УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА САМОВОЗБУЖДЕНИЯ

Устройство защиты электрогенератора самовозбуждения относится к электротехнике и может быть использовано в системах автономного электроснабжения железнодорожных вагонов с электрогенераторами самовозбуждения для регулирования тока возбуждения электрогенераторов.
Известно наиболее близкое по технической сущности устройство защиты электрогенератора самовозбуждения, взятое за прототип (см. Устройство регулирования и управления системы автономного электроснабжения ДУГГ28Б. Техническое описание 2470.072-973:61/9 стр.2, 9. Функциональная схема 2470.072-974:61/9 стр.1, Берлин, 1993 г.), которое содержит блок мощности с силовым ключом и его устройством управления, соединенным с выходом широтно-импульсного модулятора (ШИМ), причем вход силового ключа через линейный автомат защиты подключен к выходу электрогенератора, а выход - к обмотке возбуждения и входу интегратора, выход которого через формирователь импульсов соединен с управляющим электродом тири-стора, анод которого подключен к выходу линейного автомата защиты, а катод - к отрицательной полярности выходного напряжения электрогенератора.
Недостатками этого устройства являются:
- значительные переходные процессы при коммутации токов короткого замыкания электрогенератора;
- низкий ресурс коммутационных элементов и низкая эксплуатационная надежность;
г
г
- ограниченный диапазон функционирования по напряжению электрогенератора U (только при U >70 В);
- плохие массогабаритные характеристики и повышенная стоимость при реализации;
- большие потери времени при локализации неисправности и восстановлении рабочих функций;
- повышенная вероятность отказа центробежной муфты от перегрузок при превышении длительности тактирующих импульсов от ШИМ установленного максимального значения, особенно в момент включения, так как в этом случае будет происходить более интенсивное нарастание возбуждения электрогенератора при низкой скорости вращения оси, когда муфта еще не включена.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования устройства защиты электрогенератора за счет введения селектора длительности импульсов от ШИМ, логических элементов ИЛИ, НЕ для блокировки силового ключа блока мощности при сбоях или отсутствии тактирования напряжения возбуждения и устройства индикации и сигнализации неисправности тракта тактирования напряжения возбуждения.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве защиты электрогенератора, которое содержит блок мощности с силовым ключом и устройством управления, вход силового ключа через линейный автомат защиты подключен к выходу электрогенератора, а выход силового ключа соединен с обмоткой возбуждения электрогенератора, тактовый вход устройства управления соединен с выходом ШИМ, в соответствии с полезной моделью в него введены первый селектор длительности импульсов, инвертор и резистор смещения, входы первого селектора длительности, инвертора и вывод резистора смещения соединены с выходом ШИМ, а выходы первого селектора длительности и инвертора через логический элемент ИЛИ подключены
ко входу блокировки устройства управления силовым ключом блока мощности и входу устройства индикации и сигнализации, второй селектор длительности, вход которого подключен к обмотке возбуждения, а его выход соединен со входом бистабильной схемы, выход которой соединен со входом логического элемента ИЛИ и через устройство временной задержки - со входом повторителя, выход которого соединен с катушкой дистанционно-управляемого расцепителя линейного автомата защиты.
Сущность полезной модели объясняется чертежом, где на фиг. показана структурная схема предлагаемого устройства защиты электрогенератора самовозбуждения.
Предлагаемое устройство содержит блок мощности 1 с силовым ключом 2 и устройством управления 3, вход силового ключа 2 через линейный автомат защиты 4 подключен к выходу электрогенератора 5, выход силового ключа соединен с обмоткой возбуждения 6 и входом второго селектора длительности 7, выход ШИМ 8 соединен со входом тактирования устройства управления 3 блока мощности, входом первого селектора длительности 9, входом инвертора 10 и выводом резистора смещения 11, выходы первого селектора длительности 9 и инвертора 10 соединены со входом логического элемента ИЛИ 12, выход которого соединен с входом блокирования устройства управления 3 и входом устройства индикации и сигнализации 17, выход второго селектора длительности 7 соединен со входом бистабильной схемы 13, выход которой соединен со входом логического элемента ИЛИ 12 и через устройство временной задержки 14 - со входом повторителя 15, выход которого подключен к катушке 16 дистанционно-управляемого расцепителя линейного автомата защиты 4.
