УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ СТРЕЛОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
ELECTRIC POINT MACHINE MOTOR CONTROL ARRANGEMENT

Изобретение относится к управлению движением на железных дорогах, а именно к дистанционному управлению местными приводами стрелок сигналов и тормозных башмаков, установленных на путях.
Известны электроприводы содержащие электродвигатель 1, соединенный с редуктором 2, который связан с фрикционной муфтой 3, автопереключатель 4, устройство обогрева и освещения 5, установленные в корпусе 6 (Станционные системы автоматики. Рогачева И.Л., Варламова А.А., Леонтьев А.В. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 411 с.).
Для управления электроприводом с электродвигателем переменного тока используется пусковой стрелочный блок ПСТ с пятипроводной схемой управления. (Станционные системы автоматики. Рогачева И.Л., Варламова А.А., Леонтьев А.В. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 411 с.). Управление направлением вращения вала электродвигателя осуществляется путем изменения последовательности подключения фаз к электродвигателю.
Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является устройство, содержащее устройство коммутации, линейные провода, автопереключатель, электродвигатель, регулятор тока [Патент «УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТРЕЛОЧНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ» №2333123, РФ, Любшин Денис Анатольевич (RU), Кац Аркадий Борисович (RU)].
Недостатками данного устройства являются:
1) сложность изготовления трехфазного регулятора тока;
2) необходимость контроля фаз, так как при пропадании одной фазы электродвигатель выходит из строя;
3) управляющая аппаратура имеет низкую эксплуатационную надежность и малый срок службы из-за интенсивной эрозии контактов реле рабочим током, особенно при пуске двигателя и его реверсирования из среднего положения;
4) невозможность обеспечить плавный пуск и останов электродвигателя, регулировку скорости вращения вала электродвигателя, регулировку длительности разгона и торможения.
Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения надежности стрелочного электропривода путем сокращения количества линейных проводов с 5 до 2, осуществления плавного пуска электродвигателя и защиты от токовых перегрузок.
Поставленная задача возникает при разработке и создании систем управления движением на железных дорогах.
Заявленное устройство строится на основе модуля управления электродвигателем, который состоит из инвертора, силовых ключей и схемы управления. Варианты технического исполнения модуля управления электродвигателем описаны в [Микроконтроллерное управление электроприводом. К.Б. Алексеев, К.А. Палагута, М. – МГИУ. – 2008. - 297 с. Б. Кричевский. Интеллектуальный мост IR3220 для управления двигателями постоянного тока. Электронные компоненты, №6, 2004. Владимир Башкиров. IRAMSxx - интеллектуальные силовые IGBT - модули для электропривода широкого применения. Новости электроники. 2007, №7, с. 14. Marian Р. Kazmierkowski, Leopoldo G. Franquelo, Jose Rodriguez, Marcelo A. Perez, Jose I. Leon, "High-Performance Motor Drives", IEEE Industrial Electronicsd, vol. 5, no. 3, pp.6-26, Sep. 2011.].
Модуль управления электродвигателем обеспечивает:
1) преобразование постоянного напряжения в три сигнала с широтно-импульсной модуляцией для питания электродвигателя для вращения вала двигателя как в прямом, так и в обратном направлении;
2) плавный пуск и останов электродвигателя;
3) регулировку скорости вращения вала электродвигателя;
4) регулировку длительности разгона и торможения электродвигателя;
5) защиту электродвигателя от токовых перегрузок и короткого замыкания с регулировкой порога срабатывания;
6) защиту от бросков импульсного тока.
Сущность изобретения состоит в том, что в устройство, содержащее линейные провода, электродвигатель, введены, устройство смены полярности, однофазный выпрямитель, модуль управления электродвигателем, устройства определения полярности, первым и вторым входами устройства являются первый и второй входы устройства смены полярности, третьим и четвертым входами устройства являются третий и четвертый входы устройства смены полярности, первый и второй выходы устройства смены полярности через линейные провода подключены к первому и второму входам однофазного выпрямителя и к первому и второму входам устройства определения полярности, первый и второй выходы однофазного выпрямителя подключены к первому и вторым входам модуля управления электродвигателем, первый и второй выходы устройства определения полярности подключены к третьему и четвертому входам модуля управления электродвигателем, первый, второй и третий выходы модуля управления электродвигателем подключены к первому второму и третьему входам электродвигателя.
Функциональная схема устройства представлена на фиг. 1.
i,i=1…2
Устройство состоит из устройства смены полярности 1, линейных проводов 2, однофазного выпрямителя 3, модуля управления электродвигателем 4, электродвигателя 5, устройства определения полярности 6.
Устройство смены полярности 1 может быть выполнено одним из известных в технике способов, например, с помощью двухполюсного переключателя фиг. 2.
