Файл: 1. Приемники электрической энергии Введение.pdf

127
Рис. 86. Высокоскоростной поезд Shinkansen
На обычных железнодорожных линиях он движется несколько медленнее
– 443 км/ч. Необходимо заметить, что скоростные поезда этой марки выпускаются уже 40 лет и не совершили ни одной аварии. Этот факт приводит к выводу, что они имеют большое будущее.
Повышение скорости до 300 км/ч и выше требует решения двух проблем.
Во-первых, необходимо свести к минимуму аэродинамическое сопротивление. Для этого все выступающие части, например токоприемники, снабжаются обтекателями. Вторая проблема – прогиб рельсов во время движения, оказывающий серьезное тормозящее действие. Для его уменьшения применяют усиленные рельсы, бетонные шпалы, щебеночный балласт, а сами поезда делают из легких сплавов, как самолеты.
В наиболее скоростных моделях применяется магнитная подвеска, что позволяет добиться заметного повышения скорости. Вместо традиционных рельсов такие поезда используют монорельс. Однако широкое внедрение поездов на магнитной подушке на современном этапе сдерживается технологическими и экономическими факторами.
Метрополитен

128
Определения метрополитена в различных источниках сильно отличаются друг от друга, потому что в разных странах и в разное время применялись собственные технические решения. Мы будем считать, что метро – это сугубо городской вид транспорта, максимально скрытый в туннелях, состоящий из небольшого количества вагонов и работающий с малыми временными интервалами. Вид поезда метро показан на рис. 87.
Рис. 87. Поезд метро
Первое метро было открыто в Лондоне в 1863 году. До 1890 года оно использовало паровую тягу, а потом было электрифицировано. Вскоре появились его аналоги в Америке, Греции, Австро-Венгрии. В России
Московский метрополитен был запущен в 1935 году.
В современных поездах метро все вагоны оборудованы собственным электроприводом и системой рекуперативного торможения. Сначала в качестве тяговых применялись коллекторные электродвигатели, позже их сменили асинхронные, управляемые специализированными инверторами. В наиболее распространенных в наше время головных и промежуточных вагонах все оси являются ведущими и приводятся в действие 4-мя электродвигателями по 114 кВт каждый. Такое конструкторское решение обеспечивает быстрый разгон и остановку состава. Токосъемный рельс – стальной, расположенный на стене туннеля. Рабочее напряжение – 825 В.
Трамвай

129
Прототипом трамвая является конка – вагон, движущийся по рельсам с помощью лошадей. После изобретения электродвигателя во многих странах начались попытки замены конной тяги на электрическую, что и было успешно реализовано в 1881 году в Германии. На рис. 88 изображен один из первых трамваев.
Рис. 88. Один из первых трамваев
В конце 19-го века выработка электроэнергии была уже достаточно развита, и внедрение трамваев в городской быт шло быстрыми темпами.
Этому способствовало отсутствие автомобилей и громоздкость паровозов.
В период между двумя мировыми войнами наступила эра автомобилей, и выпуск трамваев во всем мире начал сокращаться. Эта тенденция продолжилась и в послевоенные годы. Однако бесконтрольное заполнение улиц автомобилями породило такие проблемы, как пробки и загазованность городского воздуха. Трамваи получили новую жизнь. Их новые модели обрели новый облик, улучшили свои технические характеристики, значительно уменьшили производимый шум. Важным преимуществом трамваев перед другими видами городского транспорта является их большая вместимость. В некоторых странах трамвайные поезда достигают 90 м в длину.
В России пока отношение к трамваям довольно скептическое, но мировые тренды всегда доходят и до нас.

130
Троллейбус
Рис. 89. Троллейбус
Главным недостатком трамвая является производимый при движении шум, который создает проблемы жителям близлежащих домов. Троллейбус, изображенный на рис. 89, почти бесшумен и не загрязняет воздух. Во многих городах, в частности в Тольятти, он является единственным видом уличного электротранспорта.
Первое транспортное средство, которое можно считать троллейбусом, было испытано в Германии в 1881 году знаменитым изобретателем
Си́менсом. Токосъем осуществлялся с помощью 8-колесной тележки, катящейся по двум проводам. Конструкция оказалась не слишком надежной, часто происходили замыкания. Потом испытывались и другие варианты токосъемников, но современная штанговая конструкция была внедрена только в 1909 году.
В СССР первый троллейбус появился на улицах Москвы в 1933 году.
Эксперименты с двухэтажными троллейбусами ЯТБ-3, проведенные в 1938

