преобразователь частоты ПЧ50/25 потребляет от сети переменного тока мощности: Р — 83,5 Вт; Q = 176,9 вар (см. табл. 12).
Рельсовая цепь длиной 2400 м потребляет от преобразователя частоты среднюю активную мощность Р — 49,2 Вт, реактивную Q = = 23,1 вар, полную S = 54 В • А (см. табл. 11). При таких нагрузках преобразователь частоты ПЧ50/25 потребляет от сети переменного 174
тока активную мощность Р = 102,5 Вт, реактивную Q = 179, 1 вар (см. табл. 12). Следовательно:
Рср = 83,5 + 102,5 + 2 (44 + 2,6) + 2 • 1,6 + 2 • 4,5 = 83,5 ф-
+ Ю2,5 + 93,2 + 3,2 + 9 = 291,4 Вт;
<?ср = 176,9 + 179,1 + 2 • 3 + 2 • 3,4 = 176,9 + 179,1 + 6 + + 6,8 = 368,8 вар.
Полная средняя мощность, потребляемая сигнальной установкой от линейного трансформатора,
Scp = УP2cp + Qn-p = V291,42 + Зи8,8а = 470 В • А.
Потери в трансформаторе ОМ-0,63/10 определяем по кривым (см. рис. 166). При Scp = 470 В • А активные потери составляют ДР = 56,5 Вт, реактивные AQ = 330 вар.
Нагрузка на ВСЛ СЦБ от приборов спаренной сигнальной установки с учетом потерь в линейном трансформаторе составит
•SoOffl. Ср = V(Pep + &P)2 + (Qcv + А7срГ2 = V(291.4 + 56,5(2 + (368,84-330)2 = = У'247,+ f 69O24= 780 В • А .
ГЛАВА XVII
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ СТАНЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
§ 73. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ЭЦ
И МЕХАНИЗИРОВАННЫХ СОРТИРОВОЧНЫХ ГОРОК КРУПНЫХ СТАНЦИЙ
Электроснабжение постов ЭЦ и устройств механизированных сортировочных горок осуществляется двумя самостоятельными питающими линиями (фидерами) от двух независимых друг от друга источников питания с круглосуточной работой (рис. 167). Два источника электроснабжения считаются независимыми друг от друга в том случае, если отключение одного из них не вызывает отключения другого.
Фидеры, питающие посты ЭЦ, оборудуют устройствами, автоматически переключающими питание с одного фидера на другой без выдержки времени при исчезновении напряжения в одном из них. Кроме основного трансформатора, в пунктах электроснабжения устанавливается резервный трансформатор той же мощности. Потери напряжения в линиях, питающих устройства электрической централизации, должны быть не более 5%.
Если станция, оборудуемая электрической централизацией, не располагает двумя независимыми друг от друга пунктами электроснабжения, на постах ЭЦ размещают резервные автоматизированные дизель-генераторы соответствующей мощности.
175
Понизительная повет опция
к резервной понизительной । подстанции
)
Резервный 1
ГС2@ ! [Освещение | Силовая линия { ^Нагрузка от приваров СЦв I Поет зц
&
1

В зависимости от надежности внешних источников электроснабжения применяются две системы электропитания устройств электрической централизации: безбатарейная и батарейная (смешанная). В обоих случаях для питания постовой аппаратуры ЭЦ предусматривается контрольная аккумуляторная батарея, подключаемая параллельно выпрямительным устройствам и обеспечивающая необходимую непрерывность питания этой аппаратуры при выключениях переменного тока.
На сортировочных и других крупных станциях, оборудуемых устройствами электрической централизации с рельсовыми цепями 50 или 25 Гц при наличии двух независимых источников
энергии, получающих питание от высоковольтных сетей или районных подстанций энергосистем, используется безбатарейная система питания устройств электрической централизации е установкой только контрольной батареи.
Для аварийного питания аппаратуры ЭЦ в помещении поста предусматривается автоматизированный дизель-генератор.
При безбатарейной системе питания рельсовые цепи, лампы светофоров и контрольные цепи стрелочных электроприводов питаются переменным током, а электродвигатели постоянного тока стрелочных электроприводов — от мощного выпрямителя.
Если электроснабжение устройств электрической централизации не может быть обеспечено от двух независимых источников энергии,
Рис. 167, Схема электроснабжения поста электрической централизации крупной станции
присоединенных к сетям энергосистем, и в качестве второго источника энергии используется автоматизированный дизель-генератор, применяется смешанная система питания с установкой рабочей аккумуляторной батареи. Резервное питание стрелочных электродвигателей и их контрольных цепей осуществляется от аккумуляторных батарей, емкость которых определяется с учетом выключения внешнего электроснабжения на 6 ч
Для постов ЭЦ с присоединенной мощностью 20 кВ-А и более, а также если каждый из двух источников не может обеспечить электропитание устройств как приемников II категории, необходимо устанавливать рабочую и контрольную батареи, а также дополнительно предусматривать автоматизированные дизель-генераторы. При этом должно быть обеспечено резервное питание стрелочных электродвигателей и их контрольных цепей от аккумуляторных батарей, емкость которых должна определяться с учетом выключения внешнего электроснабжения на 12 ч.
На станциях с рельсовыми цепями 75 Гц при электротяге переменного тока электропитание постов ЭЦ отличается тем, что к постам
176
подходят два фидера тока частотой 50 Гц от независимых источников энергии, предназначенных для питания устройств централизации, работающих при частоте 50 Гц, и две питающие линии переменного тока частотой 75 Гц также от двух различных независимых источников для питания рельсовых цепей. В качестве источника тока частотой 50 Гц используются местные электростанции, подстанции и высоковольтные сети. Для основного питания рельсовых цепей током частотой 75 Гн используются высоковольтные линии автоблокировки, а для резервного питания — преобразователи частоты на тяговых подстанциях, если последние расположены непосредственно на стан ции, оборудуемой электрической централизацией, или преобразователи, установленные специально для этой цели на постах централизации.
Вводные панели 50 и 75 Гц на постах ЭЦ должны обеспечивать автоматическое переключение питания потребителей с основных на резервные фидеры, а при наличии на посту резервного преобразователя — автоматический пуск последнего при отключении напряжения в фидере основного питания поста током частотой 75 Гн Для питания устройств напряжением 220 В на постах устанавливаются два трансформатора типа ТС для цепей при частоте тока 50 и 75 Гц Одновременно эти трансформаторы являются изолирующими
При питании рельсовых цепей током частотой 75 Гц от линии автоблокировки и наличии на посту резервного преобразователя последний используется также для резервного питания линии автоблокировки (рис. 168).
Независимо от системы питания при автоблокировке на примыкающих к станции перегонах предусматривается резервное питание для красных и пригласительных огней входных светофоров от аккумуляторов в течение 24 ч. Питание реле централизации, осуществляющих зависимости по установке и размыканию маршрутов, производится от контрольной батареи 24 В с буферным подзарядом от выпрямителя.
Рис. 168 Схема питания поста ЭЦ крупных станций с рельсовыми цепями 75 Гц
177
Большинство лампочек пульта-табло питается только переменным током 24 В. Часть лампочек имеет резервное питание от аккумуляторной батареи 24 В. Такое питание имеют контрольные лампочки тех объемов, которые сами питаются постоянным током или имеют источники питания, не зависящие от устройств электрической централизации, например: лампочки контроля состояния примыкающих к станции блок-участков перегонов, оборудованных автоблокировкой; лампочки, контролирующие устройства питания; лампы аварийного освещения и др.
Для питания устройств связи устанавливается аккумуляторная батарея 24 В, работающая в буферном режиме с выпрямителем. Линейные цепи автоблокировки, полуавтоматической блокировки и другие, включаемые по воздушным линейным цепям, питаются от отдельных источников: батарей, выпрямителей или полупроводниковых преобразователей.
Если на станциях устраиваются рельсовые цепи частотой 25 Гц, для их питания устанавливаются статические преобразователи частоты ПЧ 50/25
Батарейная система питания отличается от безбатарейной системы наличием аккумуляторной батареи 220 В с буферным подзарядом от выпрямителя. От батарей 220 В питаются электродвигатели стрелочных электроприводов. В случае отключения внешних источников электроснабжения можно в течение 6 ч переводить стрелки и осуществлять прием и отправление поездов по пригласительным сигналам. При выключении переменного тока контрольные цепи стрелок получают питание от одноякорного преобразователя, включаемого от рабочей батареи.
Для ввода на пост централизации энергии от внешних источников переменного тока, а также преобразования ее в переменный и постоянный ток различных напряжений, необходимых для питания устройств централизации и подзаряда аккумуляторных батарей, применяется щитовая питающая установка.
В настоящее время выпускается унифицированная щитовая установка, которая является усовершенствованным вариантом щитовых установок, выпускавшихся ранее. Унифицированная щитовая установка собирается из отдельных панелей электропитания устройств электрической и диспетчерской централизации (рис. 169—171). Щитовые установки электропитания для устройств ЭЦ в зависимости от числа стрелок на станции, вида тяги и системы питания комплектуются из разного типа и количества панелей.
В установках электрической централизации, потребляемая мощность в которых по отдельным видам устройств превышает допустимую нагрузку на тот или другой тип панели питания, панели дублируются и подключаются параллельно или нагрузка распределяется на панели в соответствии с размерами нагрузки и удобством разделения станции на обособленные районы централизации. В табл. 13 приведены комплектации щитовых установок в зависимости от количества централизованных стрелок на станции.
178
Iридер
I шивер ^77
с,см,мс
РПБС, PMSC п,м/
ТС-гв/0,5, 70-70,'0,5 релейные шкатры, контроль стрелок, электрообогрев
--------------'-Цщда/ГОг1-
Панель выпрямителей --- ’•
пв-гч/ггобБ
\кпп,кпмт
!Ш1,ЩМ
Панель вводная
_ __
gj~l '-nB~so iii Айе**
1ZAKK СК

ШП,ШМ 1<Р,2Ф,ЗФ,0
герские^ посты
I HI	I I	I \(380В)	]
Г	Ариглас	т	t
ud_I	сигна-	мА	Табло
1	ль.!	ТПППП
лы
Л^трСК-1 нашей ,
ыпии пил JJI	• Г
связи станция 0т50-100 СК-1 S
Танель релейная ^ц^П^.КПЗувинепь преовра-"	\зователей0ПЗ-!0(й
ПРБ5
39,0
Тздло
J (220В)
Эпекгро-• обогрев
I утавпо , Стрелой- Комплект СВетпотроры, Релейные тканые зл выдержки маршрутн приводы времени указатели
ры,контроль стрелок
Рельсовые цепа переменного така частотой гвГцсДСШ-13
Рис. 169. Схема межпанельных и внешних соединений панелей питающей установки ЭЦ при безбатарейной системе
Д фидер I/ридер
П,М ПРПБ.ПРМ5 РПБС, РМБС
В g Ё1
Панель вводная
ПО-50
кт,шрпз
19,гто, (380 8)
Панель выпрямителей пв-гч/ггоБ
S §1	♦ iJauo>
ОсЗеще- )Маневра- _J Стотиоы, ни^мат Sue посты / контроль "/перские предокра У страдал-	12 АКК С
кителей ва связи до 40 стр -С} 41-70стр-Ср 71 -90стр -Ср 91-100стр-Св
Ста-швы
^•ПО-ввОАтР ТС-85/0,5(до40стрелок)-, ТС-10/0,5/ат 40 до 100 стр) релейные шкатры,контроль стрелок,жктрообог-рев --------------------------------------
КПП.КПМ.КПЗ
Панель релейная электрической централизации ба
19,39,39,0_ тарейн системыПРВ __
/звов) ’Д | '(ггов)" [
КПП,КПП,КПЗ !ДП,ЩМ 
39,0
Панель преобразователей ППЗБО/Зв
♦	Табло
Табло'вшмет Светыра-выдержки рымар-
мА
Зо50стр-
-Г, сбы-шевО-Ci
Тригла- Стрелочные сительн зл приводы сигналы
Релей ные шка/ры
Контроль стре-mwiubpvf
длектоа- лвктр-рыЖ, времени шрутные г 5 ЗКСтипа
,„„,пт.п„	pfjsc-ZA
указатели
Рельсовые цепи перемен-него тока частотой гвсцсДсш-13
Рис. 170. Схема межпанельных и внешних соединений панелей питающей уста-
Рис, 171. Схема межпанельных и внешних соединений панелей питающей установки устройств диспетчерской централизации
179
Таблица 18
Панели	Количество панелей при числе стрелок					
	30—80	81 — 100	101 — 140	141 — 160	161 — 180	181—200
ПВ-60	1	1	1	2	2	2
ПВ-24/220ББ или ПВ-24-220Б	1	1	1	1	1	1
ПВ-24	—	—	1	1	1	1
ПРББ или ПРБ	1	1	1	2	2	2
ППЗ-50/25	1	1	2	2	3	3
Величина нагрузки устройств электрической централизации на внешние источники электроснабжения, а также на дизель-генераторный агрегат складывается из совокупности потребления электроэнергии отдельными элементами устройств: реле, рельсовыми цепями, светофорными лампами, контрольными реле стрелок, потерями в трансформаторах, выпрямителях, а также устройствами связи, освещением и вентиляцией постового здания и станочным оборудованием мастерских.
Устройства механизированных сортировочных горок, как правило, получают электроэнергию от самостоятельных трансформаторных подстанций, устанавливаемых в здании компрессорных станций или расположенных по возможности ближе к последним. Схемы электроснабжения трансформаторных подстанций горок должны соответствовать схемам электроснабжения приемников I категории. Допускается питание подстанций горок от двух подстанций или распределительных пунктов, включенных в высоковольтное кольцо, имеющее не менее двух питающих фидеров.
Все потребители горки получают электроэнергию напряжением 380/220 В от распределительного- щита низкого напряжения, размещенного в здании компрессорной. В помещении подстанции горки устанавливается не менее двух силовых понижающих трансформаторов, каждый из которых должен иметь мощность, достаточную для обеспечения электроэнергией компрессоров, центробежных насосов компрессорной, горочного поста и электрического освещения вершины горки.
Шины распределительного щита делятся секционным выключателем на две секции, каждая из которых должна получать питание от одного из силовых трансформаторов подстанции горки по отдельной линии.
Горочный пост получает питание or двух секций щита по двум самостоятельным линиям, сечение каждой из которых должно обеспечивать всю нагрузку поста с потерей напряжения не более 2%. Компрессоры и центробежные насосы распределяются поровну между обеими секциями щита.
Наружное освещение, воздуходувные пневматической почты и другие потребители механизированной горки допускается питать по одиночным линиям. Потери напряжения в линиях низкого напряжения не 180
должны превышать 5%, 8 в линиях, питающих прожекторное освещение, — не более 2,5%. Наружное освещение сортировочного парка может получать питание от нескольких подстанций сортировочной станции.
Функциональная схема питающей установки центрального поста электрической централизации при электротяге постоянного тока и безбатарейной системе питания показана на рис. 172.
Для подключения фидеров внешнего электроснабжения Ф1 и Ф2, резервного дизель-генератора ДГА, мастерских, освещения, устройств связи и т. д. на вводной панели предусмотрены специальные клеммы (/, 2, 3, 4, 5).
К вводной панели подключается трансформатор ТрС, предназначенный для питания панелей выпрямителей и релейной панели. С вводной панели получает также питание панель преобразователей частоты.
Напряжение на фидерах Ф1 и Ф2 контролируют реле контроля фаз РФ1 и РФ2 и их повторители, которые управляют работой контактов Кб и К7. Пакетными выключателями ПВ1 и ПВ2 можно вручную переключать нагрузку с одного фидера на другой. В случае снятия напряжения с обоих фидеров вводной панели контакторы, расположенные на панели и щите ШДГА, автоматически запускают резервный ДГА. От панели выпрямителей ПВ-24/220 ББ питаются двигатели стре-
Рис. 172. Скелетная схема питающей установки центрального поста ЭЦ крупной станции
181
лочных электроприводов (вывод 12), а от панели выпрямителей ПВ-24 — релейные стативы и аварийное освещение (выводы 10, 11).
