ISSN 2307–3489 (Print), ІSSN 2307–6666 (Online)
Наука
та прогрес транспорту. Вісник
Дніпропетровського
національного
університету залізничного транспорту,
2017, № 2 (68)
еЛЕКТРИЧНИЙ ТРАНСПОРТ
ЕЛЕКТРИЧНИЙ ТРАНСПОРТ
o. y. baliichuk1*, l. v. dubynets2, o. l. marenych3, d. v. ustymenko4
1*Dep.
«Electric Engineering and Electromechanics»,
Dnipropetrovsk
National University of Railway
Transport named after Academician V.
Lazaryan,
Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010,
tel. +38 (056) 373
15 47, e-mail baliichukaleksei@mail.ru,
ORCID
0000-0003-0119-1446
2Dep.
«Electric Engineering and Electromechanics»,
Dnipropetrovsk
National University of Railway
Transport named after Academician
V. Lazaryan,
Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010,
tel. +38 (056)
373 15 47, mona.shelley@gmail.com,
ORCID 0000-0003-0319-4544
3Dep.
«Electric Engineering and Electromechanics»,
Dnipropetrovsk
National University of Railway
Transport named after Academician
V. Lazaryan,
Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010,
tel. +38 (056)
373 15 47, mona.shelley@gmail.com,
ORCID 0000-0003-3602-5851
4Dep.
«Electric Engineering and Electromechanics»,
Dnipropetrovsk
National University of Railway
Transport named after Academician
V. Lazaryan,
Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010,
tel. +38 (056)
373 15 47, ustimenko.1979@gmail.com,
ORCID 0000-0003-2984-4381
INFLUENCE
OF CONTACTOR
CONTACT PRESSURE
IN POWER
CIRCUITS OF ELECTRIC
STOCK ON THEIR PLASTIC
DEFORMATION AND
fusING
Purpose.
The work is
aimed at
conducting the
study to obtain
the results that
will quantify the
influence of
contactor contact pressure
in power circuits
of electric stock
on the highest
current value
,
that does not
cause plastic
deformation of
contacts; and on
the current value
–
incipient fusion
of contacts
taking into
account the
operation conditions.
Therefore, such a study targeted to establish the contact
fusing causes is relevant. Methodology.
The paper
proposes an
engineering method
for determining
the currents
and
,
taking into account
the value of
contact pressure,
electrodynamic forces
of contact
repulsion
,
as well as the pressure influence
on the values of
such forces.
Findings.
Taking the
contactors 1SVAD8
(locomotive ChS8)
and 7SP1
(locomotive ChS4)
as an example,
the authors
conducted the
calculations and found
that the peak
pressure force increases
the currents
and
for these contactors
by 11.8%; 15.5%; 11.8%; and
15.4% respectively (compared
with the
specified currents
at the minimum
pressure force). Influenced by
the pressure force of contacts for 1SVAD8 contactor decreased by
13.8…31.8%, and for 7SP1contactor the value
may
be greater than the pressure force. This can lead to spontaneous
shutdown of the closed contactor that is not provided by the control
circuit. Ensuring during operation the maximum allowable pressure
force of the contacts
slightly affects the value
,
compared with the case when
has the minimum permissible value (in event of a fault in the
heating circuit
for
contactors 1SVAD8 and 7SP1 is reduced by only 2.45% and 2.59%
respectively). Originality. The
authors for the first time presented a quantitative assessment of
influence of contactor contact pressure in power circuits of electric
stock on their plastic deformation and fusing using the proposed
engineering method. Practical value.
The results obtained during the research allow solving the
problem for developing measures aimed to improve the reliability of
the heating circuits of electric locomotives ChS8 and ChS4. The
proposed method of determining
and
can
be used to quantify the influence of pressure of the main electric
contacts mounted in power circuits of electric stock of all series,
if during the operation there are cases of plastic deformation,
fusing, welding of such contacts, in order to improve the reliability
of power circuits.
Keywords: contact pressure; plastic deformation current, fusing; pressure force; repulsion; shock current; contact resistance
Introduction
Practice shows that there are cases in operation when power contacts of contactors in power circuits of electric stock are fused and sometimes welded. For example, the above effects were recorded during the operation of the electric locomotives ChS8 when the contacts of 1SVAD8 type contactor in the heating circuit of carriages were fused before the short circuit (SC) response time in the given circuit. The time of SC inception until the short-circuit response is 0.08 sec [1, 2].