131 году, были признаны неудачными из-за плохой устойчивости зимой. Однако конструкция из двух сочлененных троллейбусов и троллейбусные поезда, появившиеся в 50-е годы, используется и поныне.
Кроме пассажирских, существуют грузовые и специальные троллейбусы.
В качестве тяговых электродвигателей в первых троллейбусах применялись низкооборотные моторы постоянного тока с последовательным возбуждением. В послевоенные годы их стали заменять на быстроходные двигатели со смешанным возбуждением, сохранившиеся до наших дней. На новых моделях троллейбусов стали применять частотно-регулируемые приводы на основе асинхронных двигателей.

132 двигатель с редуктором, а также система управления скоростью и направлением вращения патрона.
Электродрели небольшой мощности используют сверла с цилиндрическим хвостовиком. Он зажимается специальными кулачками с помощью ключа или ручного механизма. При больших механических нагрузках такое крепление не обеспечивает нужной надежности. В мощных дрелях применяется конус Морзе – углубление в патроне в виде конуса с малым углом, куда вставляется сверло с хвостовиком соответствующей формы. Большая площадь соприкосновения сверла с патроном не допускает проскальзывания. Так же крепятся сверла и в сверлильных станках.
Применяемые в электродрелях коллекторные электродвигатели могут иметь параллельное или последовательное возбуждение. Последовательное практикуется чаще, так как в этом случае крутящий момент с ростом механической нагрузки возрастает, что делает процесс сверления более удобным.
Для изменения направления вращения ротора двигателя нужно поменять местами концы обмотки якоря или обмотки возбуждения, но только не двух одновременно, так как в этом случае ничего не изменится. Эта процедура выполняется механическим переключателем, расположенным на корпусе рядом с кнопкой включения. На рис. 91 он имеет вид рычага.
Рис. 91. Комбинированная кнопка управления дрели

133
Внутри кнопки расположена малогабаритная плата с симисторным регулятором, который управляет скоростью вращения двигателя путем изменения его тока. Метод регулирования – фазоимпульсный, то есть в каждый полупериод симистор может открываться в определенной фазе синусоидальной полуволны. Управляющий потенциометр в виде колесика желтого цвета расположен непосредственно на кнопке включения, которую можно зафиксировать, нажав желтую кнопку сбоку.
Кроме названных органов управления, электродрель имеет элементы защиты от перегрузки и противопомеховый фильтр.
Перфоратор
Некоторые электродрели имеют встроенный ударный механизм, позволяющие сверлить бетон или кирпич, однако его эффективности достаточно лишь для домашнего применения. Специальным инструментом для работы с указанными материалами считается перфоратор, изображенный на рис. 92.
Рис. 92. Перфоратор
Внешне он похож на электродрель, но имеет бо
́ льшую мощность, три режима работы и патрон специальной конструкции. Патрон рассчитан под цилиндрический хвостовик диаметром 10 или 18 мм с продольными канавками, что защищает его от проскальзывания. Такие стандартные хвостовики имеют не только сверла, которые в перфораторах принято

134 называть бурами, но и многие другие виды насадок. Например, часто используется коронка для сверления отверстий большого диаметра под розетки. Также широко применяются пики различной формы для разрушения бетона или снятия старой плитки. В таких случаях перфоратор работает в ударном режиме без сверления. Предусмотрен и режим сверления без удара, то есть работа в качестве обычной дрели.
Ударный механизм может быть электромагнитным и пневматическим.
В современных перфораторах применяется пневматический, включающий цилиндр и поршень. Под воздействием пульсаций давления воздуха боек ударяет по торцевой части хвостовика. В электромагнитном механизме возвратно-поступательное движение бойка происходит с помощью двух катушек.
Шуруповерт
Закручивание шурупов вручную – тяжкий труд, приводящий к образованию мозолей. После изобретения электродрели ее начали применять и для автоматизации этого процесса, для чего вместо сверла стали устанавливать отвертку без ручки. Потом изменили шлиц шурупа и стали выпускать дрель специальной конструкции и специальные насадки, называемые битами.
У старых шурупов шлиц представлял собой канавку на шляпке и бита часто соскальзывала. Сначала появились шурупы со шлицом крестообразной и шестигранной формы, надежно удерживающие шуруп, затем биты под головку болта и другие. Сам инструмент тоже существенно изменился.
Прежде всего, для закручивания шурупов требуется существенно меньшая мощность и скорость вращения, чем для сверления. Поэтому, как правило, шуруповерты заметно меньше размером, чем дрели и часто имеют питание от аккумуляторов. Обязательным элементом конструкции шуруповерта является регулятор крутящего момента, так как часто требуется вкручивать шуруп на конкретную глубину, например при работе с гипсокартонном или мягким деревом. Внешний вид шуруповерта показан на рис. 93.