Указанные выше панели выпрямителей снабжены блоками автоматической регулировки БАР и работают с контрольной батареей КБ в режиме импульсного подзаряда. Выпрямители, расположенные на разных панелях, могут подключаться на параллельную работу.
На релейной панели устанавливаются четыре изолирующих трансформатора. Трансформатор Тр1 питает лампы табло (вывод 16). Для уменьшения яркости горения ламп табло в ночное время предусмотрено снижение питающего напряжения, которое достигается переключением секций первичной обмотки трансформатора Тр1 контактом 22 реле СНТ.
От трансформаторов Тр2, ТрЗ, Тр4 питаются лампы светофоров (клеммы 17, 18 и 19), а от трансформатора Тр4 производится также питание маршрутных указателей Лампы светофоров питаются через контакты реле режимов питания РП (на рисунке не показано). При ночном режиме питания лампы питаются через контакты 26, 27, 28, а при режиме двойного снижения напряжения — через конiакты 23, 24, 25 этих реле.
К релейной панели подводятся провода (вывод 29) для резервного питания ламп пульта-табло от контрольной батареи при аварийных отключениях напряжения переменного тока Контрольные цепи и элементы электрообогрева стрелок (выводы 14 и 15) питаются непосредственно от трансформатора ТрС.
На панели преобразователей установлены восемь параметрических преобразователей частоты типа ПЧ50/25-300. Каждые два преобразователя включаются параллельно, образуя четыре цепи питания. Одна цепь предназначена для питания местных обмоток реле ДСШ-13 (вывод 21), а три другие — для питания путевых обмоток этих реле (выводы 22, 23, 24).
§ 74. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЭЦ КРУПНЫХ СТАНЦИИ
Емкость рабочей батареи при батарейной системе питания. Для питания стрелочных электроприводов при батарейной системе питания на посту ЭЦ устанавливается аккумуляторная батарея из НО аккумуляторов, дающая напряжение 220 В Необходимая емкость этой батареи определяется расчетом исходя из того, что при выключении переменного тока рабочая батарея в течение расчетного периода (6 ч) должна обеспечить питание стрелочных электроприводов, повторителей контрольных реле и одноякорного преобразователя, вырабатывающего переменный ток 127 В для работы контрольных реле
Емкость рабочей батареи, необходимая для перевода стрелок, может быть определена по формуле
q /д/чАГ
Р Xuj *
182
где /д — рабочий ток электродвигателя привода. А;
t — время перевода одной стрелки, с;
п — число централизованных стрелок на станции;
N — среднее число переводов одной стрелки на расчетный период.
В табл. 14 приведены электромеханические характеристики стрелочных электроприводов типов СПВ и СП с электродвигателями постоянного тока МСП-0,1, а в табл. 15 — с электродвигателями МСП-0,25.
Среднее число переводов одной стрелки за расчетный период определяется исходя из числа маршрутизированных передвижений за этот период и числа стрелок, входящих в маршрут. При расчете считается, что в каждом маршруте надо устанавливать лишь 50% стрелок. Так же учитывается количество переводов стрелок при передвижениях составов по неорганизованным маршрутам. Полученное число переводов стрелок делится на число стрелок станции и таким образом определяется среднее количество переводов одной стрелки за расчетный период. Для расчетного периода в 1 ч в зависимости от размеров движения оно может быть в пределах от 1 до 4
Разрядный ток батареи вычисляется исходя из возможности одновременного перевода п0 стрелок /рС = но/д.
Таблица 14
Нагрузка на	злектрэпривод СПВ на напр->же нир, В						Электропривод СП на нанрн.се-					
							НИР			В		
электропри-	30		100		1	160		30			00	160	
вола кгс												
	/ А		/ А		\[ А	1 t г-	i	\		/	А		/ А	
	Л,	. о ' С	1 л.	'•с	' Д	1 ‘ с	д		Д	1 '• L	Л	<. С
Холостой	5,2	1,40	1,55	1.15	1,00	1,15	4,8	2,0	1.8	1.0	1,0	1.5
ход												
т	А2	1,55	2,65	1,45	1,50	1,55	6,0	2,2	2,0	1,8	1,3	1,9
100	8,8	1,73	3,10	1,55	1,75	1,80	7,5	2,45	2,5	2,0	1,7	2,2
125	9,9	1,80	3,50	1,62	2,00	1,95	8,0	2,6	2,7	2,1	1,8	2,3
150	11,0	1,90	3,90	1,74	2,30	2,15	9,3	2,7	3,0	2,2	1,9	2,4
180	12,5	2,10	4,40	1,80	2,60	2,50	10,0	3,0	3,3	2,5	2,1	2,6
250	15,5	2,30	5,50	2,10	3,30	3,40	11,0	3,5	3,8	- 2,6	2,4	2,8
Таблица 15
Напряжение электродвигателя. В
Нагрузка на шибере, кгс	30		100		160	
	/л. Л	t. с	! и. А	t. с	1 д. А	С с
Холостой	4,9	1,7	1,4	1,5	1,3	1,4
ход 100	7,5	2,2	2,4	1,9	1,8	1,8
200	11,0	2,7	3,4	2.3	2,4	2,1
350	15,0	3,5	4,8	2,7	3,3	2,5
183
При выключении переменного тока от рабочей батареи питаются одноякорный преобразователь и повторители контрольных реле. Эти приборы включаются при установке маршрутов нажатием специальных кнопок «Контроль стрелок». Если принять время включенного состояния преобразователя и контрольных реле за расчетный период равным tB, а число нажатий кнопок «Контроль стрелок» равным т, то время их работы
рп 3600 ’
Необходимая емкость для питания этих приборов
Л" _/А?	। / /	__<в«М^р*4-«п)
Чр — / р ««рп 4" «п «рп---»
где /р — ток, потребляемый одним повторителем контрольного реле, А;
k — число повторителей контрольных реле, могущих одновременно быть под током;
/и — ток, потребляемый преобразователем, А;
/рп — время, в течение которого происходит питание реле и преобразователя от рабочей батареи, ч.
Общая емкость рабочей батареи
Q = Q -L.Q" ~ tn^ I 1вГП Up^4~^n) _ /д tnN (1 р k-\-ln)
р Р Чр 3600	3600	3600
Максимальный разрядный ток рабочей батареи может быть определен по формуле
Праздна нс = По/п 4* / п 4" ^р&-
По величинам Qp и /раз выбирается соответствующий тип аккумуляторов для рабочей батареи.
Емкость контрольной батареи. От контрольной батареи питаются реле централизации, а при выключении переменного тока — также контрольные лампочки входных светофоров, участков приближения и удаления, контрольные лампочки над стрелочными рукоятками, загорающиеся на время нажатия кнопок «Контроль стрелок». Расход емкости батареи для питания этих лампочек получается незначительным и им можно пренебречь.
В электрической централизации при выключении переменного тока от контрольной батареи должно быть обеспечено питание замыкающих реле, их повторителей, исключающих и прочих реле (вспомогательных реле направления и др ), контрольных лампочек, а также аварийное освещение В соответствии с этим емкость контрольной батареи должна быть
Qh (^з««з 4“ /пз««пз 4“ /и пи) /р -4-	-4-	4~ Пцр/пр 4-
4” ««уп ^уц) 4“ ^л«Ъ/р>
где /3 = О,ОЗ А — ток, потребляемый замыкающим или маршрутным реле;
184
n3 — число замыкающих реле (на каждую изолированную секцию горловины станции устанавливается одно замыкающее и два маршрутных реле);
/П8 = 0,03 А— ток, потребляемый повторителем замыкающего реле;
ппа — число повторителей замыкающих реле;
/и = 0,035 А — ток, потребляемый исключающим реле;
па — количество исключающих реле;
/р — расчетный период, в течение которого выключен переменный ток (принимается равным 2 ч);
/п = 0,015 А — ток, потребляемый каждым из прочих реле;
пп — количество прочих реле (принимается равным 30— 40 на каждые 50 стрелок);
Гп — время нахождения под током прочих реле, ч;
/у = 0,035 А — ток, потребляемый одной лампочкой табло, пн — число контрольных лампочек красного огня входных светофоров;
ппр — число контрольных лампочек пригласительного огня входных светофоров;
5р
f Пр = -^-—время горения контрольных лампочек пригласительного огня, ч; (5 мин — продолжительность установленного состояния одного маршрута приема);
р — число устанавливаемых маршрутов приема за расчетный период;
пуц — число контрольных лампочек участков приближения и удаления, которые могут гореть одновременно;
Гуп = 2ч — время горения контрольных лампочек участков удаления и приближения;
/л — ток, потребляемый лампой аварийного освещения, А;
ил = 4 4-5 — число ламп аварийного освещения.
Максимальный разрядный ток, который может потребляться от контрольной батареи,
К . ма КС	^3^3 из ^113 "Ь	П^П "b К *1" Ь ^у ц) (- / л^л-
По необходимому разрядному току /к.Макс и емкости QK выбирается соответствующий тип аккумуляторов контрольной батареи.
Пример. Определить емкость рабочей и контрольной батарей при батарейной сиоеме питания для электропитания устройств релейной централизации станции, имеющей 144 централизованные стрелки, 128 рельсовых цепей и 134 светофора Электроприводы установлены типа СП с электродвигателями на напряжение 160 В.
Расчет емкости рабочей батареи Емкость рабочей батареи, необходимая для перевода стрелок за расчетный период (6 ч),
/п mN
О' -------
4	3600
185
Для электроприводов типа СП с двигателями на 160 В при нагрузке на шиберах электропривода 100 кгс расчетный ток /д>= 1,7 А, время перевода стрелки / = 2,2 с. Принимаем среднее число переводов каждой стрелки за расчетный период М = 24. Тогда
1,7-2,2.144.24
------	-----=3,59 А-ч
3600
Разрядный ток батареи для перевода стрелок определяем исходя из условия одновременного перевода грех стрелок
/p3 = zio/n=3*l,7 = э,1 А.
Емкость рабочей батареи для питания преобразователя и повторителей контрольных реле при выключении переменного тока
4 = /р ^рц4* 1а Грп•
Время включенного состояния этих приборов
1з т ,р"" 3600
Принимаем время включенного состояния одноякорпого преобразователя и повторителей контрольных реле при каждом нажатии кнопки «Контроль стрелок» tB = 20 с, а число нажатий кнопок за расчетный период т = 400, тогда
20-400 ,рп = 3600 =2,2 ч-
Ток, потребляемый одним повторителем контрольного реле, /р = 0,02 А ток, потребляемый преобразователем, /0 = 1,5 А Число повторителей контрольных реле, одновременно находящихся под током при нажатии кнопки «Контроль стрелок», принимается равным 50
Емкость батареи для питания этих приборов
Q" =/р kt -f-/n гр = 0,02.50-2,2+1,5.2,2 = 5,5'А-ч.
Общая емкость рабочей батареи
<Ур = У 4-Q =3,59-1-5,5 = 9,09 А-ч.
Максимальный разрядный гок батареи
^раз. макс = ^рз4" 41 + Г р * =	1 + 1 Л 4-0,02- ‘ 0 = 7 А.
Из расчета следует, что рабочую батарею необходимо составить из аккумуляторов типа СК-3 (см табл. 2)
Расчет контрольной батареи. Емкость контрольной батареи, необходимая для питания реле за расчетный период, определяется из формулы
Qg — Чз tig 4- /цэ nU3 4- Г и па) Гр 4- I a tig tg 
На рассматриваемой станции установлено следующее количество реле: замыкающих и маршрутных —96, повторителей замыкающих — 60, исключающих — 50, прочих—100. Гок, потребляемый маршрутным и замыкающим реле или его повторителем, — 0,03 А; ток, потребляемый исключающим реле, 0,035 А и прочими реле—0,015 А. Время возбужденного состояния прочих реле ta принимаем равным /р = 2 ч.
Тогда
Q' =(0,03.964-0,03.604-0,035-50)2-1-0,015-100-2 = 15,8 А-ч.
Емкость контрольной батареи для питания ламп табло и аварийного освещения
Q /у (Пн "1* ^пр ^пр । ^уц ^уп) ^л ^р.
186
Принимаем, что: 1) на станции имеются четыре входных светофора; лампы красного огня этих светофоров горят непрерывно в течение всего расчетного периода; число устанавливаемых маршрутов приема за расчетный период равно 12, следовательно, контрольные лампы пригласительного огня горят в течение времени
5р 5-J2 /пр==‘бо" = ~^Г = ,’ч;
2) число участков приближения и удаления к станции равно 16; /уп = 2 ч; 3) ток, потребляемый указательной лампой, равен 0,035 А; 4) при аварийном освещении включаются четыре лампы мощностью 25 Вт, напряжением 12 В каждая.
При этих условиях
Q" = 0,035 (4 . 2+4 . 1 + 16 • 2)+2,08 - 4 - 2=18,2 А - ч.
Общая емкость, которая будет расходоваться от контрольной батареи за расчетный период,
Qk = <?k+Q'k= 15,8+18,2 = 34 А-ч.
Максимальный разрядный ток, который может -потребоваться от контрольной батареи,
к. макс = ^злз + +з лпз + Ai пи+^п + ^у Щк + лПу +ЛуП) + + /ллл =0,3-96 + 0,03-60 + 0,035-50 + 0,015.100 + 0,35-24 + 2,08-4 = 24,64 А.
Следовательно, контрольную батарею для рассматриваемой станции необходимо составить из аккумуляторов типа СК-6.
Емкость аккумуляторной батареи входного сигнала. При прекращении подачи электрической энергии переменного тока от батареи входного сигнала должны питаться контрольные реле, лампы красного и лунно-белого пригласительного огней. Лампа пригласительного огня включается при горящей красной, которая горит в течение всего расчетного периода.
Емкость батареи
Qbc =	4* Л|К^Р 4" ^лб^ |б>
где /р = 0,02А — ток, потребляемый одним контрольным реле:
лр = 2 — число контрольных реле, одновременно находящихся под током;
1р= 12 ч — время аварийного периода;
/лв — ток, потребляемый лампой красного огня (мощность лампы красного огня 25 Вт, напряжение 12 В);
/лб — ток потребляемый лампой пригласительного огня (мощность лампы пригласительного огня 15 Вт, напряжение 12 В);
^лб = 2,5 часа — время горения лампы пригласительного огня.
Разрядный ток, который может потребоваться от аккумуляторной батареи,
Iраз =	4" /лк 4" ^лб-
По величине емкости и разрядного тока выбирается тип аккумуляторов. Учитывая, что батарея будет устанавливаться в батарейном шкафу, применяют аккумуляторы типа АБН.
187
Расчет мощности переменного тока, потребляемой устройствами электрической централизации. Нагрузку на внешнюю сеть электроснабжения от всех устройств электрической централизации можно с достаточной степенью точности определить по усредненным данным потребления мощности отдельными элементами устройств, которые приведены в табл. 16. Таблица составлена на основании расчетов, произведенных институтом «Гипротранссигналсвязь».
В расчетах потери в преобразователях панели ППЗ-50/25 учитываются в зависимости от нагрузки преобразователя рельсовыми цепями частотой 25 Гц с реле ДСШ-13. При нагрузке до 50% принимается к. п. д. равным 0,45, cos ф — 0,6, свыше 50% — к. п. д. равным 0,55, cos ф — 0,7.
Потери в трансформаторе ТС определяются по кривым, приведенным на рис. 173.
При расчетах мощности, потребляемой устройствами электрической централизации, следует иметь в виду, что от трансформатора ТС питаются рельсовые цепи, релейные шкафы, контрольные цепи стрелок, электрообогрев стрелок. Подсчитав нагрузку на трансформатор ТС, необходимо учесть потери в преобразователях панели ППЗ-50/25, а также внутренние потери в трансформаторе ТС (см. рис. 173).