Устройство определения полярности 6 может быть выполнено одним из известных в технике способов, например, в соответствии с патентом [Патент №2076329. Устройство для индикации полярности, рода тока и сопротивления цепи. Бирюков Юрий Аркадьевич].
Первым и вторым входами устройства являются первый и второй входы устройства смены полярности 1. Третьим и четвертым входами устройства являются третий и четвертый входы устройства смены полярности 1.
i,i=1…2
Первый и второй выходы устройства смены полярности 1 через линейные провода 2 подключены к первому и второму входам однофазного выпрямителя 3 и к первому и второму входам устройства определения полярности 6.
Первый и второй выходы однофазного выпрямителя 3 подключены к первому и вторым входам модуля управления электродвигателем 4.
Первый и второй выходы устройства определения полярности подключены к третьему и четвертому входам модуля управления электродвигателем 4. Первый, второй и третий выходы модуля управления электродвигателем подключены к первому второму и третьему входам электродвигателя 5.
Устройство работает следующим образом.
При переводе стрелки в плюсовое положение на первый вход устройства подается сигнал, который поступает на первый вход устройства смены полярности 1. На третий и четвертый входы устройства подается постоянное напряжение питания. На третий вход устройства подается положительный полюс питания, а на четвертый отрицательный полюс питания.
i,i=1…2
i,i=1…2
i,i=1…2
Постоянное напряжение с третьего и четвертого входов устройства, через устройство смены полярности 1 подается в линейные провода 2. При переводе стрелки в плюс смена полярности не осуществляется - в линейные провода 2 подается прямая полярность. Из линейных проводов 2 напряжение прямой полярности поступает на первый и второй входы выпрямителя 3 и первый и второй входы устройства определения полярности 6.
Пройдя через выпрямитель 3, напряжение прямой полярности с первого и второго выходов выпрямителя 3 поступает на первый и второй входы модуля управления электродвигателем 4.
Прямая полярность на входе устройства определения полярности 6 приводит к появлению на его первом выходе сигнала для перевода стрелки в плюсовое положение. Сигнал с первого выхода устройства определения полярности 6 поступает на третий вход модуля управления электродвигателем 4.
Модуль управления электродвигателем 4 формирует на своих выходах три широтно-импульсных сигнала для вращения вала двигателя 5 в прямом направлении, которые поступают на электродвигатель 5. Вал электродвигателя 5 начинает вращаться в прямом направлении, переводя стрелку в плюсовое положение. Модуль управления электродвигателем 4 плавно увеличивает обороты двигателя, исключая многократные перегрузки при пуске двигателя 5.
При достижении плюсового положения стрелки постоянное напряжение питания отключается от третьего и четвертого входов устройства.
При переводе стрелки в минусовое положение на второй вход устройства подается сигнал, который поступает на второй вход устройства смены полярности 1.
i,i=1…2
i,i=1…2
i,i=1…2
Постоянное напряжение с третьего и четвертого входов устройства, через устройство смены полярности 1 подается в линейные провода 2. При переводе стрелки в минусовое положение осуществляется смена полярности - в линейные провода 2 подается обратная полярность. Из линейных проводов 2 напряжение обратной полярности поступает на первый и второй входы выпрямителя 3 и первый и второй входы устройства определения полярности 6.
Пройдя через выпрямитель 3, напряжение обратной полярности с первого и второго выходов выпрямителя 3 поступает на первый и второй входы модуля управления электродвигателем 4 в прямой полярности.
Обратная полярность на входе устройства определения полярности 6 приводит к появлению на его втором выходе сигнала для перевода стрелки в минусовое положение. Сигнал с выхода устройства определения полярности 6 поступает на четвертый вход модуля управления электродвигателем 4.
Модуль управления электродвигателем 4 формирует на своих выходах три широтно-импульсных сигнала для вращения вала двигателя 5 в обратном направлении, которые поступают на электродвигатель 5. Вал электродвигателя 5 начинает вращаться в обратном направлении, переводя стрелку в минусовое положение. Модуль управления электродвигателем 5 плавно увеличивает обороты двигателя, исключая многократные перегрузки при пуске двигателя.
При достижении минусового положения стрелки постоянное напряжение питания отключается от третьего и четвертого входов устройства. Таким образом, при подаче сигнала на первый вход устройства происходит перевод стрелки в плюсовое положение, а при подаче сигнала на второй вход происходит перевод стрелки в минусовое положение. Причем управление трехфазным электродвигателем осуществляется по двум проводам.
Наличие в данном устройстве управления электродвигателем стрелочного электропривода, плавного пуска электродвигателя и защиты от токовых перегрузок и управление по двум линейным проводам делают его весьма перспективным при управлении движением на железных дорогах.