135
Рис. 93. Шуруповерт
Угловая шлифовальная машинка
Рис. 94. Угловая шлифовальная машинка
Угловая шлифовальная машина изображена на рис. 94. Ее изобрели в
Германии, но в нашу страну данный вид инструмента в первое время поставляли из Болгарии. Поэтому ее обычно называют болгаркой и используют преимущественно для резки и шлифовки изделий из металла, камня, плитки, кирпича и других подобных материалов. Для шлифовальных работ болгарку сейчас используют редко, так как есть множество специальных шлифмашинок, которые мы рассмотрим далее.

136
Этот инструмент имеет достаточно мощный и высокооборотный двигатель. При резке металлов используются специальные абразивные круги, армированные стальной сеткой для повышения прочности. Резку материалов типа камня выполняют кругами специальной конструкции с алмазным напылением. Есть и так называемые зачистные круги, которыми удобно очищать металлы от ржавчины, сглаживать острые углы и неровности сварных соединений. Для очистки от сильных загрязнений выпускаются круги с проволочной щеткой, а для шлифовки поверхностей – круги из мягкой резины под крепление наждачной бумаги.
Среди рассмотренных видов электроинструмента угловая шлифмашинка считается наиболее опасной в эксплуатации. К работе с ней могут допускаться только подготовленные специалисты.
Кроме стандартных мер безопасности, при работе с болгаркой необходимо учитывать ее специфические особенности. Как было замечено выше, это мощный высокооборотный инструмент. Отрезные диски при резке металла создают много искр, которые могут вызвать пожар, если попадут на легковоспламеняющиеся материалы. Кроме искр, с большой скоростью летят частицы диска и металла, способные повредить кожу и особенно глаза.
Нередко по разным причинам, в том числе из-за ошибок рабочего, диск разлетается на части, обладающие большой кинетической энергией. Для защиты от всего этого должна применяться защитная маска или очки и соответствующая одежда. Вблизи рабочего места не должно быть посторонних людей и предметов. Особенно необходимым средством защиты является защитная маска, изображенная на рис. 95.

137
Рис. 95. Защитная маска
При работе с камнем, бетоном и плиткой в сторону рабочего также с большой энергией летят частицы, выделяется очень много пыли. Эта пыль раздражает органы зрения и дыхания, и поэтому вместе с защитной маской или очками нужно использовать респиратор.
Особую опасность болгарка представляет при частичном «заедании» диска. Это может случиться при резке металла на большую глубину, когда из-за небольшого перекоса диск зацепляется и инструмент с большой силой бросает в сторону. В результате можно получить серьезные раны тела, особенно ног. Чтобы такого не случилось, стоять нужно в стороне от плоскости диска.
Ленточная шлифовальная машинка
Для шлифовки больших поверхностей, например дверных полотен, используют ленточные шлифовальные машинки. В них шкурка в виде ленты движется по вращающимся валикам. Один из валиков – ведущий, он приводится в действие коллекторным электродвигателем с редуктором. Это самый простой вариант, он показан на рис. 96а. а) б) в)
Рис. 96. Электрические шлифмашинки: а – ленточная, б – дельташлифовальная, в – эксцентриковая
Более современной является вибрационная машинка. Ее подошва прямоугольной формы вибрирует с частотой около 300 Гц и амплитудой 1–2 мм. К подошве с помощью пружинных зажимов или на липучках прикрепляется шкурка. В шкурке и подошве имеются отверстия для удаления