INFLUENCE OF CONTACTOR CONTACT PRESSURE IN POWER CIRCUITS OF ELECTRIC STOCK ON THEIR PLASTIC DEFORMATION AND FUSING

O. Y. Baliichuk, L. V. Dubynets, O. P. Marenych, D. V. Ustymenko

Abstract


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 Id, that does not cause plastic deformation of contacts; and on the current value Ifs– 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 Id and Ifs, taking into account the value of contact pressure, electrodynamic forces of contact repulsion Fe.d.r, 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 Id and Ifs 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 Fe.d.r the pressure force of contacts for 1SVAD8 contactor decreased by 13.8…31.8%, and for 7SP1contactor the value Fe.d.r 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 Fc slightly affects the value Fe.d.r, compared with the case when Fc has the minimum permissible value (in event of a fault in the heating circuit Fe.d.r 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 Id and Ifs 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

Full Text:

PDF

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.


GOST Style Citations


  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Загирняк, М. В. Электрические аппараты : учеб. пособие / М. В. Загирняк, Н. И. Кузнецов. – Кременчуг : Кременчуг. гос. политехн. ун-т, 2005. – 319 с.
  6. Захарченко, Д. Д. Тяговые электрические аппараты : учеб. для вузов / Д. Д. Захарченко. – Москва : Транспорт, 1991. – 247 с.
  7. Клименко, Б. В. Електричні апарати. Електромеханічна апаратура комутації, керування та захисту. Загальний курс : навч. посібник / Б. В. Клименко. – Харків : Точка, 2012. – 340 с.
  8. Лапшин, Е. В. Электрические аппараты и цепи пассажирских вагонов / Е. В. Лапшин // Вагонный
    парк. – 2013. – № 6. – С. 14–21.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. Описание приборов «А» ЧС8. Комплект эксплуатационной документации к электровозу ЧС-8. – Киев, 2010. – 156 с.
  14. Основы теории электрических аппаратов : учебник / под ред. И. С. Таева. – Москва : Высш. шк.,
    1987. – 352 с.
  15. 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.
  16. Таев, И. С. Электрические аппараты автоматики и управления : учеб. пособие для ВТУЗов /
    И. С. Таев. – Москва : Высш. шк., 1975. – 224 с.
  17. 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.
  18.  A Novel Breaking Strategy for Electrical Endurance Extension of Electromagnetic Alternating Current Contactors / Z. Wu, G. Wu, C. Chen [et all.]  // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 6. – Iss. 5. – P. 749–756.
    doi: 10.1109/TCPMT.2016.2542101.
  19. Load influence on the response of AC-Contactors under power quality disturbances / A. Honrubia-Escribano, E. Gómez-Lázaro, A. Molina-Garcia, S. Martín-Martínez // International J. of Electrical Power & Energy Systems. – 2014. – Vol. 63. – P. 846–854. doi: 10.1016/j.ijepes.2014.06.056.
  20. Pressman, A. I. Switching Power Supply Design / A. I. Pressman. – New York : McGraw-Hill, Inc., 1999. – 677 p.
  21. 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.
  22. Sterl, N. Power relays. EH-Schrack Components AG / N. Sterl. –Vienna,Austria: Tyco ElectronicsAustriaGmbH G, 1997. – 137 p.


DOI: http://dx.doi.org/10.15802/stp2017/100083

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)