Purpose
The
work is
aimed at
conducting the
study to
obtain the
results that
will quantify
the influence
of contactor
contact pressure
in power
circuits of
electric stock
on the
highest current
value
,
that does
not cause
plastic
deformation of
contacts; and
on the
current value
–
incipient fusion
of contacts
taking into
account the
operation
conditions.
Therefore, the study targeted to
establish the contact fusing causes is relevant.
Methodology
We know that
contact performance is determined by thermal processes in them [4,
5, 7, 10–12, 1722].
Herewith the crucial is relationship between the energy losses in
the contact connection
and the
heat dispersion
energy
,
which is
output into
the environment
during the
same time.
The currents that are larger than the
nominal ones significantly hinder the work of contacts. This gives
rise to phenomena that can lead to dangerous consequences. The
increasing current, for example, in SC mode in the heating coil
under consideration,
causes
,
which can lead to overheating of contacts.
A certain value of unbalanced energy
can initiate plastic deformation of the contact surfaces and even
fusing of these surfaces.
The main
indicator of the quality of contact connection is voltage drop
on it
, (1)
where
– current
through
contacts,
– contact resistance.
The
current rapid
changes,
peculiar to
SC mode,
lead to
increase of
the
electrodynamic
forces that
reduce contact
pressure, while
this reduction
increases the
contact
resistance
.
Higher
further
increases
,
caused by
the rise
in current.
The
ratio between
the currents
(the highest
current which
does not
cause plastic
deformation of
contacts),
(incipient
fusion current)
and the currents
at certain
modes in
the heating
circuit of the
electric locomotives
ChS8, ChS4
are specified in
[1, 2]. This
study raises
the problem
to study
quantitatively
the dependence
of contact
resistance
of the
contactors
1SVAD8
(locomotive
ChS8) [13]
and 7SP1
(locomotive
ChS4) [15]
on the
contact pressure
force at
different
operation modes
of heating
circuits [9].
Let
us consider
first the
influence of
the value
of the
contact pressure
force,
caused by
the springs,
of 1SVAD8-type
contactor on the
current value
in nominal
mode. The
contact pressure force
for this contactor may be in the range of
80 N to 100 N [13]. Transition resistance at nominal mode [14,
16] is as follows:
, (2)
where
– specific
electrical
resistance of
contact
materials at
nominal mode,
;
– specific
crease-resistance
of contact materials;
– the
number of contact points;
– contact
pressure force,
N.
Specific
electric
resistance
of contact
materials at
nominal mode
(when
permissible
excess
temperature of
contacts at
ambient
temperature of
by
DSTU 2773-94
does not
exceed
):
, (3)
where
– specific resistance
at 0 C,
;
– temperature
coefficient of
specific
resistance,
;
.
Material of the contacts is silver (silver lining).
;
;
(for surface
contacts);
specific crease-resistance
for silver
contacts
[13, 15, 16].
Then:
,
According to
(2) when
N:
Ohm
According to [6]
, (4)
where
– voltage drop in the contact that
corresponds to material softening. For silver
V [14].
In figures:
А
When
N:
Ohm
А
Thus,
ensuring of
the maximum
pressure force
N
during operation
of the
contactor 1SVAD8
increases the
value of
current
,
that does
not cause
plastic
deformation of
contacts by
compared to
the current
value
at the
minimum
allowable value
of the
pressure force
N.
For contactor 7SP1 [13, 15, 16]:
– contact
pressure force
may be
in the
range of
90 N to
120 N;
– contact material is cadmium copper;
–
(for linear contacts);
– ;
– ;
– .
Then
When
N:
Ohm
V
[6].
А
When
N:
Ohm
А
Thus,
ensuring of
the maximum
pressure force
N during
operation of
the contactor
7SP1 in
nominal mode
increases the
value of
current
,
that does
not cause
plastic
deformation of
contacts by
compared to
the current
value
at the
minimum
allowable value
of the
pressure force
N.
Further, we
consider the effect of the force
on the current value
.
For contactor 1SVAD8:
– fusion
temperature for
silver is
[16];
–
V [6];
At the beginning of fusion according to (3):
.
When
N according to
(2):
Ohm
[6]
In figures
А
When
N:
Ohm
А
Thus,
ensuring of
the maximum
pressure force
N
during operation
of the
contactor 1SVAD8
increases the
fusion current
by
compared to
the fusion
current value
at the
minimum
allowable value
of the
pressure force
N.