Светофоры, маршрутные указатели, табло питаются от трансформаторов релейной панели. Потери в трансформаторах при загрузке свыше 50% следует принять: ДР = 180 Вт, Дф = 250 вар.
Для станции, имеющей 100 стрелок, можно принять следующие величины потребляемой мощности: устройства связи поста ЭЦ — активная 3270 Вт, реактивная 2735 вар; устройства освещения, вентиляции и другие вспомогательные приборы — активная 4150 Вт,
188
Таблица 10
Нагрузка	Измеритель	Потребляемая мощность		
		Вт	вар	В А
Лампочки табло*	Стрелка	14		—
Контрольная цепь стрелочных электроприводов	>	5	4	6,4
Обогрев контактов автопереключателя	»	45	22	50
Лампы светофоров Маршрутные указатели на станпии:	Светофор	25		
до 140 стрелок	Пост ЭЦ	700	—	—
свыше 140 стрелок Рельсовые цепи:	Пост ЭЦ	1400	—•	—
тепловозная тяга (с реле ДСШ-12)	Рельсовая цепь	20	22,5	30
электротяга постоянного тока (с реле ДСШ-12)	То же	66	53	84
электротяга переменного тока (25 Ги с реле ДСШ-13)		18	8,2	20
Репейные шкафы входного свеюфора	Шкаф	95	60	113
Местное управление на станции свыше 80 стрелок Выпрямители контрольной батареи 24 В, 30 А на станции’	Пост ЭЦ	200	100	224
до 40 стрелок (один вы прямтель)	То же	480	640	800
40 —100 стрелок (один выпрямитель)		1180	1180	1670
100—120 стрелок (два выпрямителя)		1400	1900	2300
120—140 стрелок (два вы прямителя)		1700	1700	2400
140—180 стрелок (два вы прямителя)	2>	2140	2140	3000
180- 200 стрелок (два вы прямителя) Выпрямитель безбатарейный 220 В, 30 А стрелочный8:		2360	2360	3340
при холостом холе при переводе стрелок на станпии:		240	860	900
до 80 стрелок	S>	3600	1760	4000
сьыше 80 стрелок		5400	2640	6000
189
Продолжение табл. 16
Нагручка	Измеритель	Потребляемая мощность		
		Вт	Вар	В4
Выпрямитель батарейный	Пост ЭЦ	500	870	1000
220 В, 3 А, стрелочный Потери в трансформаторах релейной панели 1IP4TP при загрузке: 50%	То же	120	200	233
свыше 50%	»	180	250	307
’ На станции свыше 80 стрелок применяются схемы, ограничивающие ток подсветки, » нагрузка принимается 1200 Вт
2 Учитывается при определении номинальной мощности ДГА
реактивная 1940 вар; лимит для мастерской — 7000 В • А (активная 5600 Вт, реактивная 4200 вар).
Дополнительные нагрузки на вводную панель от трансляционного усилителя ТУ-1000 в рабочем режиме, от выпрямителя 220 В, 30 А при переводе стрелок (безбатарейная система питания), негарантированного освещения составляют: активные— 14 000 Вт, реактивные — 6000 вар.
Пример Определим мощность, потребляемую устройствами электрической централизации (с безбатарейной системой питания) участковой станции, имеющей 100 стрелок и 130 светофоров по укрупненным показателям На станции и прилегающих участках—электротяга церемонного тока, рельсовые цепи применены переменного тока частотой 25 Гц с реле ДСШ 13 Вся аппаратура ЭЦ размешена на посту II категории
Все расчеты выполнены в соответствии с нагрузками, приведенными и табл 16
Рельсовые цепи потребляют мощности
Ррц = 18 100=1800 Вт; Qpn =8. > 100 = 820 пар;
5рц = Д/18002 + 8202 = 1980 В• А
Потери в преобразователях частоты при загрузке свыше 50%, кпд. 0,55 и cos <р = 0,7 составляют:
AS = 1980 : 0,55=3600 В  А;
АР = Д5 • cos ф = 3600  0,7=2520 Вт;
AQ = Д5  sin <р <=» 3600  0,7=2520 вар.
С учетом потерь в преобразователях:
Ро,ри = 1800+2520=4320 Вт;
<?о.ри “ 820+2520=3340 вар;
So рц = PU + Qo рц = V43202 + 33402 = 46! В-А.
Цепи контроля и обогрева стрелок, а также релейные шкафы входных светофоров питаются от трансформатора типа ТС-10. Нагрузка на
190
трансформатор от указанных устройств рассчитывается следующим образом:
Рте = Р Ку  СТР 4" РОбк  ^стр 4~ Р ВО  во>
Ртс = 5 • 100 + 45 • 100 + 95 • 2 = 500 + 4500 + 190 = 5190 Вт,
Сто = Ску Л^СТР “Ь Собк NCTp + Qbc^bci
QTC = 4 • 100 + 22 • 100 + 60 • 2 = 400 + 2200 + 120 = 2720 вар;
Src = /51902 + 27202 = 5850 В-А.
Потери в трансформаторе ТС-10 при указанной нагрузке (см. рис. 173) составляют: ДР = 220 Вт; AQ = 975 вар.
Потребляемая мощность с учетом потерь в трансформаторе ТС-10:
Р0.тс = 5190 + 220 = 5410 Вт; Q0.IC = 2720 + 975 = 3695 вар.
Светофоры на станции, маршрутные указатели, приборы, табло питаются от трансформаторов 1Тр-4Тр релейной панели.
Мощности, потребляемые светофорами:
Рсв = 21  130=2730 Вт; QCB = 6.8 • 130=880 вар.
На маршрутных указателях одновременно может гореть до 28 ламп мощностью 25 Вт каждая. РМу = 28 • 25=700 Вт
Приборы табло потребляют: Рт = 1200 Вт; Qr = 460 вар
Нагрузка нз транефт рматоры 1Тр-4Тр релейной панели составляет:
Ррп = РйВ + /’му+^т = 2730 + 700+ 1200 = 4630 Вт;
QpD = Qcb + Qt = 880 + 460= 1340 вар.
Потери в трансформаторах релейной панели при загрузке свыше 50% ДР = 180 Вт; \Q = 250 вар.
Общая нагрузка приборов релейной панели с учетом потерь в трансформаторах !Тр-4Тр: Ро.ри = 4630+180 = 4810 Вт; (?0.Р1, = 1340+250= 1590 вар.
Выпрямитель контрольной батареи типа 24 В, 30 А потребляет: Р= 1180 Вт; Q = 1180 вар; S = 1670 В  А.
Выпрямитель безбатарейной системы питания 220 В, 30 А потребляет при холостом ходе: Р' = 240 Вт; Q' = 860 вар; S' = 900 В • А.
Общая мощность, потребляемая устройствами СЦБ поста электрической централизации станции,
Ро. ец0 = РО. рп + Ро. тс + Ро. рп + Р + Р' =4320 + 5410 + 4810 +
+ 1180 + 240=15 960 Вт.
Qo-сцб = Qo.pn + Qo.rc + Qo.pn +Q + Q' =
= 3340+3695+1590+1180+860= 10 665 вар.
Устройства связи поста потребляют мощности- Р0,св = 3270 Вт; QO.CB = = 2735 вар.
Для устройств освещения, вентиляции и других вспомогательных приборов поста требуется: Р0.всп = 4150 Вт; (?0.всп = 1940 вар.
Суммарная мощность, потребляемая устройствами СЦБ и связи поста электрической централизации станции, которая обеспечивается от резервного авю-матизированного дизель-генератора (ДГА):
Рсум == Ро. сцб + Ро. св + Ро. всп = 15 960 + 3270 + 4150 = 23 380 Вт;
QcyM = Qo. ецб + Qo. св + Qo. всп = 19 665 + 2735 + 1940 = 15 340 вар;
«сум = /Ply., I Q2yM = 1/23 3802 (- 1 5 3403 = 27 890 В А•
191
Лимит мощности для мастерской: Рм "" 5600 Вт; QM «• 4200 вар.
Дополнительные кратковременные (до 10 с) нагрузки на вводную панель питающей установки, которые преодолеваются ДГА за счет инерции: от усилителя ТУ-1000 в рабочем режиме, от выпрямителя 220 В, 30 А при переводе стрелок, а также нагрузки от негарантированного освещения составляют: Ри “14 000 Вт; Рд = 6000 вар.
Общая мощность потребляемая всеми устройствами поста электрической централизации при без^агарейной системе питания:
Роп = рсум + рм + ра = 23 380 + 5600 + 14 000 = 42 980 Вт;
Сов = Рсум 4* Рм + Рд = 15 340 4*4 200 4* 6000 = 25 540 вар;
Son = у psn 4- Q2n = У42 9802 4- 25 540а =150 00J В А =50 кВ-А.
Для питания устройств СцВ и связи на постах электрической централизации предусматривается резерв мощности равный 10%
$ 7J. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ЭЦ МАЛЫХ СТАНЦИЙ
На сети дорог применяются две системы питания устройств ЭЦ малых станций: центрального питания и местного питания. В настоящее время, как правило, на промежуточных станциях (с числом стрелок до 30) широко применяется релейная централизация -унифицированного типа с центральными зависимостями и центральным питанием. Для электропитания стрелочных электроприводов, светофоров, рельсовых цепей и релейной аппаратуры на центральном посту или вблизи него устанавливаются источники питания. Ранее система местного питания применялась в централизациях малых станций с местными и центральными зависимостями.
На станциях с числом стрелок свыше 20, как правило, предусматривается безбатарейная система питания.
Безбатарейная система питания на малых станциях независимо от рода тяги осуществляется при соблюдении следующих условий:
основное и резервное питание предусматривается от двух независимых источников электроэнергии, предназначенных для питания электроприемников 1 категории, дополнительный резерв отсутствует (рис. 174, а);
основное питание осуществляется от высоковольтно-сигнальной линии СЦБ, резервное—от ЛЭП продольного электроснабжения, или системы ДПР, или других источников, от которых производится снабжение электроприемников II категории; дополнительный резерв отсутствует (рис. 174, б);
основное питание предусматривается от высоковольтно-сигнальной линии СЦБ, резервное — от ЛЭП, или подстанции, или распределительного пункта, от которых производится снабжение электроприемников III категории, в качестве дополнительного резерва предусматривается ДГА (рис. 174, в);
основное и резервное питание осуществляется от двух независимых линий электропередачи или подстанций, или двух распределительных пунктов, от которых производится снабжение электроприемников 192
В)
Независимые источники
для потребителей {категории
6)
Рис. 174. Схемы электропитания устройств ЭЦ малых станций при безбатарейной системе
Местный иегоч. ник питания
Независимые источники gm потребителей д категории
ДУ
*
II категории, в качестве дополнительного резерва устанавливается ДГА (рис. 174, г)
Батарейная система питания на малых станциях осуществляется при соблюдении следующих условий:
основное питание поступает от высоковольтно-сигнальной линии СЦБ, резервное — от ЛЭП, или подстанции, или распределительного пункта, предназначенных для электроприемников III категории. Независимо от рода тяги предусматривается дополнительный резерв от аккумуляторов в течение 6 ч стрелочный приводам (см. рио. 174, в);
основное и резервное питание осуществляется от двух независимых ЛЭП, или подстанций, или двух распределительных пунктов, предназначенных для электроприемников II категории. Независимо от рода тяги предусматривается дополнительный резерв от аккумуляторов в течение 6 ч стрелочным приводам (см. рис. 174, г);
основное питание поступает от одноцепной или двухцепной высоковольтно-сигнальной линии СЦБ. При электротяге и отсутствии ДГА
Рис. 175. Схемы элеюропитания устройств ЭЦ малых станций при батарейной системе
7 Зак. 1410
173
предусматривается дополнительный резерв от аккумуляторов в течение 12 ч стрелочным приводам; при наличии ДГА — то же в течение 4 ч. При автономной тяге и отсутствии ДГА предусматривается дополнительный резерв от аккумуляторов в течение 12 ч всем устройствам; при наличии ДГА — то же в течение 4 ч (рис. 175, а и б);
основное питание осуществляется от ЛЭП продольного электроснабжения или системы ДПР, или других источников, от которых производится снабжение электроприемников II категории. Независимо от рода тяги и при отсутствии ДГА предусматривается дополнительный резерв от аккумуляторов в течение 18 ч всем устройствам; при наличии ДГА — то же в течение 6 ч (рис. 175, в и г).
§ 76. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ЭЦ
С ЦЕНТРАЛЬНЫМИ ЗАВИСИМОСТЯМИ И МЕСТНЫМ ПИТАНИЕМ
На ряде малых станций сети дорог эксплуатируется релейная централизация с центральными зависимостями и местным питанием.
В релейной централизации с центральными зависимостями и местным питанием основная аппаратура, осуществляющая зависимости между стрелками и сигналами, размещается в релейном помещении пассажирского здания или в центральной релейной будке, которую строят рядом с пассажирским зданием. Часть аппаратуры, непосредственно управляющей электроприводами и огнями светофоров, размещают в релейных шкафах входных и выходных сигналов.
Устройства электрической централизации с центральными зависимостями и местным питанием получают переменный ток от высоко-тольтной линии автоблокировки (рис. 176).
Для питания приборов в каждой стрелочной горловине и у помещения дежурного по станции устанавливается трансформатор типа ОМ. Переменный ток 220 В трансформаторами ПОБС, ПТМ и СОБС по
Рио, 176, Схема электроснабжения ЭЦ малой станции от ВСЛ СЦБ при системе местного питания
0т в/в линии А/Б
нижается и используется для питания станционных светофоров, рельсовых цепей и ламп табло. Этим током питаются также выпрямители, заряжающие аккумуляторные батареи.
В районе каждой стрелочной горловины устанавливается аккумуляторная батарея напряжением 48 или 60 В, которая включена параллельно выпрямителям и служит для питания стрелочных электроприводов. От этой же батареи получают питание контрольные реле стрелок.
У каждого входного светофора устанавливается аккумуляторная батарея, работающая в буферном режиме с выпрямителем, для аварийного питания ламп красного и лунно-белого огней входного светофора, а также для питания указательных реле.
Все реле, а при аварийном режиме и лампы табло получают питание от батареи, состоящей из 12 аккумуляторов и установленной в батарейном шкафу у помещения ДСП. Эта батарея работает в буферном режиме с двумя выпрямителями.
Питание ламп светофоров может осуществляться из помещения ДСП переменным током 220 В через трансформаторы типа СТ.
Емкость рабочей батареи. При определении емкости рабочей батареи учитывается, что при выключении переменного тока эта батарея, кроме питания стрелочных электроприводов, должна обеспечить работу стрелочных, контрольных и других реле.
Необходимая емкость батареи в сутки:
для питания двигателей стрелочных электроприводов
Q — tn^ . р 3600 ’*
для питания контрольных реле
<2к = 24 1кИк'
для питания других реле (повторителей реле разрешения маневров, реле СУП при маневровой работе и др.)
Qn ~
где /д — ток, потребляемый двигателем одной стрелки, А;
п — число стрелок, получающих питание от данной батареи;
N — среднее число переводов одной стрелки за сутки;
t — время перевода одной стрелки, с;
tK — ток, потребляемый одним контрольным реле, А;
пк — число контрольных реле;
ia — ток, потребляемый одним из прочих реле соответствующей группы;
пп — число прочих реле этой группы;
tn — время нахождения под током реле этой группы, с.
Рабочую батарею для питания электроприводов в зависимости от расстояния стрелок до релейного шкафа составляют из четырех или пяти секций по шесть аккумуляторов в каждой. Нагрузка от приводов и реле распределяется равномерно по секциям этой батареи и по емкости и рабочему току выбирается тип аккумуляторов.