и
и мах
Устройство защиты электрогенератора самовозбуждения работает таким образом. Напряжение от электрогенератора 5 через линейный автомат защиты 4 подается на вход силового ключа 2 блока мощности 1. Тактовые импульсы переменной длительности Т от 0 до Т. с выхода ШИМ 8 подводятся ко входу тактирования устройства управления 3 и коммутируют силовой
и
и мах
и
и мах
ключ 2, в результате чего на обмотке возбуждения появляются импульсы напряжения возбуждения, длительность которых повторяет длительность тактовых импульсов ШИМ 8. При Т≤Т. на выходе первого селектора длительности импульсов 9 будет сигнал низкого уровня и силовой ключ 2 работает в нормальном режиме переключения. Как только Т≥Т. на выходе селектора длительности импульсов 9 устанавливается сигнал высокого уровня, который через логический элемент ИЛИ 12 поступает на вход блокирования устройства управления 3 и блокирует переключение силового ключа 2, в результате чего обмотка возбуждения 6 обесточивается и электрогенератор 5 развозбуждается. Время блокировки определяется временем нарушения тактирования. После восстановления нормального тактирования блокировка силового ключа 2 автоматически снимается. При отказах тракта тактирования от ШИМ 8 (например, обрыв или короткое замыкание линии связи) силовой ключ 2 блокируется от инвертора 10 с резистором смещения 11, т.к. в этом случае на входе инвертора 10 будет присутствовать низкий уровень сигнала, высокий уровень сигнала с его выхода заблокирует силовой ключ через логический элемент 12 и устройство управления 3.
и
и мах
и
и мах
При нормальном режиме тактирования в тракте от ШИМ 8 (Т≤Т) и нарушении тактирования в цепи обмотки возбуждения 6 (Т≥Т) второй селектор длительности импульсов 7 включает бистабильную схему 13, сигнал высокого уровня с выхода которой через логический элемент ИЛИ 12 блокирует силовой ключ 2.
Если в этом случае единичный сбой - кратковременный, т.е. его длительность меньше установленного времени задержки устройства 14, блокировка силового ключа 2 снимается автоматически и восстанавливается нормальный режим работы схемы.
г
При длительности сбоя больше установленного времени задержки устройства 14, а это может быть только когда силовой ключ 2 не блокируется, из-за его отказа (короткое замыкание), тогда на обмотке возбуждения 6 будет присутствовать постоянное напряжение уровнем +U, от которого срабатывает
селектор длительности 7, бистабильная схема 13 и через устройство временной задержки 14 и повторитель 15 запитывается катушка 16 дистанционно-управляемого расцепителя, в результате чего размыкается линейный автомат защиты 4, обесточивается обмотка возбуждения и развозбуждается электрогенератор 5.
При отказах тракта тактирования напряжения возбуждения от ШИМ включается устройство индикации и сигнализации 17, что позволяет оперативно, в эксплуатации, и даже на маршруте состава восстанавливать работоспособность регулятора электрогенератора самовозбуждения.
Таким образом предложенный способ позволяет:
- уменьшить переходные процессы, так как работа производится токами управления, которые значительно меньше токов короткого замыкания прототипа;
- увеличить ресурс коммутационных элементов и повысить эксплуатационную надежность;
- парировать одиночные сбои тактирования и автоматически восстанавливать работоспособность;
- обеспечить низкие массогабаритные характеристики и низкую стоимость при реализации;
- однозначно локализовать место неисправности и тем самым повысить коэффициент готовности вагонов за счет сокращения времени на поиск неисправности и восстановление рабочих функций, а именно:
а) силовой ключ заблокирован - отказ тракта управления от ШИМ;
б) ЛА31 выключен - короткое замыкание силового ключа в блоке мощности.
и
и макс.
- уменьшить вероятность отказа центробежной муфты при сбоях или отсутствии тактирования напряжения возбуждения поскольку селектор длительности импульсов блокирует силовой ключ при Т≥Т и тем самым исключает возможность нештатного нарастания возбуждения электрогенератора;
- расширить диапазон функционирования применительно к выходному напряжению электрогенератора Ur, поскольку электрогенератор может быть отключен уже при напряжении на обмотке возбуждения несколько большем начального, обусловленного остаточным намагничиванием магнитного сердечника электрогенератора (≈10 В).