For contactor 7SP1:
– fusion
temperature for copper
[16];
–
V [6];
At the beginning of fusion according to (3):
When
N:
Ohm
According to (5):
А
When
N:
Ohm
А
Thus,
ensuring of
the maximum
pressure force
N during
operation of
the contactor
7SP1 increases
the fusion
current by
compared to
the fusion
current value
at the
minimum
allowable
pressure force
N.
Further we
define the electrodynamic repulsion forces
between the contacts, under which the
contact pressure is reduced, resulting in
increased
contact
resistance
.
It is necessary to assess the value of the
forces
compared
to the forces
.
May the effect of
lead
to contact breaking?
These forces are equal to [12]:
,
(5)
where
and
are the sizes indicated in Fig. 1;
– current
in heating
circle at
appropriate
mode.
Fig. 1. Scheme of current flow lines in the contact
Fig. 1 shows
a conventional scheme of the current lines approach to the contact
point. At the sections
and
the currents
have opposite
directions and
there are the electrodynamic repulsion
forces between them.
In case of alternating current the
electrodynamic repulsion force pulses with double frequency compared
to the current frequency, varying from zero to the maximum value
without changing the sign (as in the expression (5) the current
is
squared). Radius
of the creasing
area (cm) is
determined by the pressure force in
the contacts and resistance
[12]:
. (6)
The
most (shock)
values of
will be
in SC
mode when
there is
no load
on the
heating coil.
[3] For electric locomotive ChS8
(contactor 1SVAD8) the shock currents
during short circuit in the heating circle
equal to [1, 2];
А when
kV
А when
kV
А when
kV.
is voltage
in the
contact network:
the minimum
allowable in
operation (19 kV),
nominal (25 kV),
the maximum
allowable (29
kV). SC
took place
at the
time point,
when,
,
where
is the
phase angle
for the first time point of SC.
– is the angle between the vectors
та and
in SC mode.
and
are voltage and current in the traction
transformer SC study during short-circuiting of heating coil. We
consider the most difficult option when SC for
is at the electric circuit section of from
the heating coil clamp to the first electric furnace in the car.
Such SC can result from the breakdown of high voltage cable lines,
inter-car connection isolation (which is most likely), erroneous
actions of service personnel, etc. [8].
For
calculations we take the average of the contact pressure force
N,
,
cm [2].
According to (6):
cm.
According to (5):
N
when
kV.
N
when
kV.
N
when
kV.
Pressure
force
N under
the influence of the forces
will
decrease in
the range
from
to
.
Thus, under the influence of electrodynamic repulsion forces in this case the 1SVAD8 contactor contacts will not be disconnected, but the contact pressure is significantly reduced, leading to a substantial increase in contact resistance, instant increase in contact energy losses and therefore to increased contact fusing.
For
electric
locomotive ChS4
(contactor 7SP1)
the shock
currents
in
the same
condition, that
the short
circuit is
occurred at
time point
when
,
equal to
[1, 2]
А when
kV
А when
kV
А when
kV.
For
calculations we take
N,
,
cm [2].
According to (6):
cm.
According to (5):
N
when
kV.
N
when
kV.
N
when
kV.
Thus,
under the
influence of
electrodynamic
repulsion forces
(and
)
the 7SP1
contactor
contacts of
will not
be disconnected,
but the
contact pressure
is significantly
reduced, leading
to a
substantial
increase in
contact
resistance,
instant increase
in contact
energy losses
and therefore
to increased
contact fusion.
However
the
electrodynamic
repulsion force
and the
contactor 7SP1
can disconnect
liberally,
bearing SC
current. Thus
a powerful
electric arc
arises that
first of all will fuse the
contacts. It
should be noted that the scheme does not provide the circuit
breaking by the contactors 1SVAD8 and 7SP1 in current. Given
that on
the electric locomotives
ChS8 and
ChS4 the
currents
,
,
are equal
to several
thousand
amperes, it
can be
stated that
for the
time
sec [2] (until
the main
switch
deenergizes the
circuit of the
electric locomotive)
the fusion
process will
pass its active
phase. The
fused metal,
spraying in
all directions,
can cause
a fire
in the
chamber, where
contactors
1SVAD8 and
7SP1are
mounted.
Let us
consider the effect of the contactor contacts pressure on the value
of the electrodynamic repulsion forces at SC in the heating circuit.
For example, we consider SC at
kV, when
.
Contactor
1SVAD8:
А. When
N according to
(6):
cm.
N.
When
N
cm.
N.