7*	195
Емкость центральной батареи. При расчете центральной батареи определяется емкость, необходимая для питания реле и ламн табл* при аварийном режиме в течение суток.
Емкость для питания стрелочных управляющих реле
С?стр = ^стр^стр^стр»
где гстр — ток, потребляемый одним стрелочным управляющим реле, А;
аСТр — число стрелочных управляющих реле;
/стр — время нахождения под током одного стрелочного управ-ляющего реле, ч.
Емкость для питания замыкающих и маршрутных реле
Qm ~ 24 i3nB + 24 1мИм;
где t3, iM — ток, потребляемый соответственно одним замыкающим и маршрутным реле, А;
па, пм — число замыкающих и маршрутных реле.
Если требуется установить повторители замыкающих реле, то должна обеспечиваться емкость и для их питания.
Емкость для питания прочих реле (реле искусственной разделки, пригласительных сигналов и др.)
Qn ~ 2^'пИп^п»
где (в — ток, потребляемый реле соответствующей группы, А;
/1П — число прочих реле рассматриваемой группы;
tn — продолжительность нахождения под током реле рассматриваемой группы, ч.
Емкость для питания ламп табло
Q г = 24'л	п2 4-1. 1Л п3,
где 1л — ток, потребляемый одной лампой табло, А;
пх — количество нормально горящих ламп табло;
,ч2 — число ламп табло, горящих при установке маршрутов соответствующей группы;
п3 — число ламп табло, контролирующих состояние участков приближения и удаления;
р — количество устанавливаемых маршрутов соответствующей группы;
/у — время горения ламп табло, контролирующих состояние участков приближения и удаления, ч.
Суммарная емкость, потребляемая отдельными группами приборов, Q.C, ~ Qcrp 4* Qm 4- Qi-
Суммарный разрядный ток, потребляемый отдельными группами приборов,
k = ^'стр^стр 4“	4*	4* 2lnnn 4- ^дПд,
196
где пСтр — число пусковых реле, которые одновременно могут находиться под током;
пл — число ламп табло, которые могут гореть одновременно.
Остальные обозначения те же, что и в вышерассмотренных формулах.
Полученные суммарные емкость и разрядный ток потребляются от двух секций центральной батареи. Поэтому при выборе типа аккумуляторов этой батареи должны учитываться емкость Qc/2 и разрядный ток /с/2. Если контрольные лампочки табло питаются на-
Рис. 177 Кривые активных и реактивных потерь мощности в путевых трансформаторах ПОБС
пряжением 24 В, то емкость и разрядный ток, необходимые для их питания, должны учитываться для обеих секций
Тип выпрямителей для заряда станционных аккумуляторных батарей выбирается так же, как и при автоблокировке.
Мощность переменного тока Для выбора типа трансформатора ОМ должна быть определена мощность, необходимая для питания устройств, подключаемых к этому трансформатору
Мощность для питания отдельных приборов электрической центра-
лизации может быть подсчитана по формулам: активная мощность Р — Ul cos <р; реактивная мощность Q = U / sin <р; полная мощность S = UI.
Мощность, необходимая для питания мой зоны станции:
всех приборов рассматривае-
Р. = 2Ра-, Q, = SQ™ S. = SSn;
cos<p=-£°-; /=-А..
So	ч
Потери мощности в путевых трансформаторах типа ПОБС приве дены на рис. 177.
Пример Определить емкость рабочей батареи ЭЦ, если число стрелок в горловине станции равно 10
Суточную емкость- для питания стрелочных злек1роприводов определяем по формуле
Q —	1п^
Vnp 3600
Для электроприводов типа СП напряжением 30 В соглясно табл 16 при нагрузке на шиберах 125 кгс расчетный ток /п — 8 А, а время перевода стрелки 1 => 2,6 о. Принимаем, что число переводов каждой стрелки за суши равно 50. Toi да
О 8-2,6.10-50 ^пр “	3600
2,88 А-ч.
Суточная емкощь для питания стрелочных коюрольных реле — 24 tKnB.
197
При контрольных реле гипа КШ1 1000, а реле ПК(МК) типа НМШ1-1400 и дополнительном сопротивлении 3000 Ом ток в контрольной цепи равен 0,011А. Следовательно
— 24 • 0,01  10=2,64 А-ч.
Емкость необходимая для питания прочих реле принимается ориентировочно равной 0,5 А-ч
Общая потребная суточная емкость для питания всех устройств
Уо = Упр + <?к + ^п = ‘Л8Й + 2,64+0,5 = \02 А-ч.
Максимальный разрядный ток, который может потребоваться от рабочей батареи, определяется из условия возможности одновременного перевода трех стрелок
/макс = 3,'п + 'к^к + 'п па-
Ориентировочно принимаем tnnn = 0,03 А.
Тогда /й,а1!с“ 3 -84-10 0,011+0,03=24,14 А.
Необходимую емкость и максимальный разрядный ток обеспечат аккумулятора типа АБН-72 или АБН-80 которые и принимаются для рабочей батареи
§ 77. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ И РЕЗЕРВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
В случае прекращения энергоснабжения от основного и резервного источников электроэнергии для питания устройств автоматики и телемеханики применяются автоматизированные дизель-генератор ные установки типа ДГА и резервные электростанции.
Дизель-генераторная установка состоит из дизеля, генератора, соединенного с дизелем упругой муфтой, и щита управления с устройствами автоматики и коммутации В комплект дизель-генераторной установки входят: аккумуляторные батареи, выпрямители, щит вспомогательных устройств, пульт дистанционного управления, топливный бак и щиток с контрольно-измерительными приборами.
В зависимости от типа поста электрической централизации устанавливают электростанции следующей мощности:
Мощность элект- Тип электро-ростанцн41, кВт станции
I.................................. 12	ДГА-12М
II, HI, IV......................... 24	ДГА-24М
VII................................ 48	ДГА-48М
I, релейная будка для малых станций	8	Э-8Р
Каждая электростанция является автономным источником электроэнергии и может работать непрерывно в течение 200 ч без обслуживающего персонала, задача которого сводится к обеспечению электростанции топливом, смазочным материалом и водой. В электростанциях ДГА-24М дизель и генератор смонтированы на одной раме, в ДГА-48М они смонтированы раздельно. Аккумуляторные батареи автоматики и стартерные размещают в аккумуляторных помещениях постов на общих стеллажах, а в электростанции Э-8Р стартерную батарею устанавливают рядом с агрегатом. Расположение блоков электростанции на посту ЭЦ приведено на рис. 178.
198
Трехфазный генератор электростанции переменного тока частотой 50 Гц напряжением 400/230 В возбуждается от полупроводниковых выпрямителе.
Для быстрого включения агрегата внутренняя температура в здании электростанции не должна быть ниже + 15° С. Такой режим поддерживается температурными датчиками, которые автоматически включают электрические печи типа ТП-10 При исчезновении на
Рис. 178. Расположение блоков резервной электростанции на посту ЭЦ:
1 — дизель-генератор ДГА; 1 — пульт автоматики: 3 — бак для воды; 4 — топливный бак; 5 — бак для масла; 6 — выпрямитель ВСА
пряжения постоянного тока или чрезмерном снижении в цепях управления (24 В) аварийное реле обесточивается и дизель останавливаегся. Напряжение 24 В поступает с релейной панели, питающей установки поста ЭЦ. Дизель имеет за-
щиту, которая обеспечивает остановку
при повышении температуры воды более 100° С, уменьшении давления масла до 1,5 кгс/см2, снижении уровня воды в системе охлаждения ниже допустимого, повышения частоты вращения более 1700 об/мин.
Элек1росганция автоматически включат нагрузку примерно через 20 с после отключения питания устройств ЭЦ от фидеров (основного и резервного) и отключает нагрузку при появлении напряжения в одном из фидеров. Запускать электростанцию можно нажатием кнопки с пульта или вручную. Для автоматического управления электростанцией поставляется щит типа ШДГА-М.
Блок автоматического управления состоит из щита, резервной автоматики, блока включения нагрузки и подогревателя. При запуске
дизель-генератора автоматически включается вентилятор.
Автоматический пуск дизеля происходит при поступлении сигнала о запуске с пульта или от кнопки пуска на щите ШДГА-М или исчезновении напряжения на обоих фидерах переменного тока. В первом случае при наличии напряжения на вводах генератор на нагрузку не включается. Останавливается двигатель при поступлении сигнала на остановку с пульта и от кнопки на щите или появлении напряжения в одном из фидеров.
ГЛАВА XVIII
ЩИТОВЫЕ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СТАНЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ
§ 78.	УНИФИЦИРОВАННАЯ ЩИТОВАЯ УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ НА КРУПНЫХ СТАНЦИЯХ
К крупным станциям относятся станции с числом стрелок более 30; это, как правило, участковые и узловые станции.
Унифицированная щитовая установка предназначена для питания устройств ЭЦ крупных станций, диспетчерской и горочной автомати-199
чм
750
750
750
750
750
3-378 tap-?»
Ai ®
о-ш/вл
tlAj
V Az
О-750В
0-100/58
М-357] (Mf
А ®
О-50A EZZ1

М-567 V 0-508
М-307 А О-5А
Ik») м-356\ ® у
О-Я-КЯОО
"7w TZU (}Ai 1 0-378 \5-370 I™) pW
А
0-75А
1SL
"к ® А
Q-75A 1---1 0-75А
A
I q>ug ep
IL epugep
(1 BAP)
(2 BAP)
(1П8)	(2ПВ)	!ЗП8)
4^578
I V
In I |0'?^
(/те) /2тМ I1'})______________
© ©

Фийер/

® @
bustfl
Влон Выпит.
w
Олек
Itmpin
fBAP)
Сигм. заз.
1ЫГЖ w
3-371
V
о-гзн
Ш)
о-гзт СЗ
3 3‘IS
з-зп tiot
Cb
Сигнализатор заземлений
Тйг^заз. мв. ю
(AX)
/ЗтаЦУтвр
(УК)
Ba о к Оыпрям.
(71 W ФО)
(УК) 0
JBOBj
(2ПВ
(1AXI	Wjs^! ,(UKJ
"(Зю)	/W
.АВ)
13) ф
Панель вводная /Ш
Панель выпрямителей 2478 30А ПВ-27	
Панель выпрямителей 278 30А и 2203 30А
М-2Ч/220 ВО
Панель релейная ПР-06
Панель преобразователей ППЗ-50/25
Рис. 179. Панели питания электрической централизации безбатарейной системы
ческой централизации. В зависимости от системы питания устройств централизации щитовая установка комплектуется из панелей различных назначений: вводной (типа ПВ-60); панели выпрямителей 2 х 24 В/ЗО А (типа ПВ-24), панели выпрямителей безбатарейной системы 24 В, 30 А и 220 В, 30 А (типа ПВ-24/220 ВБ); панели выпрямителей батарейной системы 24 В, 30 А и 220 В, 3 А (типа ПВ-24/ Б 220), релейной панели безбатарейной системы (типа ПРББ) или батарейной системы (типа ПРБ) и панели преобразователей (типа ППЗ-50/25).
Внешний вид панелей щитовой установки безбатарейной системы для станции, имеющей более 100 стрелок, показан на рис. 179.
Щит отключения. В порядке противопожарных мер на всех постах централизации малых, средних и крупных станций обязательно устанавливают щиты отключения. Щит должен быть установлен в наиболее доступном месте.
На щите сосредоточены четыре трехполюсных рубильника, которыми можно отключить все источники питания на посту централизации (рис. 180). Рубильники В1 и В2 отключают внешнее электроснабжение; рубильниками ВЗ и В4 отключают батарею 24 и 220 В, а также резервную электростанцию, если она есть.
Вводная панель типа ПВ-60. Вводная панель предназначена для питания переменным током 50 Гц 380/220 В устройств электрической централизации постов диспетчерской и горочной автоматической централизации. Панель позволяет подключать два фидера от внешних источников электроснабжения и питание от резервной электростанции.
На панели (рис. 181) имеются вводные клеммы для подключения основного и резервного источников внешнего электроснабжения и резервной электростанции (ШДГА-М). Как правило, от всех этих источников поступает напряжение 380 В. Если напряжение одного из источников 220 В, то должен быть установлен трансформатор для повышения этого напряжения до 380 В. Если на основной и резервный
201
Маневровые посты
Связь
Мастерские Резервная электро-и освещение станция ШД ГА-И
ip zv зр
9 9 9
(При электротяге постоянного тока)
ктр-ру ТС
19 ZP ЗР
ts
b * t: о н <г
<ъ
16°
16°
16°
ip гр зр тр ср зр о
-- 'впв
1ПВ
VK13
2/75 V
257
1КТ
2L.I
IP ____ 7-2
2<Р
19 29 ЗР

К переключи- I W 6
гпелю вольтмет\ УК 2 ра
1Р1-3 PH 53/400
F).
Д____
АК-10_
й-
К счетчику ._ и амперметро-& г! Бому переключа-и А телю
7<Р
41	4
АК-Б
лк-г
100
В-
5-
Ут
§1
$
К переключателю вольтметра
6RB
1КТ
l~‘ А й Д
*!l IIII у*нНН*
&
Г
В-।
В-
6
В-е*> д
Главный ввод 1-й риЗер
Резервный ввод 2~й фидер
КТ
V J
J-
кт
Контакты контакторов резервной электро-
От щита отключения
станции




в
Рис. 181. Схема вводпои панели
вводы подано напряжение 220 В, то третью фазу следует соединить с нулевыми клеммами панели. Резервная электростанция подключается в этом случае через понижающий трансформатор.
В каждую фазу главного и резервного вводов включены измерительные трансформаторы тока IT, 2Т и другие для включения счетчиков электроэнергии и амперметров. Счетчики размещают на боковой стенке панели или вне ее. Они не входят в комплект приборов панели и должны быть заказаны отдельно.
Напряжение в каждой фазе главного и резервного ввода контролируют специальные реле напряжения типа РН-53/460. Между фазами главного ввода включены реле напряжения 1Ф1-3, 1Ф2-3 и 1Ф1-2 (см. рис. 181). Эти реле имеют общий повторитель 1Ф, который питается через фронтовые контакты реле напряжения, соединенные последовательно. Если напряжения на главном вводе нет или оно понизилось хотя бы в одной фазе, реле напряжения отпускают якоря, выключают I еле 1Ф. Фронтовой контакт реле 1Ф отключает контактор 1КТ, 202
а тыловой контакт последнего замыкает цепь контактора 2КТ, вслед ствие чего нагрузка переключается в главного ввода на резервный
Аналогичное переключение может быть произведено вручную, для чего реле 1Ф должно быть обесточено пакетным выключателем 5ПВ.
Схема резервного ввода во всем аналогична схеме главного ввода. В схему также включены предохранители, измерительные трансформаторы, счетчик и отдельный амперметр с переключателем, реле напряжения 2Ф1-3, 2Ф2-3, 2Ф1-2 и их общий повторитель 2Ф. Реле 2Ф может быть отключено пакетным выключателем 6ПВ. При восстановлении нормального напряжения на главном вводе может быть предусмотрено автоматическое обратное переключение нагрузки на этот ввод. С этой целью в цепь контактора 2КТ введен тыловой контакт реле 1Ф.