Thus
ensuring of
the maximum
allowable
pressure force
N during
operation of
the contactor
1SVAD8 reduces
the
electrodynamic
contact
repulsion force
at SC
in the
heating circuit
by
compared to
the value
at the
minimum
allowable force
N.
Contactor
7SP1:
А. When
N according
to (6):
cm.
N
When
N
cm.
N.
Thus
ensuring of
the maximum
allowable
pressure force
N during
operation of
the contactor
7SP1 reduces
the
electrodynamic
contact
repulsion force
at SC
in the
heating circuit
by
compared to the value
at the minimum allowable force
N. That
is to
say, both
for contactor
1SVAD8 and
for contactor
7SP1 ensuring
of the
maximum
allowable
pressure force
during operation
does not significantly
affects the
value
compared to
the case
when
has the minimum
allowable value.
Findings
Taking
the contactors
1SVAD8
(locomotive
ChS8) and
7SP1 (locomotive
ChS4) as
an example,
the authors
conducted the
calculations and
found that
the peak
pressure force
increases the
currents
and
for these
contactors by
11.8 %; 15.5 %; 11.8 %; and
15.4 % respectively
(compared with
the specified
currents at
the minimum
pressure force).
Influenced by
the pressure force of contacts for 1SVAD8 contactor decreased by
13.8–31.8
%, and for 7SP1contactor the value
may
be greater than the pressure force; this can lead to spontaneous
shutdown of the closed contactor that is not provided by the control
circuit. Ensuring
during operation the maximum allowable pressure force of the
contacts
slightly affects the value
,
compared with the case when
has the minimum permissible value (in
event of a fault in the heating circuit
for
contactors 1SVAD8 and 7SP1 is reduced by only 2.45
% and 2.59 %
respectively).
Originality and practical value
The paper for the first time presented a quantitative assessment of influence of contactor contact pressure in power circuits of electric stock on their plastic deformation and fusing using the proposed engineering method.
The results
obtained during the research allow solving the problem for
developing measures aimed to improve the reliability of the heating
circuits of electric locomotives ChS8 and ChS4. The proposed method
of determining
and
can be used to quantify the influence of pressure of the main
electric contacts mounted in power circuits of electric stock of all
series, if during the operation there are cases of plastic
deformation, fusing, welding of such contacts, in order to improve
the reliability of power circuits.
Conclusions
1. The proposed method of determining the influence of the contact pressure of contactors in the power circuits of electric stock on their plastic deformation and fusing can be used for all series of electric locomotives and trains.
2. Ensuring the maximum allowable pressure force during operation of the contactors 1SVAD8 and 7SP1 increases the value of current that does not cause plastic deformation of contacts, respectively by 11.8 % and 15.5 %, compared with the value of this current at the minimum allowable value of the pressure force. Herewith the fusion current of the contacts increases respectively by 11.8 % and 15.4 %.
3. The electrodynamic contact repulsion forces during SC in the heating circuits of the electric locomotives ChS8 (contactor 1SVAD8) at the contact network voltage of 19 kV, 25 kV, 29 kV are respectively equal to 12.4 N, 21.5 N, 28.6 N, which leads to a significant increase in contact resistance, instant increase in contact energy losses and therefore to increased contact fusing. These forces in the heating circuit of the electric locomotives ChS4 (contactor 7SP1) are equal to 41.4 N (at 19 kV), 71.73 N (at 25 kV) and at 29 kV the repulsion force is 96.5 N, that is more than the minimum allowable pressure force of 90 N. Therefore, the contactor 7SP1 can disconnect liberally, bearing SC current, and that is not envisaged by the scheme.
4. The results of the research can be used in the development of measures to improve the reliability of power circuits of the electric stock.
LIST OF REFERENCE LINKS
Дослідження
процесу короткого
замикання у
колі опалення
електровоза ЧС8
/ Л. В.
Дубинець,
О.
О. Карзова,
О. Л.
Маренич, Є.
Р. Сушкевич
// Гірн. електромеханіка
та автоматика
: наук.-техн.
зб. / Нац.
гірн. ун-т.
– Дніпропетровськ,
2011. – № 86. – С.
159–167.
Дослідження та розробка заходів щодо підвищення надійності захисту кіл опалення пасажирських електровозів змінного струму : звіт про НДР / Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна ; кер. Дубинець Л. В. ; вик. : Устименко Д. В., Маренич О. О. – Дніпропетровськ, 2010. – 44 с.– Бібліогр.: с. 42. – № ДР 0110U006290.
Дубинець, Л. В. Електричні машини. Трансформатори. Асинхронні машини : навч. посібник для вузів / Л. В. Дубинець, О. І. Момот, О. Л. Маренич. – Дніпропетровськ : Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна, 2004. – 208 с.
Дугостойкий электроконтактный материал на основе меди для электроаппаратуры тягового подвижного состава / Л. А. Тимофеева, В. С. Морозов // Інформ.-керуючі системи на залізн. трансп. – 2015. – №. 6. – С. 37–41. doi: 10.18664/ikszt.v0i6.59967.
Загирняк, М. В. Электрические аппараты : учеб. пособие / М. В. Загирняк, Н. И. Кузнецов. – Кременчуг : Кременчуг. гос. политехн. ун-т, 2005. – 319 с.
Захарченко, Д. Д. Тяговые электрические аппараты : учеб. для вузов / Д. Д. Захарченко. – Москва : Транспорт, 1991. – 247 с.
Клименко, Б. В. Електричні апарати. Електромеханічна апаратура комутації, керування та захисту. Загальний курс : навч. посібник / Б. В. Клименко. – Харків : Точка, 2012. – 340 с.
Лапшин, Е. В. Электрические аппараты и цепи пассажирских вагонов / Е. В. Лапшин // Вагонный парк. – 2013. – № 6. – С. 14–21.
Маренич, О. О. Вплив відхилень параметрів привода електромагнітних контакторів електрорухомого складу від їх номінальних значень на надійність роботи контакторів / О. О. Маренич // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2009. – Вип. 26. – С. 60–62.
Муравьев, Д. В. Анализ потерь мощности в электромагнитных контакторах типа МК электровозов постоянного и переменного тока / Д. В. Муравьев // Транспорт Урала. – 2016. – № 1 (48). – С. 46–52. doi: 10.20291/1815-9400-2016-1-46-52.
Муха, А. М. Підвищення надійності гібридних тягових електричних апаратів / А. М. Муха // Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта : тез. докл. 73 Междунар. науч.-практ. конф. (23.05–24.05.2013) / Днепропетр. нац. ун-т ж.-д. трансп. им. акад. В. Лазаряна ; Науч.-произв. предприятие «Укртрансакад». – Днепропетровск, 2013. – С. 129–130.
Нагрев сильноточных электрических контактов ударными токами короткого замыкания / А. М. Чалый, В. А. Дмитриев, М. А. Павлейно, О. М. Павлейно // Электронная обработка материалов. – 2013. – Т. 49, № 5. – С. 81–88.
Описание приборов «А» ЧС8. Комплект эксплуатационной документации к электровозу ЧС-8. – Киев, 2010. – 156 с.
Основы теории электрических аппаратов : учебник / под ред. И. С. Таева. – Москва : Высш. шк., 1987. – 352 с.
Пассажирские электровозы ЧС4 и ЧС4т / В. А. Каптелкин, Ю. В. Колесин, И. П. Ильин [и др.]. – 2-е изд., доп. и перераб. – Москва : Транспорт, 1975. – 384 с.
Таев, И. С. Электрические аппараты автоматики и управления : учеб. пособие для ВТУЗов / И. С. Таев. – Москва : Высш. шк., 1975. – 224 с.
Электрические и электронные аппараты : учебник : в 2 т. / под ред. А. Г. Годжелло, Ю. К. Розанова. – Москва : Изд. центр «Академия», 2010. – Т. 1 : Электромеханические аппараты. – 352 с.
A Novel Breaking Strategy for Electrical Endurance Extension of Electromagnetic Alternating Current Contactors / Z. Wu, G. Wu, C. Chen [et al.] // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 6. – Iss. 5. – P. 749–756. doi: 10.1109/TCPMT.2016.2542101.
Load influence on the response of AC-Contactors under power quality disturbances / A. Honrubia-Escribano, E. Gómez-Lázaro, A. Molina-Garcia, S. Martín-Martínez // Intern. J. of Electrical Power & Energy Systems. – 2014. – Vol. 63. – P. 846–854. doi: 10.1016/j.ijepes.2014.06.056.
Pressman, A. I. Switching Power Supply Design / A. I. Pressman. – New York : McGraw-Hill, Inc., 1999. – 677 p.
Tunaboylu, B. Electrical Characterization of Test Sockets With Novel Contactors / B. Tunaboylu // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. – 2014. – Vol. 14. – Іss. 1. – P. 580–582. doi: 10.1109/tdmr.2012.2209888.