Однако немедленное обратное переключение нагрузки с исправно действующего резервного ввода без участия электромеханика не всегда может быть признано целесообразным. Поэтому предусмотрена возможность шунтирования тылового контакта реле 1Ф в цепи контактора 2КТ накладкой Н При гаком шунтировании обратное переключение на главный ввод происходит при нарушении питания по резервному вводу автоматически или выключателем 6ПВ. Наличие тылового контакта 1КТ в цепи 2КТ, и наоборот, тылового контакта 2КТ в схеме 1КТ исключает одновременное притяжение якорей обоих контакторов и включение двух источников навстречу друг другу, что привело бы к перегоранию предохранителей
Напряжение на каждой фазе обоих вводов может быть измерено установленным на панели вольтметром, который подключают к соответствующим фазам вольтметровым переключателем 1ППВ (см. рис 195)
Непосредственно о вводной панели напряжение подается на стойку связи, на щиток освещения и электросилового оборудования мастерских и при необходимости на маневровые посты. Эти потребители защищены установленными на вводной панели предохранителями для устранения влияния повреждений в этих вспомогательных сетях на работу централизации. На схеме указано максимальное сечение жил кабеля, которые могут быть подключены к выводным штырям панели
С другими панелями питающей установки вводная панель соединяется через клеммы на боковых сторонах панелей
На вводной панели имеются лампочки, сигнализирующие о работе главного и резервного вводов. Белые лампочки 1ФБ и 2ФБ (рио. 182) включены через соответствующие фронтовые контакты контакторов 1КТ и 2 КТ и указывают, какой фидер работает на нагрузку Красные лампочки 1ФК и 2ФК включены через тыловые контакты общих реле 1Ф и 2Ф контроля напряжения на фазах и своим загоранием оигна-лизируют об отсутствии на вводе напряжения.
Аналогичные лампочки есть на пульте дежурного по станции, где эта индикация дополнена звонковой сигнализацией. Если на каком либо вводе нет напряжения, то параллельно с лампочкой 1ФК или 2ФК срабатывает реле 3, а через его фронтовой контакт включается звонок ФЗ. Дежурный может выключить звонок западающей кнопкой
203
ФЗК. Реле 3 остается под током до восстановления напряжения на вводе. При этом звонок вновь начинает звонить, напоминая дежурному о необходимости возвратить кнопку в исходное положение.
Через фронтовые контакты реле /Ф и 2Ф включены цифровые счетчики 1С и 2С, которые фиксируют каждое отключение напряжения на вводах. Питание 24 В постоянного тока для данной и других схем ЩСПБ, ЩСМБ подается на вводною панель через боковые клеммы с панели выпрямителей
Если для резервирования питания централизации установлена дизель генераторная электростанция, то ее автоматический запуск производится, когда на обоих вводах — главном и резервном — нет напряжения. Тогда тыловые контакты реле 1Ф и 2Ф (рис. 183) замыкают пусковую схему в блоке автоматического управления дизель генератором. После того как генератор даст напряжение, через тыловые контакты контакторов 1КТ и 2КТ вводной панели включится контактор электростанции, которая примет на себя нагрузку централизации. При этом на вводной панели и пульте ДСП загораются зеленые лампочки РЭ.
Тыловые контакты контактора электростанции размыкают цепи контакторов 1КТ и 2КТ вводной панели (см. рис. 181), чтобы исключить опасность одновременной подачи энергии от двух источников.
При восстановлении напряжения на главном или резервном вводах реле 1Ф (2Ф) выключает контактор электростанции (см рис 183) и сам дизель-генератор Тыловые контакты контактора электростанции замыкают цепи контакторов 1КТ и 2КТ вводной панели. Один из этих контакторов срабатывает и подает электроэнергию от соответствующего фидера.
Предохранители вводной панели, за исключением фидерных, а также сило-
Рис. 183. Пусковая схема резервной электростанции
204


* ТС
б) К2Ч
3
5По
Щ
о
5
0(3<Р), 1<Р
~ЗФ~ г<рт ini) мГ"'
л
3
В-
Кйольлт ре-пЬг_овые ^^перекл цепи при тя Р? 9р nnfimrou»
Рельсовые
«3 гепосгпоян* g cs § нога тока Контролен цепи 'рЦлейн' и стрелокпри ба- шкасры нии тар. сисю питания
Рис. 184. Включение трансформатора ТС и амперметров релейной панели
части схем питания све-
вой нагрузки и освещения имеют контакты для включения в схему сигнализации их перегорания. На вводной панели установлены красная лампочка А/7 и звонок, которые включаются при перегорании на ней предохранителей. Одновременно через общую схему сигнализации перегорания предохранителей загораются красные лампочки на пульте ДСП и соответствующего ряда релейных стативов.
Релейные панели. Релейная панель предназначена для размещения источников питания и распределения питания светофоров, рельсовых цепей, табло, контрольных цепей стрелок во всех необходимых режимах.
Панель Выполняется в трех вариантах: релейная панель электрической централизации батарейной системы ПРБ; релейная панель электрической централизации безбатарейной системы ПРББ; релейная панель горочной централизации ПРГ.
Релейные панели электрической централизации батарейной системы ПРБ и1 безбатарейной системы ПРББ в
тофоров рельсовых цепей и пульта (пульта-манипулятора и табло) одинаковы и рассматриваются совместно. Отличительные особенности имеют схемы электропитания контрольных цепей стрелок, так как в панели ПРБ предусмотрено резервирование питания этих цепей от аккумуляторной батареи через вращающиеся преобразователи.
Питание собственной нагрузки централизации на станциях с электротягой постоянного тока производится через изолирующий трансформатор ТС-20/0,5 мощностью 20 кВ-А.
Первичную обмотку трансформатора ТС, размещаемого на полу релейного помещения, включают непосредственно от вводной панели, а напряжение 220 В вторичной обмотки выводят на боковые клеммы 1Ф, 2Ф, ЗФ релейной панели (рис. 184, а). При таком варианте питания всех приборов панелей от 220 В боковая нулевая клемма релейной панели должна быть соединена с клеммой ЗФ, а штыри 1—1, 2—2, 3—3 клемм К24 и К25 следует соединить между собой перемычками, как это показано штриховой линией. Кроме того, средняя точка вторичной обмотки трансформатора должна быть выведена на клемму К18-3, к которой присоединяется выходящий с панели питающий провод ПХ.127.
При автономной тяге и электротяге переменного тока между силовыми клеммами 0, 1Ф, 2Ф и ЗФ вводной и релейной панели ставят пере-
205
мычки. На релейную, а также выпрямительную панели поступает напряжение 380 В.
Трансформатор ТС включают во внутренней схеме релейной панели (рис. 184, б). Первичную обмотку соединяют со штырями 1—2—3 клеммы 1(24, а вторичную со штырями 1—2—3 клеммы К25. В этом варианте схемы средняя точка вторичной обмотки трансформатора ТС должна быть также соединена с клеммой К18-3.
Для обеспечения нормы изоляции источника и облегчения поиска повреждений потребители, получающие питание с релейной панели, разделены на группы и подключены к разным изолирующим трансформаторам, таких трансформаторов четыре: 1Тр, 2Тр, ЗТр и 4Тр.
На панели размещены три амперметра, показывающие величины токов потребителей в каждой фазе. С этой целью после амперметров, кроме проводов, идущих через предохранители и пакетный выключатель 5ПВ к штырям 1—2—3 клеммы К24, выведены провода 1Ф (/) и 2Ф (/), к которым подключены трансформаторы 1Тр, 2Тр, ЗТр и 4Тр.
Лампочки табло (пульта-манипулятора) питаются напряжением 24 В от вторичной обмотки трансформатора 1Тр (рис. 185).
ерисЛВЧ'
О(ЗЧ>) IV
3<Р
гч>(р
К сигнализатору заземлений
Рис. 185, Схема питания табло (пульта-манипулятора)
ZV
206
Наличие напряжения на трансформаторе контролируют аварийные реле 1ТА и 2ТА типа АПШ-220. При отсутствии переменного тока тыловые контакты реле 1ТА подключают питание 24 В постоянного тока к тем лампочкам пульта, которые в данный момент времени должны гореть. Провода, по которым подается резервированное напряжение с вводной панели на контакты
Рис. 186. Схема реле подсветки и снижения напряжения питания пульта на релейной панели
реле, включающие лампочки, обозначены буквой С, нерезервированное напряжение — буквами СХ. Лампочки,
контролирующие движение поездов на
перегоне, горение красных огней входных светофоров и всех пригласительных огней, должны быть обеспечены резервным питанием от аккумуляторов независимо от системы электропитания. Во всех случаях резервированное питание необходимо использовать и для сигнальных лампочек, установленных на панелях питающей уста-
новки.
В схеме питания пульта реле и их контакты имеют следующее назначение (рис 185 и 186).
Реле СНТ снижает яркость лампочек пульта и ослабляет их слепящее действие на дежурного в ночное время. Фронтовые контакты реле СНТ подключают дополнительные витки к первичной обмотке трансформатора 1Т и в результате этого напряжение на вторичной обмотке трансформатора понижается до 19,5 В. РелеСНТ (типа АПЩ-24) включают через контакт западающей кнопки, расположенной на пульте или пульте-манипуляторе ДСП.
Датчик импульсов ДИ, представляющий собой полупроводниковый трансмиттер типа ТП-24, служит для получения мигающей индикации Провода, подающие импульсное напряжение от контакта датчика, имеют наименование СМ (с резервным питанием) или СХИ (без резервного питания)
Поскольку желобки табло при свободном состоянии путевых участков не освещены, на пульте имеются кнопки «Контроль стрелок табло». Нажатием этих кнопок можно подсветить табло для определения положения стрелок. Реле НКС включает подсветку табло для нечетной горловины; реле ЧКС — для четной; реле КС — для средней горловины при продольном расположении парков станции.
Кроме упомянутых цепей, на рис. 186 показан вывод с релейной панели провода СПБТА. Этот провод не имеет отношения к схеме лампочек пульта и служит для питания при маршрутной централизации реле наборных схем Контакт 2ТА отключает эти реле при отсутствии переменного тока, когда работа наборных схем не используется и они создавали бы излишнюю нагрузку на батарею, сокращая продолжительность ее действия в аварийном режиме.
На вторичные обмотки трансформаторов 2Тр, ЗТр и 4Тр (каждый мощностью по 1,5 кВ • А) в первую очередь подключают светофоры
207
и маршрутные указатели (рис. 187).От одного трансформатора можно включить до 65 светофоров из расчета 22 Вт на светофор. Такая мощность расходуется в схеме лампочки 15 Вт, включенной через трансформатор СТ-4 при огневом реле ОМШ2-40.
От трансформаторов (2Тр, ЗТр и 4Тр) лампы светофоров могут получать питание в трех режимах: дневном — 220 В, ночном — 180 В, двойного снижения напряжения — ПО В. Переключение напряжений выполняют реле ДН, 1ДН, CH, 1СН и 2СН. Нормальное состояние схемы (рис. 188) соответствует ночному режиму, при этом реле ДН и 1ДН находятся без тока, а реле CH, 1СН и 2СН — под током. Провода питания светофоров ПХС — ОХС, 1ПХС — 10ХС, 2ПХС — 20ХС подключены к выводам трансформаторов с напряжением 180 В (см. рис. 187).
Для перевода светофоров на дневной режим дежурный нажимает на пульте западающую кнопку ДН, вследствие чего на панели возбуждаются реле ДН и 1ДН и провода питания светофоров переключаются на выводы 220 В трансформаторов. Для двойного снижения напряжения дежурный нажимает кнопку ДСП и этим выключает на панели
208
группу реле СИ, переключающих питание светофоров на выводы 110 В трансформаторов. На пульте ДСП имеется индикация об установленном режиме питания лампочками НН, ДН или ДСН.
Маршрутные указатели питаются от трансформатора 4Тр. При двойном снижении напряжения маршрутные указатели полностью отключаются (указатели направления) или переводятся на напряжение 50 В (указатели пути отправления на групповых светофорах). В соответствии с этим для питания маршрутных указателей имеются выводы: ПХМУ-ОХС и ПХМУСН-ОХС.
Контрольные цепи стрелок получают
Рис. 188. Включение реле снижения напряжения на светофорных лампах
питание через индивидуальные изолирующие трансформаторы типа СКТ-1, которые монтируют в стрелочных пусковых блоках электрической центра-
лизации. На первичные обмотки стрелочных контрольных трансформаторов при безбатарейной системе питания подводят напряжение 220 В. В этом случае две первичные полуобмотки трансформа
торов соединяют последовательно и стрелочный пусковой блок получает наименование ПС-220.
При батарейной системе питания в связи с необходимостью резервирования питания от вращающихся преобразователей трансформаторы СКТ-1 включают на напряжение ПО В и их первичные полуоб-могки соединяют параллельно. Такой стрелочный пусковой блок получает наименование ПС-НО. В обоих случаях от вторичных обмоток трансформаторов в контрольные цепи поступает напряжение 165 В.
При безбатарейной системе питания напряжение 220 В для питания контрольных цепей подают от трансформатора 2Тр, а при полной нагрузке последнего — от клеммы К18-3 и фазы ЗФ (см. рис. 184).
При комплектации релейной панели для батарейной системы питания на ней устанавливают приборы (рис. 189), при необходимости
переключающие контрольные цепи стрелок на резервное питание.
В схему (на точки А и Б) основное питание подают от трансформатора ТрЗ (110 В) или с клеммы К18-3 и ЗФ (см. рис. 184).
В последнем случае в схему (см. рис. 189) поступает напряжение 127 В и его снижают трансформаторами 1КС и 2КС типа ПОБС-2А, включенными по автотрансформаторной схеме. Если на провода А и Б подано ПО В, трансформаторы 1КС и 2КС не устанавливают.
Наличие в проводах А и Б напряжения контролирует реле 1СКА. Если питание переменным током от вводной панели нарушается, реле JCKA отпускает якорь и тыловым контактом замыкает цепь пускового реле ПП. Последнее включает преобразователи 1ПО-550АФ и 20-550АФ. Когда преобразователи дадут переменный ток, срабатывают реле 2СКА и ЗСКА и подают это напряжение в контрольные цепи
8 Зак. 1410
209
стрелок. Величина напряжения, поступающего от преобразователей, может быть подрегулирована резисторами сопротивлением 2,2 Ом, которые введены в цепь их питания постоянным током. Резисторы размещают вне панели. Схемой реле ПП предусмотрен также пробный запуск преобразователей поворотом тумблера при исправном снабжении централизации переменным током. В этом случае цепи реле 2СКА и ИСКА разомкнуты тыловым контактом реле 1СДА и нагрузка к преобразователям не подключается.
Включение преобразователей контролируется на пульте ДСП лампочкой. При включении реле ПП на пульте красная лампочка горит ровным светом. При отключении реле ПП тумблером 6ТВ лампочка мигает. Когда питание переменным током от вводной панели восстанавливается, реле 1СКА притягивает якорь и отключает реле 2С7(Л, ЗСКА и ПП, а контакты последних отключают преобразователи и подключают к контрольным цепям стрелок основное питание.
При включении трансформаторов СК.Т на напряжение 220 В они потребляют мощность 7 Вт, при включении на 110 В — 9,5 Вт. Исходя из этого от одного преобразователя ПО-550АФ можно включить до 58 контрольных цепей, что ввиду наличия спаренных стрелок соответствует примерно 80 стрелкам.
ZCPA
Релейная пансь
ЗСКл
Рис. 189. Схема резервирования питания контрольных цепей стрелок от вращающихся преобразователей
210
с рис. 189
с рис 181
Рис. 190. Схема вольтметрового переключателя и сигнализатора заземлений релейной панели
На релейной панели установлены следующие измерительные приборы: амперметры, измеряющие суммарные токи в фазах, поступающие потребителям; вольтметр с переключателем и сигнализатор заземлений.
Путем перевода вольтметрового переключателя (рис. 190) можно измерять напряжения на различных группах потребителей: напряжение питания светофоров измеряют на проводах ПХС, ОХС, 1ПХС, 1ОХС, 2ПХС, 2ОХС; питания маршрутных указателей на проводах ПХМУ, 0ХС-, питания групповых трансформаторов контрольных цепей стрелок 1К.С и 2 КС (при батарейной системе) на проводах 1ПХКС 110/127, 1ОХКС 110/127; 2ПХКС 110/127, 2ОХКС 110/127; напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТС на проводах 1Ф — 2Ф (ПХРЦ — ОХРЦ), 2Ф — ЗФ, ЗФ — 1Ф.