Sterl, N. Power relays. EH-Schrack Components AG / N. Sterl. – Vienna, Austria : Tyco Electronics Austria GmbH G, 1997. – 137 p.
О. Ю. Балійчук1*, Л. В. Дубинець2, О. Л. Маренич3, Д. В. Устименко4
1*Каф.
«Електротехніка та електромеханіка»,
Дніпропетровський національний
університет залізничного транспорту
імені академіка В. Лазаряна,
вул.
Лазаряна, 2, Дніпро, Україна, 49010, тел.
+38 (056) 373 15 47,
ел. пошта baliichukaleksei@mail.ru,
ORCID 0000-0003-0119-1446
2Каф.
«Електротехніка та електромеханіка»,
Дніпропетровський національний
університет залізничного транспорту
імені академіка В. Лазаряна,
вул.
Лазаряна, 2, Дніпро, Україна, 49010, тел.
+38 (056) 373 15 47,
ел. пошта mona.shelley@gmail.com,
ORCID 0000-0003-0319-4544
3Каф.
«Електротехніка та електромеханіка»,
Дніпропетровський національний
університет залізничного транспорту
імені академіка В. Лазаряна,
вул.
Лазаряна, 2, Дніпро, Україна, 49010, тел.
+38 (056) 373 15 47,
ел. пошта mona.shelley@gmail.com,
ORCID 0000-0003-3602-5851
4Каф.
«Електротехніка та електромеханіка»,
Дніпропетровський національний
університет залізничного транспорту
імені академіка В. Лазаряна,
вул.
Лазаряна, 2, Дніпро, Україна, 49010, тел.
+38 (056) 373 15 47,
ел. пошта ustimenko.1979@gmail.com,
ORCID 0000-0003-2984-4381
Вплив
натиснення контактів контакторів
у
силових колах електрорухомого складу
на їх пластичну деформацію та плавлення
Мета.
У роботі необхідно провести дослідження
для отримання результатів, які дозволять
кількісно оцінити вплив натиснення
контактів контакторів у силових колах
електрорухомого складу на значення
найбільшого струму
,
що не викликає пластичної деформації
контактів; та на значення струму
– початку плавлення контактів із
урахуванням умов експлуатації. Тому
такі дослідження з метою встановлення
причин розплавлення контактів є
актуальними. Методика.
Запропоновано інженерний метод
визначення струмів
та
із урахуванням величини натиснення
контактів, визначення електродинамічних
сил відштовхування контактів
,
а також впливу натиснення на значення
таких сил. Результати.
На прикладі контакторів 1SVAD8 (електровоз
ЧС8) та 7SP1 (електровоз ЧС4) після проведених
авторами розрахунків встановлено, що
забезпечення максимальної сили
натиснення збільшує струми
та
для вказаних контакторів на 11,8 %; 15,5 %;
11,8 %; та 15,4 % відповідно (в порівнянні з
вказаними струмами при мінімальній
допустимій силі натиснення). Під впливом
сила натиснення контактів контактора
1SVAD8 зменшується на 13,8…31,8 %, а для
контактора 7SP1 значення
може стати більше за
силу натиснення. Це може призвести до
самовільного відключення контактора
під струмом, що не передбачено схемою
керування. Забезпечення при експлуатації
максимальної допустимої сили натиснення
контактів
незначно впливає на значення
,
у порівнянні з випадком, коли
має мінімальне допустиме значення (при
короткому замиканні у колі опалення
для контакторів 1SVAD8 та 7SP1 зменшується
всього на 2,45 % та 2,59 % відповідно). Наукова
новизна. Авторами
вперше дана чисельна оцінка впливу
натиснення контактів контакторів у
силових колах електрорухомого складу
на їх пластичну деформацію та плавлення
з використанням запропонованого
інженерного методу. Практична
значимість. Отримані
в ході досліджень результати дозволяють
вирішувати задачу по розробці заходів
щодо підвищення надійності роботи кіл
опалення електровозів ЧС8 та ЧС4.
Запропонований метод із визначення
та
може бути використаний для кількісної
оцінки впливу натиснення головних
контактів електроапаратів, що стоять
у силових колах електрорухомого складу
всіх серій, якщо при експлуатації мають
місце випадки пластичної деформації,
плавлення, зварювання контактів цих
апаратів із метою підвищення надійності
роботи силових кіл.
Ключові слова: натиснення контактів; струм пластичної деформації; плавлення; сила натиснення; відштовхування; ударний струм; опір контактів
А. Ю. БалИйчук1*, Л. В. Дубинец2, О. Л. Маренич3, Д. В. Устименко4
1*Каф.
«Электротехника и электромеханика»,
Днепропетровский национальный
университет железнодорожного транспорта
имени академика В. Лазаряна,
ул. Лазаряна,
2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15
47,
эл. почта baliichukaleksei@mail.ru, ORCID
0000-0003-0119-1446
2Каф.
«Электротехника и электромеханика»,
Днепропетровский национальный
университет железнодорожного транспорта
имени академика В. Лазаряна,
ул. Лазаряна,
2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (056) 373 15 47,
эл. почта mona.shelley@gmail.com,
ORCID 0000-0003-0319-4544
3Каф. «Электротехника
и электромеханика», Днепропетровский
национальный
университет железнодорожного
транспорта имени академика В. Лазаряна,
ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел.
+38 (056) 373 15 47,
эл. почта mona.shelley@gmail.com,
ORCID 0000-0003-3602-5851
4Каф. «Электротехника
и электромеханика», Днепропетровский
национальный
университет железнодорожного
транспорта имени академика В. Лазаряна,
ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел.
+38 (056) 373 15 47,
эл. почта ustimenko.1979@gmail.com,
ORCID 0000-0003-2984-4381
ВЛИЯНИЕ
нажатия Контактов контакторов
В силовых
цепях электроподвижного состава
НА ИХ
пластическую деформацию И ПЛАВЛЕНИе
Цель.
В работе необходимо провести исследование
для получения результатов, которые
позволят количественно оценить влияние
нажатия контактов контакторов в силовых
цепах электроподвижного состава на
значение наибольшего тока
,
который не вызывает пластичной деформации
контактов;
и на значение тока
– начала
плавления контактов с учетом условий
эксплуатации. Методика.
Предложен инженерный метод определения
токов
и
(с учетом значения давления контактов),
электродинамических сил отталкивания
контактов
,
а также влияния давления на значения
таких
сил. Результаты.
На примере контакторов 1SVAD8
(электровоз ЧС8) и 7SP1
(электровоз ЧС4) после проведенных
авторами расчетов установлено, что
обеспечение максимальной силы давления
увеличивает токи
и
для указанных контакторов на 11,8 %; 15,5
%; 11,8 %; 15,4 % соответственно (в сравнении
с указанными токами при минимально
допустимой силе давления). Под влиянием
сила давления контактов контактора
1SVAD8 уменьшается на
13,8…31,8 %, а для контактора 7SP1
значение
может стать больше силы давления. Это
может привести к самопроизвольному
отключению контактора под током, что
не предусмотрено схемой управления.
Обеспечение при эксплуатации максимальной
допустимой силы давления контактов
несущественно влияет на значение
,
в сравнении со случаем, когда
имеет минимальное допустимое значение
(при коротком замыкании в цепи отопления
для контакторов 1SVAD8 и
7SP1 уменьшается всего на
2,45 % и 2,59 % соответственно). Научная
новизна. Авторами
впервые дана количественная оценка
влияния давления контактов контакторов
в силовых цепах электроподвижного
состава на их пластическую деформацию
и плавление с использованием предложенного
инженерного метода. Практическая
значимость. Полученные
при исследовании результаты позволяют
решать задачу разработки мероприятий
по повышению надежности работы цепей
отопления электровозов ЧС8 та ЧС4.
Предложенный метод по определению
и
может быть использован для количественной
оценки влияния давления главных
контактов электроаппаратов, которые
стоят в силовых цепях электроподвижного
состава всех серий, если при эксплуатации
имеют место случаи пластической
деформации, плавления, сваривания
контактов этих аппаратов с целью
повышения надежности работы силовых
цепей.
Ключевые слова: давление контактов; ток пластической деформации; плавление; сила давления; отталкивание; ударный ток; сопротивление контактов
references
Dubynets, L. V., Karzova, O. O., Marenych, O. L., & Sushkevych, Y. R. (2011). Doslidzhennia protsesu korotkoho zamykannia u koli opalennia elektrovoza ChS8. Mining Electrical Engineering and Automation, 86, 159-167.
Dubynets, L. V., Ustymenko, D. V., & Marenych, O. O. (2010). Doslidzhennia ta rozrobka zakhodiv shchodo pidvyshchennia nadiinosti zakhystu kil opalennia pasazhyrskykh elektrovoziv zminnoho strumu. [Manuscript]. No. DR 0110U006290. Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, Dnipropetrovsk, Ukraine.