Сигнализатор заземлений в питающей установке фиксирует сообщения с землей различных электрических цепей релейной централизации, для этого источники питания подключают к клеммам сигнализатора.
Клеммы сигнализатора следующим порядком используются для контроля заземлений в различных цепях: al, в! — в цепях стрелочных двигателей; аЗ—в цепях постоянного тока 24 В. При наличии кодового управления к клемме аЗ может быть подключена тумблером ЗТВ батарея и другие цепи СКЦ для временной проверки отсутствия в них утечки: в5, а5, вЗ— в целях, питающихся соответственно от вторичных обмоток трансформаторов 2Тр, ЗТр и 4Тр. К клемме в5 тумблером 2ТВ может быть подключена вторичная обмотка трансформатора ТС и питающиеся от нее цепи (рельсовые цепи, контрольные цепи стрелок и г. д.); а7 — в пепи лампочек пульта, питающихся от вторичной обмотки трансформатора 1Тр.
8'	2И
Клемма е7 заземлена, а на клеммы а8, в8 подано напряжение 220В переменного тока для работы собственной схемы сигнализатора. К клеммам а2 и в2 подключен звонок и питание к нему. Звонок сигнализирует об уменьшении сопротивления изоляции в контролируемых цепях ниже установленной нормы.
Релейная панель горочной централизации. В горочной электрической централизации от релейной панели питаются лампы индикации, светофоров, маршрутных указателей, стативы и релейные шкафы.
Кроме ламп табло, от трансформатора 1Тр (см. рис. 185) питаются лампочки блоков АРС. При необходимости иметь контроль работы блоков АРС нажатием одной из двух специально установленных кнопок подается питание на соответствующую группу блоков АРС от шин СХ — МС.
На горочной панели отсутствует за ненадобностью питание для подсветки коммутаторов и полюс CX/V1. Поэтому реле ЛХ и ХС на релейной панели горочной централизации нет.
Количество светофоров на сортировочных горках, как правило, не превышает 16, поэтому для питания светофоров достаточно одного сигнального трансформатора (4Тр). Трансформаторы 2Тр и ЗТр (см. рис. 187) и частично трансформатор 4Тр используются для питания маршрутных указателей скорости и количества вагонов. Питание светофоров производится в режиме «день» — напряжением 220 В, «ночь» — напряжением 180 Вив режиме двойного снижения напряжения—напряжением НОВ. На маршрутные указатели поступает напряжение 220 Вив режиме двойного снижения — 50 В Изменение режимов питания сигналов осуществляется кнопками с пульта-табло при помощи реле ДН, СИ и 1СН.
Для питания рельсовых цепей, контроля занятости путей и скоростемеров устанавливается трансформатор типа ТС. Контрольные цепи стрелки напряжением 127 В питаются от трансформатора ТС, с резервом от преобразователя типа ПО. Работа схемы преобразователя описана выше.
Релейная панель горочной централизации снабжена сигнализатором заземления всех нагрузок и приборами для измерения напряжений и тока, потребляемого панелью. Рельсовые цепи, аккумуляторные батареи, цепи питания светофоров и маршрутных указателей подключаются к схеме сигнализации заземления с помощью тумблеров-выключателей.
Панели-выпрямителей. В зависимости от размеров станции, наличия рабочей батареи и общей мощности, необходимой для потребителей постоянного тока, в питающую установку могут входить: панель выпрямителей батарейной системы ПВ-24/220Б; панель выпрямителей безбатарейной системы ПВ-24/220ББ; панель выпрямителей ПВ-24. Кроме того, на станциях с релейно-кодовой централизацией может устанавливаться панель ПДЦ, применяемая при ДЦ и содержащая выпрямители.
Выпрямитель на напряжение 24 В, 30 А. В устройствах централизации выпрямитель всегда работает в буфере с аккумуляторной бата-212
VK9
АК13 1ШЦАК9
IW3
гпв
Блоки
‘Разные
г
1БЧ>
о -
3808
ЗФ
1-1 Z 1
Д19
2БФ
г
ЩСМБ
ЩСПБ
Б
5ПВ АКЗ
АКЧ
г_______
Др Б ЗБФ
№ J £ шг
§9-
ПСОбИг^б Цепи управления пригнан, наго освещения пульта(нарисВО} сигналами
К Батарее 2ЧВ От Батарее 2ЧВ Релейные Щит Пульт Аварийное статиЗы аварий- питание
Через щит отключения
t
i |
* & 5
Рис. 191. Схема выпрямителя 24 В, 30 А
реей и его схема (рис. 191) для всех трех перечисленных типов панелей одинакова.
Приборы выпрямителя смонтированы в блоках. В трех одинаковых фазных блоках 1БФ, 2БФ и ЗБФ размещено по одному однофазному трансформатору Тр. В зависимости от напряжения, поступающего с вводной панели, первичные обмотки трансформаторов соединяют между собой по схеме звезда (380 В) или треугольник (220 В). Схему соединения треугольником, в частности, применяют на станциях с электротягой постоянного тока, когда на панель выпрямителей напряжение (220 В) поступает через трансформатор ТС.
В блоке выпрямителя смонтированы кремниевые диоды Д244А, соединенные по схеме трехфазного двух полу пер иодного выпрямления. На выходе выпрямителя включен дроссель, который сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.
Выпрямитель работает в режиме импульсного подзаряда батареи и автоматически поддерживает ее напряжение в пределах 25,8—27,6 В, т. е. от 2,15 до 2,3 В на аккумулятор.
В фазных блоках последовательно с первичными обмотками трансформаторов включены обмотки 1-2 дросселей насыщения ДН, служа-
213
щих для управления током заряда батареи. Сердечники дросселей могут подмагничиваться постоянным током по обмотке 3-4, который поступает от блока автоматического регулирования (БАР). Током подмагничивания можно менять индуктивное сопротивление обмоток 1-2 дросселей и этим изменять напряжение на первичных и вторичных обмотках трансформаторов и ток заряда батареи.
БАР представляет собой съемный штепсельный блок, установленный на лицевой панели блока- выпрямителя. В блоке автоматического регулирования контроль за напряжением батареи выполняет схема моста, в диагональ которого включено реле Р типа РП-4. В одно из плеч моста последовательно включены два кремниевых стабилитрона Д14 и Д15 (см. рис. 191). Схема построена так, что стабилитроны открываются, если напряжение батареи достигает максимального предела (27,6 В).
При открытых стабилитронах через реле Р ток протекает от клеммы 2-4 к 1-3 и контакт реле шунтирует резистор R5, что снижает базовый ток триода Т2 и ток подмагничивания дросселей насыщения. Их индуктивное сопротивление возрастает, а это уменьшает ток от выпрямителя и батарея постепенно разряжается.
Когда напряжение, батареи достигнет нижнего предела (25,8 В), стабилитроны Д14 и Д15 запираются и в обмотке реле Р направление тока меняется на обратное. Контакт реле снимает шунт с резистора R5, что открывает триод и включает ток подмагничивания, а это приводит к увеличению тока выпрямителя и батарея вновь заряжается.
Величина тока подмагничивания дросселей насыщения зависит от тока в цепи базы триода Т2, а ток в цепи базы определяется потенциалом, снимаемым с делителя, состоящего из резисторов R2, R3, R4, R5 и падением напряжения на резисторе R7. К делителю подведено стабилизированное напряжение (около 9 В), которое образуется на кремниевом стабилитроне Д13, триоде Т1 и резисторе R1. Поэтому автоматическая регулировка напряжения батареи не зависит от колебаний напряжения переменного тока в пределах от 80 до 110% номинального значения.
В режиме автоматического регулирования ручка переменного резистора R4, выведенная на лицевую панель, должна быть установлена в положение «Автоматическое», крайнее по часовой стрелке. Контакт реле Р включает в цепь резистор R5 или шунтирует его, когда напряжение батареи достигает своих предельных значений и этим меняет ток базы триода, ток подмагничивания и ток на выходе выпрямителя.
Наличие в схеме автоматического регулирования стабилитрона Д13 и резисторов R7 и R6 обеспечивает постоянство установленной величины тока подмагничивания и возможность снижения его при необходимости до нуля.
Максимальный ток от выпрямителя не должен превышать 30 А, а длительный ток 22 А. На стороне переменного тока при напряжении 380 В максимальный ток составляет 3,5 А, а при напряжении 220 В — 6 А.
Автоматическое регулирование напряжения на первичных обмотках трансформаторов может быть достигнуто лишь при достаточно боль-214
шом токе через обмотки 1-2 дросселей насыщения. Поэтому если ток на выходе выпрямителя менее 6 А, то первичные обмотки трансформаторов в фазных блоках должны быть шунтированы балластными дросселями Др§. Последние нагружают обмотки 1-2 дросселей насыщения индуктивным током. Таким путем достигается автоматическое регулирование напряжения батареи даже при снижении тока от выпрямителя до 0,7 А.
При необходимости выпрямитель может быть отключен со стороны переменного тока пакетным выключателем 2ПВ и со стороны батареи выключателем 5ПВ. От батареи 24 В потребители питаются через распределительные предохранители и клеммы выпрямительной панели.
Провода питания имеют следующее обозначение:
СПБ и СМБ — основное питание постоянным током 24 В релейных приборов. Эти провода выводят на релейные стативы для питания исполнительных и наборных реле МРЦ. От тех же предохранителей питание поступает на щит аварийного освещения. Токи плавких вставок данных предохранителей определяются расчетом и уточняются фактическими измерениями;
ЩСПБ и ЩСМБ — для питания сигнальных лампочек, звонков и реле самой питающей установки. Эти провода выведены также вне панели для приборов, входящих в общие схемы с приборами панели (лампочки и звонки пульта);
ПСПБ и ПСМБ — питание цепей управления пригласительными огнями светофоров. В аварийном режиме от этих же предохранителей предусматривается резервное питание лампочкам пульта (табло).
При батарейной и безбатарейной системах питания на станциях с числом стрелок более 100 в дополнение к панели ПВ-24/220 необходимо устанавливать панель ПВ-24, содержащую два выпрямителя 24 В (один из этих выпрямителей, как правило, отключен и является резервным), которые имеют ту же схему, приборы и мощность, что и выпрямитель 24 В на панели ПВ-24/220.
Выпрямитель 220 В, 3 А на панели ПВ-24/220 В. Выпрямитель предназначен для буферной работы с батареей 220 В, состоящей из ПО аккумуляторов и служащей для питания стрелочных электродвигателей. Выпрямитель обеспечивает автоматическую регулировку тока заряда батареи, работает во многом аналогично рассмотренному выпрямителю 24 В и состоит из блоков того же назначения. Однако схемы блоков имеют свои особенности (рис. 192).
Первичные обмотки трансформаторов фазных блоков шунтированы балластными дросселями, имеют в своей последовательной цепи обмотки 1-2 дросселей насыщения и в зависимости от напряжения, поступающего с вводной панели, могут быть соединены между собой по схеме звезда или треугольник. Отличительная особенность фазных блоков заключается в том, что трансформаторы в них имеют три вторичные обмотки. Каждая из этих обмоток соединяется с соответствующими обмотками других фазных блоков в схему звезда, две вторичные обмотки каждого трансформатора (выводы фазных блоков 2-4 и 6-8)
215
выполняют основную функцию, т. е. питают выпрямители, служащие для заряда батареи.
Выпрямители смонтированы на кремниевых диодах Д243Б и соединены по схеме трехфазного двухполупериодного выпрямителя. Таких выпрямителей два (диоды Д1—Д6 и Д7 — Д12), соединенных последовательно.
Третья группа вторичных обмоток трансформаторов (выводы фазных блоков 3-7) несет вспомогательную функцию Она дает напряжение на отдельный трехфазный выпрямитель, собранный на диодах Д226Д и питающий схему подмагничивания дросселей насыщения.
Все параметры схемы, управляющей током подмагничивания, для выпрямителей на 24 и 220 В одинаковы. По техническим требованиям максимальный длительный ток на выходе выпрямителя не должен превышать 2 А, а кратковременный — ЗА. Максимальный ток на входе выпрямителя при напряжении 380 В в каждой из трех фаз составляет 3,5 А, при напряжении 220 В — 6 А.
17(12
0 380В
ЗФ
АК31
АК27
AKZO
VKZ0
На пулы к амперметру
3 [ VKW тг
AKZ5
AKZ9
К Вращающих- Ксигн ся прообразов зремл
К батарее 2208 через щит отключения
в стрелочные пусковые блоки
На релейную в етаои-панель	литр блок.
Рис, 192. Схема выпрямителя 220 В, 3 А
216
Основными потребителями электроэнергии от выпрямителя и батареи являются стрелочные электродвигатели. Их питание осуществляется по проводам 1РПБ, 2РПБ и РМП, по которым напряжение подведено к стрелочным пусковым блокам, размещенным на релейных стативах.
Выпрямители 220 В, 30 А на панели ПВ-24/220 ББ. Панель ПВ-24/220 Б Б содержит два одинаковых выпрямителя 220 В, 30 А (рис. 193), один из которых является резервным. В отличие от выпрямителя для батарейной системы эти выпрямители способны принять на себя всю нагрузку от стрелочных электродвигателей- в моменты ее максимального значения
Силовые трехфазные трансформаторы на входе выпрямителей имеют мощность 9,5 кВ • А. В зависимости от поступающего от вводной панели напряжения первичные обмотки трансформатора соединяют по схеме звезда (380 В) или треугольник (220 В), а вторичные — в обоих случаях по схеме звезда. От вторичных обмоток питается выпрямитель, состоящий из кремниевых диодов, соединенных по схеме трехфазного мостового выпрямителя.
Все предохранители панели имеют контакты для контроля перегорания и включены в типовую схему сигнализации.
На всех типах выпрямительных панелей установлены амперметр и вольтметр, которые через переключатели могут измерять ток и напряжение в различных точках схемы панели.
1<р
В стрелочные X cmoSumjm-пусковые блоки ранным блокам
Рис. 193. Схема выпрямителя 220 В, 30 А
Панель преобразователей типа ППЗ-50/25 (рис. 194). Панель предназначена для питания рельсовых цепей переменного тока частотой 25 Гц с путевыми реле ДСШ-13. На панели установлены восемь электромагнитных статических преобразователей частоты типа ПЧ50/25-300, рассчитанных для питания до 100 рельсовых цепей. Шесть преобразователей частоты используются для питания путевых трансформаторов рельсовых цепей и два — для питания местных обмоток реле ДСШ-13.
При подключении сети 220 В 50 Гц автоматическим включателем АВ первыми запускаются местные преобразователи, в контурах которых возникают колебания частотой 25 Гц. Эти колебания через тыло-
217
»
00
------Ш-1-KW-ZZTTT —т-з-кчг-у-
т-в-
R1
PS CZ4 31
ПЧ-1
зпвк
Д5
ПТ-25
КПЛ
ЗПВК
гпвк
Н И
Питание путевых трансформаторов
2ПВК ЗПВК
пвк гпвк
В схемы замыкания Питание местных маршрутов	зтментов реле
Рис. 194. Схема панели преобразователей ППЗ-50/25
гпвк
Ашг-по/гго
Cm .MI2

к 1 г з ч к
Трг 1
ТрЗ I
1 г а
к i г з ч к ТрЗ I гл 7
К 1 2 3 Ч К
TpS I III 7
Трв г ' г и
к 1 г з ч к
Тр7 т
12 1	7
О
кт г з и к Трв I
II в 1
1ВК
ZBK
ibkl
ТрЗ
ZBK 1
звк
ЗЙЛ
2В тр— 2SK
tB тТ1— 18К
21
1ПВК
СТЗ
R3

ЗПВК
Па8
гл
КЧН----о- -КПП
----ТМ5-&0 --
-K41S---о---ЗР
ЗЛ
ТВ ^—*31 гв а—
ЗВ '1—rsi
К контактам 3, чпревохраните-лей Пр15,Пр18,Пргз ПЧ-1-ПЧ-г-местные преобразователи
•g* ПЧ-3-ПЧ-Т-ПЧ-5-ЛЧ-6-ПЧ-7-ЛЧ-8-
-2^ -путеВые преобразователи

вые контакты реле ВК подаются в контуры путевых преобразователей, подготавливая последние к запуску с определенной фазой напряжения на выходах. Одновременно возбуждаются включающие реле 1В — ЗВ и подключают к сети 220 В 50 Гц путевые преобразователи, в контурах которых возникает ток частотой 25 Гц. При правильной фазе напряжения этого тока срабатывают контрольные реле 1ВК — ЗВК, восстанавливающие питание реле 1В — ЗВ к размокающие цепи подпитки путевых преобразователей.