Dubynets, L. V., Momot, O. I., & Marenych, O. L. (2004). Elektrychni mashyny. Transformatory. Asynkhronni mashyny. Dnipropetrovsk: Dnipropetrovsk National University of Railway Transport Press.
Timofeyeva, L. A., & Morozov, V. S. (2015). Arc-resistant copperbased electrocontact material for electrical equipment of traction rolling stock. Informacijno-kerujuchi systemy na zaliznychnomu transporti, 6, 37-41. doi: 10.18664/ikszt.v0i6.59967
Zagirnyak, M. V., & Kuznetsov, N. I. (2005). Elektricheskiye apparaty. Kremenchuk: Kremenchuk State Polytechnic University Press.
Zakharchenko, D. D. (1991). Tyagovyye elektricheskiye apparaty. Moscow: Transport.
Klymenko, B. V. (2012). Elektrychni aparaty. Elektromekhanichna aparatura komutatsii, keruvannia ta zakhystu. Zahalnyi kurs. Kharkiv: Tochka.
Lapshin, Y. V. (2013). Elektricheskiye apparaty i tsepi passazhirskikh vagonov. Car Fleet, 6, 14-21.
Marenych, O. O. (2009). The deviations effect of the parameters of the actuator of the electric rolling stock electromagnetic contactors from their nominal values on the reliability of contactors. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 26, 60-62.
Muravyov, D. V. (2016). Analysis of power losses in magnetic contactors of MK-type DC and AC locomotives. Transport of the Urals, 1(48), 46-52. doi:10.20291/1815-9400-2016-1-46-52
Mukha, A. M. (2013). A reliability raising of hybrid traction electric apparatus. Abstracts of the 73 International Scientific and Practical Conference “The Problems and Prospects of Railway Transport Development”, May 23-24, 2013, Dnipropetrovsk. 129-130.
Chalyi, A. M., Dmitriiev, V. A., Pavlieino, M. A., & Pavlieino, O.M. (2013). Nagrev silnotochnykh elektricheskikh kontaktov udarnymi tokami korotkogo zamykaniya. Elektronnaya obrabotka materialov, 49(5), 81-88.
Opisaniye priborov “A” ChS8: Komplekt ekspluatatsionnoy dokumentatsii k elektrovozu ChS-8. (2010). Kyiv.
Taev, I. S. (Ed). (1987). Osnovy teorii elektricheskikh apparatov. Moscow: Vysshaya shkola.
Kaptelkin, V. A., Kolesin, Y. V., Ilin, I. P., Potapov, A. S., & Mokhovikov, D. I. (1975). Passazhirskiye elektrovozy ChS4 i ChS4t (2nd ed.). Moscow: Transport.
Taev, I. S. (1975). Elektricheskiye apparaty avtomatiki i upravleniya. Moscow: Vysshaya shkola.
Godzhello, A. G., & Rozanov, Y. K. (Eds). (2010). Elektricheskiye i elektronnyye apparaty: Elektromekhanicheskiye apparaty (Vol. 1). Moscow: Academia.
Wu, Z., Wu, G., Chen, C., Fang, Y., Pan, L., & Huang, H. (2016). A Novel Breaking Strategy for Electrical Endurance Extension of Electromagnetic Alternating Current Contactors. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 6(5), 749-756. doi: 10.1109/TCPMT.2016.2542101
Honrubia-Escribano, A., Gómez-Lázaro, E., Molina-Garcia, A., & Martín-Martínez, S. (2014). Load influence on the response of AC-Contactors under power quality disturbances. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 63, 846-854. doi: 10.1016/j.ijepes.2014.06.056
Pressman, A. I. (1999). Switching Power Supply Design. New York, USA: McGraw-Hill, Inc.
Tunaboylu, B. (2014). Electrical Characterization of Test Sockets With Novel Contactors. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 14(1), 580-582. doi: 10.1109/tdmr.2012.2209888
Sterl, N. (1997). Power relays. EH-Schrack Components AG. Vienna, Austria: Tyco Electronics Austria GmbH.
Prof. A. M. Mukha, D. Sc. (Tech.), (Ukraine); Prof. F. P. Shkrabets, D. Sc. (Tech.), (Ukraine) recommended this article to be published)
Accessed: Dec. 14, 2016
Received: March 23, 2017
doi 10.15802/stp2017/100083 © O. Y. Baliichuk, L. V. Dubynets, O. L. Marenych, D. V. Ustymenko, 2017