Каждое реле ВК контролирует наличие напряжения и требуемый сдвиг фаз на выходе местного и одного из путевых преобразователей. О наличии напряжения на выходах путевых преобразователей сигнализируют зеленые лампочки 1Л — ЗЛ.
При перегорании предохранителей со стороны питающей сети загорается красная лампочка КПЛ.
§ 79.	ПИТАЮЩАЯ УСТАНОВКА ЦЕНТРАЛЬНОГО ПОСТА ДИСПЕТЧЕРСКОЙ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ
Питающая установка диспетчерской централизации состоит из вводной панели и нескольких панелей с выпрямителями по одной на диспетчерский круг. Совместно с панелью выпрямителей работает аккумуляторная батарея 24 В, также отдельная для каждого круга.
Вводная панель применяется того же типа, что и на постах ЭЦ, и может обеспечить питание пяти кругов диспетчерской централизации при мощности освещения до 16 кВ • А. Напряжение на вводную панель подается через отключающий щит, который устанавливается на постах ДЦ так же, как и на постах ЭЦ, и имеет аналогичную с ним схему.
Панель выпрямителей ПДЦ предназначена для постов диспетчерской централизации систем ЧДЦ-66, «Нева» и «Луч», для станционной кодовой централизации системы СКЦ. В последнем случае она входит в питающую установку электрической централизации.
На панели ПДЦ размещены два зарядно-буферных выпрямителя типа ЗБВ-12/20 с номинальным напряжением 12 В и на максимальный ток 20 А, выпрямители служат для заряда двух секций 12 В аккумуляторных батарей, которые соединены последовательно друг с другом; два стабилизированных выпрямителя ВСП12/10 X 2 для питания бесконтактных приборов центрального поста ДЦ; трансформатор 220/24 В, 30 А для питания ламп табло; датчики импульсов для получения мигающей индикации на табло; измерительные приборы, пакетные выключатели и переключатели, аварийные реле, реле снижения напряжения на лампочках табло и др.
Выпрямители и трансформатор с входной стороны включены на напряжение 220 В (Ф-0), поступающее от вводной панели, и распределены по разным фазам. Все предохранители панели имеют контакты для контроля их целостности, включенные в типовую схему сигнализации.
Зарядно-буферные выпрямители 1В и 2В типа ЗБВ-12/20 дают питание двум аккумуляторным батареям 12 В, соединенным последо
219
вательно (рис. 195). Выпрямители обеспечивают импульсный подзаряд батарей с регулировкой тока заряда, для чего каждый из выпрямителей имеет блоки автоматического регулирования, штепсельно соединенные с самим выпрямителем. Работа схемы автоматического регулирования и ее настройка совпадают с аналогичной схемой, рассмотренной для выпрямителей панели ПВ-24/220ББ.
В данном выпрямителе применена схема двухполупериодного однофазного выпрямителя с использованием средней точки. Выпрямитель построен на диодах Д242. На выходе выпрямителя для уменьшения пульсаций напряжения включены конденсатор С2 = 100 мкФ и дроссель Др.
Каждый из выпрямителей через отключающий Щит соединен с секцией 12 В аккумуляторной батареи, но при необходимости выпрямители могут непосредственно работать на нагрузку, а батарею можно отключить для ремонта. Для этого служат переключатели 1ГТПВ,
Рис. 195. Схема зарядно-буферного выпрямителя ЗБВ 12/20 на панели ПДЦ
220
36
'olF
п
5
Тр 45
46
38(8СП-К1Ю<г)
48
3808 ЗЧ>
Зд Iffl 939 юи за . .w lw
ЧА
36
йыкл
37
чв(всп-
-1Z/1O>Z)
15	16'
Резононе-ноя об-мотка &ltz
Г »f >Вкл
Компенсационные обмотки
Z1
Основн
др
28
Примечание:
Все занумерованные на схеме ‘tB клеммы имеют наружный выхоВ
оомотки
С2
$
46
41
W
—О
45
31 f-32 Irj
Др R2f " зз< зч<
зо OZ9
Рис. 196. Схема стабилизированного выпрямителя ВСП-12/10Х2 на панели ПДЦ
П
*
2ППВ и выключатель 2/75£.При длительном отключении батареи рекомендуется нагрузку данного круга подключать к батарее соседнего круга. Вся батарея с общим напряжением 24 В предназначена для питания релейных цепей ДЦ, но по техническим требованиям должна в аварийном режиме обеспечивать резервное питание всей аппаратуре ДЦ, в том числе и лампочкам табло в продолжение не менее 6 ч, даже при энергоснабжении поста ДЦ от двух надежных и независимых друг от друга источников.
Основные потребители — релейные стативы получают энергию постоянного тока по проводам 24ПБ и 24МБ. Кроме того, напряжение 24 В постоянного тока подано к поездографу по проводам 24ПБ1, МБ1, к испытательному пульту — 24ПБ2, МБ2 и в схему питания табло для его резервирования.
Стабилизированные выпрямители ЗВ и 4В типа ВСП-12/10 X 2 предназначены для питания бесконтактных приборов диспетчерской или кодовой централизации. Выпрямители как самостоятельные приборы имеют по два изолированных выхода 12 В на ток до 10 А каждый и на входе при напряжении 220 В потребляют около 3,5 А.
В схеме панели стабилизированных выпрямителей (рис. 196) два выхода в каждом выпрямителе соединены последовательно, а выпря-
221
Рис. 197. Схема питания ламп табло с панели ПДЦ
мители между собой — параллельно, что позволяет получить ток до 20 А при напряжении 24 В. К нагрузке выведены провода ПБП и МБП с напряжением 24 В и средняя точка ОБП с напряжением 12 В. В аварийном режиме нагрузка отключается от выпрямителей контактами аварийных реле ЗА и 4А и подключается к батарее.
В выпрямителе применен феррорезонансный стабилизатор напряжения. Для получения наилучшей стабилизации необходимо осуществлять предварительную регулировку выпрямителя в зависимости от тока нагрузки. С этой целью основные вторичные обмотки трансформатора выпрямителя и соединенные с ними последователь
но и встречно компенсационные обмотки имеют ряд дополнительных выводов (все занумерованные на рис. 196 зажимы выпрямителей ЗВ и 4В имеют наружный вывод).
При правильной регулировке выпрямитель поддерживает напряжение в пределах ± 5% при колебании напряжения на входе от 80 до 110% номинального напряжения и нагрузки в пределах 2 А.
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе каждого выпрямителя включены дроссели и конденсаторы.
Аварийные реле ЗА и 4А могут работать в двух режимах. Если общая нагрузка на два выпрямителя не превышает 10 А, то отключение (тумблером Т1) одного выпрямителя не должно приводить к обесточиванию реле ЗА, 4А и к переключению нагрузки на батарею. Для достижения этого на клеммах 38-41 обоих выпрямителей необходимо установить показанные штриховой линией перемычки. Если же общая нагрузка более 10 А, то отключение любого выпрямителя во избежание перегрузки второго выпрямителя должно приводить к обесточиванию реле ЗА и 4А и к переключению нагрузки на батарею. В этом случае перемычку 38-41 не устанавливают.
На панели ПДЦ установлен трансформатор (рис. 197), понижающий напряжение 220 В до 24 В для питания лампочек табло. Для снижения яркости лампочек табло служит реле СНТ, которое можно включить с пудьта диспетчера нажатием кнопку. Снижение напряже-222
ния на лампочках достигается в этом случае включением большого числа витков первичной обмотки трансформатора.
Мигающая индикация на табло осуществляется питанием лампочек от бесконтактных импульсных датчиков 1ДИ и 2ДИ (провода СМ1 и СМ2). В аварийном режиме реле 1ТА и 2ТА переключают все лампочки табло на питание от батареи.
§ 80.	ПИТАЮЩАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ МАЛЫХ СТАНЦИЙ
Для промежуточных станций, имеющих до 30 стрелок и оборудованных электрической централизацией с центральными зависимостями и центральным питанием, широко применяется питающая установка, которая размещается в релейных будках, на посту ЭЦ малого типа или посту типа I.
Установка состоит из вводно-распределительной панели, статива безбатарейного питания или статива батарейного питания с машинными преобразователями (рис. 198).
Вводно-распределительная панель ПВР-40 (рис. 198, а) предназначена для контроля состояния питающих фидеров, переключения пи-
Рис. 198. Питающая установка малых станций:
/ — реле НМШ; 2 — панель с ВДУ; 3 — панель с трансформаторами; 4 — панель с сигнализаторами заземлений, трансформаторами, измерительными приборами; 5 — панель с ВСП-24/10 и измерительными приборами; 6 — предохранители; 7 — автотрансформаторы
223
тания устройств с основного фидера на резервный, подачи сигнала автоматического запуска ДГА и распределения питания по нагрузкам.
Статив безбатарейного питания СПМС-ББ (рис. 198, б) служит для заряда батареи 24 В, питания моторов стрелочных электроприводов постоянным током напряжением 220 В, распределения и преобразования питания для светофоров, табло, рельсовых цепей и т. д.
Статив батарейного питания типа СПМС-Б с машинным преобразователем ПО-550 АФ (рис. 198, в) предназначен для тех же целей, что и статив СПМС-ББ, но с питанием стрелочных электроприводов от аккумуляторных батарей.
При отключении внешних источников переменного тока устройства централизации получают питание переменным током от моторных преобразователей, причем при резервировании питания только стрелочным электроприводам достаточно одного преобразователя ПО-550 АФ. Если резервируется питание для всех устройств ЭЦ, то от одного преобразователя ПО-550 АФ можно обеспечить питанием устройства ЭЦ станции до 12 стрелок при маневровой маршрутизации и 14 стрелок без маневровой маршрутизации.
Щит отключения. На постах централизации обязательно устанавливают щиты отключения, что связано с противопожарными мерами. На щите ЩВП-73 сосредоточены рубильники, которыми можно отключить все источники питания на посту централизации. Щит должен быть установлен в наиболее доступном месте. Для централизации промежуточных станций щит отключения (рис. 199) имеет четыре трехполюсных рубильника. Рубильники В1 и В2 отключают внешнее электроснабжение. Поскольку питание может быть подано с воздушной линии, вводные клеммы заземлены через грозоразрядники.
На статив СПМС
Вводная панель ПВР-^О Резервная зпектроств 8Р От выпрямителей в нагрузке
!Ридерд°1	Фидер	Батарея От Батареи
звоилиггов звоилиггов	ггов гчв
Рис. 199. Схема щита отключения
224
ВМ Л7 380/Шв Krp ру Сттр рр Нагрузки Связь, Л-.СттрраТСР Ктр-ру Освеще- От Прока включения или СПО в ПО ГСО СЦВ	\ Резерва освещ TCP ние нагрузки резервной зл.
К резервной электростанции	станции
Рис. 200. Схема вводно-распределительной панели ПВР-40
Рубильниками ВЗ и В4 отключают батарею 24 и 220 В, а также резервную электростанцию, если она есть.
Вводно-распределительная панель ПВР-40. Панель осуществляет автоматическое переключение питания с основного фидера (1ф) на резервный (Нф) при исчезновении или понижении напряжения на первом фидере и автоматический переход на основной фидер при восстановлении напряжения на нем. Питание переключается магнитными пускателями КТ-1 и КТ-2 типа ПА-311 (рис. 200). Наличие напряжения на вводных фидерах контролируют реле напряжения РН1 и РН2 (типа РН-53/400), которые установлены на каждом фидере, а также дополнительное реле Р (типа МКУ-48). На панели предусмотрена возможность ручного переключения фидеров нажатием кнопок КН-1 или КН-2.
Сигнализация включенного положения фидера осуществляется горением лампы ЛБ1 (фидер /) или ЛБ2 (фидер //). Лампа ЛК загорается при исчезновении напряжения на включенном фидере.
Схема коммутации вводро-распределительной панели допускает присоединение ее к источникам питания трехфазного переменного тока напряжением 380 или 220 В, а также однофазного источника питания напряжением 220 В только к фидеру 1. Трансформаторы ТСО и TCP (типа ТС-10) устанавливают в том случае, если фидеры имеют заземление или напряжение 380 В.
При равномерно распределенной нагрузке мощность, коммутируемая панелью при трехфазной системе, не должна превышать 14 кВ - А; на однофазном фидере нагрузка не должна превышать 8 кВ • А. Для распределения нагрузки однофазного тока напряжением 220 В потребителям поста ЭЦ на панели предусмотрены четыре предохрани-
225
теля для устройств СЦБ и четыре предохранителя дл| освещения и устройств связи.
В необходимых случаях можно подключить питание от резервной автоматизированной электростанции (Э-8Р или ДГА), запуск которой происходит автоматически при отключении внешних источников питания. В соответствии с потребляемой устройствами мощностью электростанция Э-8Р применяется только для питания релейных будок и поста на 10 стативов. На постах типа I устанавливается электростанция ДГА-12 совместно с вводно-распределительным щитом ПВ-60.
Если основное питание осуществляется от ЛЭП продольного электроснабжения, системы ДПР или других источников, от которых производится снабжение потребителей II категории, а резервное—от ДГА, то вводно-распределительную панель ПВР-40 устанавливать не требуется
Статив безбатарейной системы питания. Статив выпускается заводом в двух исполнениях для участков: с автономной или электрической тягой постоянного тока; с электрической тягой переменного тока.
В комплект статива для участков с автономной или электрической тягой постоянного тока входят следующие панели: на 20 предохранителей (2 шт.); для выпрямителя типа ВСП-24/10, измерительных и коммутационных приборов; для сигнализатора заземления, измерительных приборов, трансформаторов для питания повторителей светофоров табло; для выпрямителей ВУС-1,3; питания двигателей стрелочных электроприводов и трансформаторов питания светофоров; для реле типа НМШ со штепсельными розетками (Зшт.); для разделки кабеля с тремя регулируемыми резисторами.
В комплект статива для участков с электрической тягой переменного тока входят следующие панели: на 30 предохранителей, на 14 предохранителей и 12 резисторов; для выпрямителя типа ВСП-24/10, измерительных и коммутационных приборов, для сигнализатора заземления, измерительных приборов, трансформаторов для питания светофоров и табло; для выпрямителей ВУС-1,3 питания моторов стрелочных электроприводов и трансформаторов питания светофоров; панель со штепсельными розетками для реле типа НМШ (3 шт.) и для реле типа ДСШ (1 шт.); панель для разделки кабеля с тремя регулируемыми резисторами.
Статив безбатарейной системы питания имеет приборы и коммутаторы для измерения напряжения и токов нагрузок, а также сигнализатор заземления основных источников питания. Измерительные приборы размещаются на панелях с выпрямителем ВСП-24/10 и сигнализатором заземления.
При помощи вольтметра Э421 и пакетного переключателя измеряют напряжения: питания рельсовых цепей, светофоров и контрольных реле стрелок, на входе выпрямителя ВСП-24/10. Вольтметром на 30 В измеряется напряжение контрольной батареи и напряжение на входе выпрямителя ВСП-24/10. Отдельным вольтметром и амперметром измеряют напряжение и ток, подаваемые на стрелочные электроприводы, 226
Амперметром с шунтами измеряют токи заряда и нагрузки контрольной батареи.
Для измерения сопротивления изоляции и непрерывного контроля схем питания двигателей стрелочных электроприводов, релейных схем, контрольных цепей стрелок, ламп светофоров и табло на стативе установлен сигнализатор заземления.
Статив безбатарейной системы питания обеспечивает питание светофоров, маршрутных указателей, ламп табло во всех необходимых режимах, питание рельсовых цепей, безбатарейное питание постоянным током двигателей стрелочных электроприводов, буферный подзаряд контрольной батареи и питание от нее реле.
Лампы светофоров питаются от трех трансформаторов ПОБС-ЗА (рис. 201). От каждого трансформатора можно питать лампы до 14 светофоров. Для создания различных режимов питания ламп на стативе установлены реле ДН, ДН1, ДСН, ДСН1 и ДСН2 (типа АШ2-1800). Состояние контактов реле, указанное на схеме, соответствует ночному режиму питания ламп светофоров. В этом режиме реле ДН и ДН1 обесточены и на лампы подается 180 В.
Для переключения питания ламп светофоров на дневной режим дежурный нажимает на пульте кнопку ДН. Реле дневного режима питания светофоров ДН и ДН1 возбуждаются и на сигнальные трансформаторы подается напряжение 220 В. Чтобы переключить питание ламп светофоров на режим сниженного напряжения, дежурный нажимает на пульте кнопку ДСН, в результате чего возбуждаются реле ДСН, ДСН1, ДСН2 и на сигнальные трансформаторы подается 99 В.
Рис 201. Схема питания ламп светофоров, маршрутных указателей и стрелочных электроприводов статива безбатарейного питания СПМС-66 при электротяге постоянного тока и автономной тяге
HZ8-IZ
227
Статив рассчитан только на питание маршрутных указателей направления движения. Питание рельсовых цепей при автономной и электрической тяге постоянного тока осуществляется переменным током напряжением 220 В, частотой 50 Гц.
При электротяге переменного тока питание рельсовых цепей переменным током напряжением 220 В, частотой 25 Гц поступает от преобразователей частоты типа ПЧ50/25-300.
Преобразователи частоты устанавливаются на стативах свободного монтажа на полке. На одной полке размещается комплект из двух преобразователей (ПМЗ и П1) и конденсаторных блоков к ним. Комплект обеспечивает питание рельсовых цепей станции до 15 стрелок. На станциях с большим количеством стрелок необходимо включать второй преобразователь П2 (рис. 202).
Питание местных элементов путевых реле осуществляется от преобразователя частоты без ввода проводов на статив питания.
Питание постоянным током напряжением 220 В на двигатели стрелочных электроприводов поступает от выпрямительного устройства ВУС-1,3 (см. рис. 201). Так как ВУС-1,3 не имеет внутри трансформатора, то для получения на выходе под нагрузкой напряжения 220 В на его входе напряжение поднимается до 240 В при помощи трансформатора ТОС.
Напряжение 220 В с вводной панели ПВР-40 подается на III и IV обмотки ТОС-2,5, а с / и II обмоток снимается напряжение 240 В. На стативе предусмотрен резервный выпрямитель ВУС-1,3, который р.ключается при выходе из строя основного.
Контрольные цепи стрелок (схема двухпроводная с центральным питанием) питаются переменным током напряжением 220 В, а лампы табло — напряжением 24,3 В от трансформатора ПОБС-5А (рис. 203). Для уменьшения яркости горения ламп табло предусмотрено снижение напряжения до 20,9 В, что достигается переключением вторичной сбмотки трансформатора контактами реле СНТ, которое получает питание при нажатии дежурным кнопки снижения напряжения, установленной на табло.
Предусмотрены два вида питания ламп табло: непрерывное и импульсное. Датчиком импульсов является реле МГ с конденсаторной схемой или маятниковый трансмиттер Л1Т-2. Имеются следующие виды питания ламп табло: СХ-МС — непрерывное питание только переменным током; СХМ-МС — то же импульсное; КСХ-МС — непрерывное питание только переменным током, включаемое при подсветке табло; С-МС — непрерывное питание с резервом от аккумуляторов.
Для питания реле и буферного подзаряда контрольной батареи на стативе питания установлен стабилизированный полупроводниковый выпрямитель ВСП-24/10. Выпрямитель заряжает контрольную батарею током определенной величины, поддерживаемой автоматически с точностью до 5%, и обеспечивает стабильность выпрямленного напряжения с точностью до 2% при колебаниях подводимого напряжения переменного тока + 10 и — 20%.
228
кХ кч—
С
1 I I.
й к
'нов'
« / '
t
в
W №
1Ш
КМ
девиз
№
1КМУ«
1КЛУ
Г j
^iTw ^lip^ii, ii, it
г-"5Г-	FTI '™"”'"“Fl 2 “
с^Яса ЗПио	^Ысп с->Ык=>
72,
2JML
72,
2КМУ 2КПУ
да
I 02	1
2йПУ к
пав Латание местных злеменшоа путевых
1ЛА -^w
том ii
да  Е 220В g ЙДИ,7Л §
HXW
нов
^0,5-0,7А^
Иу^Г
g Питание
-> кодирующих тр-ров
2КМУ
ДСШ-13
1
11
2КПУ
ш
2КМУ
2КПУ
6*
te I
1Вк0м,2
ЗЛА X
К 220В £ Д5-В,7А ё °


m
£ 220B ^0,s-0,7A §
Лишние кодируют.
~Цуч Н“Ц mP'P°S
Рас. 202, Схема включения преобразователей и лучевых реле статива питания при электротяге переменного тока
9
м приводов
Контрольная батарея 243 сигналов
Рис. 203. Схема питания ламп табло, питания реле и буферного подзаряда контрольной батареи статива безбатарейного питания при электротяге переменного тока
Реле и другие приборы, требующие напряжения 12 В постоянного тока, питаются через ограничивающий резистор, если сопротивление этих приборов не меняется в разных режимах работы, или от отдельных выпрямителей.
Арматура и монтажные провода статива питания защищены соответствующими предохранителями. Все предохранители имеют контроль перегорания плавкой вставки.
Статив батарейной системы с машинными преобразователями. Стативы батарейной системы обеспечивают питание светофоров и маршрутных указателей, рельсовых цепей, стрелочных электроприводов, ламп табло, реле. Они также осуществляют буферный подзаряд аккумуляторных батарей. При батарейной системе питания с моторными преобразователями применяются две аккумуляторные батареи: контрольная напряжением 24 В для питания релейных схем и ламп табло и рабочая напряжением 220 В для питания двигателей стрелочных электроприводов и одноякорных преобразователей ПО-550АФ. Последние необходимы для резервирования питания сигналов, рельсовых цепей и контрольных цепей стрелок при аварии переменного тока.
В качестве зарядных устройств для рабочей батареи применяются выпрямители специального типа (ВДУ).
Лампы светофоров получают питание от трех сигнальных трансформаторов ПОБС-ЗА (рис. 204). Схема позволяет устанавливать режим дневного и ночного питания светофоров, а также режим двойного снижения напряжения.
В нормальном режиме на первичные обмотки трансформаторов 1СТр-ЗСТр с вводно-распределительной панели подается напряжение 220 В переменного тока и первичные обмотки при этом включены последовательно. При отключении сети переменного тока на первичные обмотки сигнальных трансформаторов подается от одноякорного преобразователя ПО-550АФ переменный ток напряжением 125 В, поэтому в аварийном режиме первичные обмотки сигнальных трансформаторов контактами реле Al, А2 и АЗ переключаются с последовательного на параллельное соединение.
При электротяге и рельсовых цепях 25 Гц в случаях, когда отсутствует резервное питание рельсовых цепей при отключении переменною тока, последние питаются от преобразователей частоты ПЧ50/25. Схема питания рельсовых цепей в этом случае аналогична схеме статива, применяемого при безбатарейной системе питания на участках с электротягой переменного тока (см. рис. 202). В случае когда рельсовые цепи должны обеспечиваться резервным питанием, питание их осуществляется от двух трансформаторов типа ПОБС-2А по проводам ПХРЦ — ОХРЦ. В нормальном режиме на первичные обмотки этих трансформаторов с вводно-распределительной панели подается напряжение 220 В переменного тока, а при отключении сети переменного тока — с выхода одноякорного преобразователя ПО-550АФ 125 В переменного тока. Чтобы повысить это напряжение до 220 В, трансформаторы питания рельсовых цепей включаются по схеме автотрансформатора.
’3’
hj
K>
znx
20X
А2
—27

И
I-14Пр
5
2
•гс
<гн
И13 ено
A1
I-10 Пр
л/
33
2'-
S-Zt£H szixoz
РП5П
A3
St
Al
S3, si
I-200P
I-190p
2
/Ч16С2
[питание SCSUl)
М-Ч200 0-300
1-ЮПр
10
]ТГ
8ДУ \2!JC
ДСп
Me
C6emomont>/
И J____
/5
1УС | ВДУ
Ac
? zr-
тг®[| II
2
2 2Г—
VII и1
__Г “Гtn
18Пр
10
A1

т on
ts
200
550Вт ZU0
\lZ5Bs/07o\	'-.I
iKy.ggQ j Ji]?jUZ|
Sil CC-550AV | ЦггШ Izzol Злектро-из- Стре- всей/
। Z20B Е_£Г 1 Jj l_| jJ мерит.прибор лочн. электро-
на пулите придоЯы
л
5$^
st
ДСП
ДН
-^3}
220/181/99
ДСН1
^Ltz
11 ।__
/э
2201181/99
Ciemoipopbi
ДСН2
st ЗСТр
220/181/99
Cieiootpoffm
Рис. 204. Схема питания ламп светофоров и подзарядка рабочей батареи-статива батарейного питания СПМС-Б
Питание стрелочных электроприводов осуществляется от аккумуляторной батареи 220 В, находящейся в режиме буферного подзаряда. Контрольные цепи стрелок в нормальном режиме питаются от вводнораспределительной панели ПВР-40, а при отключении сети переменного тока — от преобразователя ПО-550АФ.
Лампы табло получают питание 24,3 В от трансформатора ПОБС-5А и могут иметь режим горения 20,9 В. Питание для подсветки положения стрелок всегда выполняется с резервированием от батареи. Для питания приборов напряжением 12—14 В используются выпрямители типа БПШ, которые при аварии переменного тока получают питание от преобразователей ПО-550АФ.
Питание реле, буферный подзаряд контрольной батареи, измерение напряжений и токов установки, сигнализация и защита монтажа предохранителями выполнены так же, как в безбатарейной установке питания, описанной выше.
$ 81. НОВЫЕ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЦ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СТАНЦИЙ
Конструкторским бюро Главного управления сигнализации и связи МПС (КБ ЦШ) разработаны новые устройства электропитания со статическими преобразователями и низковольтной аккумуляторной батареей (24 или 48 В), обладающих рядом преимуществ по сравнению с устройствами питания с машинными преобразователями.
На рис. 205 приведена структурная схема батарейной системы питания с максимальным количеством источников переменного и постоян
ного тока: два внешних источника переменного тока 1 и 2, дизель-генера-торная установка 3 и аккумуляторная батарея, состоящая из двух секций Б1 и Б2 напряжением 24 В каждая Устройство питания с минимальным количеством источников соответствует вводу в питающую установку одного основного фидера переменного тока и одной секции аккумуляторной батареи 24 В.
Заряд и получение переменного тока при его выключении (аварийный режим) для питания основных нагрузок ЭЦ (светофоров, рельсовых цепей и
Рис. 205. Структурная схема устройств электропитания со статическими преобразователями
233
контрольных стрелок) осуществляется при помощи статических преобразователей-выпрямителей ПВ1 (ПВ2). В нормальном режиме все основные нагрузки ЭЦ получают питание от одного из источников переменного тока. Стрелочные электродвигатели постоянного тока напряжением 160 В питаются от выпрямительного устройства ВУС, которое в нормальном режиме подключено к источнику переменного тока, а в аварийном — к статическому преобразователю ППС, включаемому только на время перевода стрелки.
Для контроля напряжения в фидерах переменного тока устанавливаются реле напряжения PHI (РН2). При снижении напряжения ниже нормы PHI (РН2} отключает неисправный фидер и включают контактором ВФ2 (ВФ1) нагрузку на исправный источник. При появлении напряжения на восстановленном фидере переключение нагрузки происходит не сразу, а с выдержкой времени, формируемой блоком Т1 (Т2). За счет этого исключается влияние переходных процессов, связанных с включением фидеров на подстанции, на работу ЭЦ. Режимное устройство РУ1 (РУ 2) служит для автоматического управления токами заряда аккумуляторной батареи в зависимости от напряжения на ней. Переключение питания устройств с нормального режима на аварийный и обратно обеспечивается аварийным реле А.
Напряжением питания светофорных ламп управляет автоматический переключатель «День — ночь» АДН.
Устройства электропитания со статическими преобразователями предназначены для центрального питания постов ЭЦ промежуточных станций на участках с любым родом тяги. В зависимости от надежнрсти основных источников переменного тока и типа рельсовых цепей могут выполняться следующие устройства питания: с резервом от аккумуляторной батареи — Б24Р (батарея 24 В, рельсовые цепи 50 Гц); Б48Р50 (батарея 48 В, рельсовые цепи 50 Гц); Б48Р25 (батарея 48 В, рельсовые цепи 25 Гц); Б24 — без резерва от аккумуляторной батареи (батарея 24 В, рельсовые цепи 50 или 25 Гц).
В состав каждого устройства электропитания входят панели, приведенные в табл. 17, и автоматический переключатель «День — ночь» АДН.
Устройства электропитания выполнены в виде комплекта панелей, которые могут устанавливаться вплотную к стене, доступ ко всему их
Таблица 17
Устройство электропитания	Панель				
	вводная пв-эи	распределительно-преобразовательная ПРП-ЭЦ	преобразовательная ПП50-ЭЦ	преобразовательная ПП25-ЭЦ	распределительная ПР-ЭЦ
Б24Р	+	+					
Б48Р50	+	+	+			
Б48Р25	+	-1-	—	+		
Б24	+	—•	—	—	+
234
Рис.-206. Внешний вид устройства электропитания Б48Р50 оборудованию имеется с лицевой стороны, основные приборы имеют штепсельное включение. Панели устанавливаются в релейном помещении постов ЭЦ.
Устройство электропитания Б24Р может применяться на промежуточных станциях до 15 стрелок, где по условиям электроснабжения необходимо резервировать питание всех устройств ЭЦ от аккумуляторной батареи. В случае резервирования питания от батареи только рабочих и контрольных цепей стрелочных электроприводов эта система может применяться на станциях до 30 стрелок.
В соответствии с табл. 17 устройство Б24Р состоит из двух панелей: вводной ПВ-ЭЦ и распределительно-преобразова1елыюй ПРП-ЭЦ.
В устройство Б48Р50 (рис. 206) входят панели 1-ПВ-ЭЦ; 2-ПРП-ЭЦ; 3-ПП50-ЭЦ.
Каждая панель имеет вид шкафа, который закрыт с лицевой стороны двустворчатой дверью, а с задней — щитами Ввод внешнего монтажа осуществляется сверху.
Внутри панели устанавливаются трансформаторы, на поворотных рамах — реле штепсельного типа, предохранители. Преобразователи имеют штепсельные разъемы и устанавливаются в панелях на роликовых направляющих.
235
С лицевой стороны каждой панели на двери нанесена мнемосхема разводки питания (см. рис. 206) с расположенными на ней органами управления и контроля. На мнемосхеме сплошными линиями показана разведка питания в нормальном режиме, а пунктирными — в аварийном.
На лицевой стороне панелей в соответствую