ПРИВОД ЭЛЕКТРОВОЗА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрооборудованию электроподвижного состава с тяговыми электродвигателями постоянного тока.
Известен привод электровоза, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока, обмотки якорей и обмотки возбуждения которых соединены последовательно с первыми выводами включенных встречно-параллельно статическим возбудителем и блоком тиристора гашения поля, реактор с последовательно включенным токоограничивающим резистором, соединяющие общую точку обмоток возбуждения и якорей и вторые выводы статического возбудителя и блока тиристора гашения поля, причем токоограничивающий резистор шунтирован силовым нормально закрытым контактом быстродействующего отключателя. Привод дополнительно снабжен цепью, соединяющей катушку отключателя со средним выводом реактора через резистор, нормально закрытым блокировочным контактом быстродействующего отключателя, соединяющим цепь управляющего питания возбудителя, нормально открытым блокировочным контактом быстродействующего отключателя, включенным в цепь управления блоком тиристора гашения поля. (см. патент РФ №2333850 МПК 8 B60L 9/04, пункт 1)
Это устройство имеет следующий недостаток. При движении электровоза в режиме тяги с большим током возбуждения и резком сбросе тока на реакторе возникает импульс перенапряжения, который вызывает ложные срабатывания быстродействующего отключателя, что приводит к необоснованному разбору схемы тяги.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является привод электровоза, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока, обмотки якорей и обмотки возбуждения которых соединены последовательно с первыми выводами включенных встречно-параллельно статическим возбудителем и блоком тиристора гашения поля, реактор с последовательно включенным токоограничивающим резистором, соединяющие общую точку обмоток возбуждения и якорей и вторые выводы статического возбудителя и блока тиристора гашения поля, причем токоограничивающий резистор шунтирован силовым нормально закрытым контактом быстродействующего отключателя, датчик тока, включенный в цепь силового тока относительно «земли», выход которого через дифференцирующее звено соединен с катушкой быстродействующего отключателя, нормально закрытым блокировочным контактом быстродействующего отключателя, соединяющим цепь управляющего питания возбудителя, нормально открытым блокировочным контактом быстродействующего отключателя, включенным в цепь управления блоком тиристора гашения поля. (см. патент РФ №2333850 МПК 8 B60L 9/04, пункт 2).
Это устройство имеет следующие недостатки. Наличие только дифференцирующего звена в цепи контроля тока якорей двигателей не позволяет защитить двигатели от аварийных уровней тока, если скорость нарастания тока невелика. Включение блока тиристора гашения поля через блокировочные контакты быстродействующего отключателя вносит задержку срабатывания тиристора гашения поля. Отключение питания статического возбудителя при помощи блокировочных контактов быстродействующего отключателя происходит не гарантированно одновременно с переключением силовых и других блокировочных контактов быстродействующего выключателя, что может привести к короткому замыканию на выходе статического возбудителя при срабатывании блока тиристора гашения поля раньше отключения питания статического возбудителя. То есть защита тягового двигателя в этом случае недостаточно эффективна.
Задачей полезной модели является повышение эффективности защиты электропривода в аварийных режимах.
Поставленная задача решена тремя вариантами привода электровоза.
В первом варианте в привод, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока, обмотки якорей и обмотки возбуждения которых соединены последовательно с включенными встречно-параллельно статическим возбудителем и блоком тиристора гашения поля, реактор с последовательно включенным токоограничивающим резистором, который зашунтирован силовым нормально закрытым контактом быстродействующего отключателя, датчик тока, включенный в цепь силового тока относительно «земли», выход которого соединен с дифференцирующим звеном, дополнительно введены пороговые элементы, один из которых подключен непосредственно к выходу датчика тока, а другой к выходу дифференцирующего звена, выходы пороговых элементов объединены логической схемой, выход которой соединен с катушкой быстродействующего отключателя, входом включения блока тиристора гашения поля и входом бесконтактного отключения статического возбудителя.
По второму варианту привод, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока, обмотки якорей и обмотки возбуждения которых соединены последовательно с включенными встречно-параллельно статическим возбудителем и блоком тиристора гашения поля, реактор с последовательно включенным токоограничивающим резистором, который зашунтирован силовым нормально закрытым контактом быстродействующего отключателя, датчик тока, включенный в цепь силового тока относительно «земли», выход которого соединен с дифференцирующим звеном, дополнительно введены пороговые элементы, один из которых подключен непосредственно к выходу датчика тока, а другой к выходу дифференцирующего звена, выходы пороговых элементов объединены логической схемой, выход которой соединен с катушкой быстродействующего отключателя, датчик напряжения, подключенный параллельно токоограничительному резистору, выход которого соединен с входом включения блока тиристора гашения поля и входом бесконтактного отключения статического возбудителя.
По третьему варианту в привод, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока, обмотки якорей и обмотки возбуждения которых соединены последовательно с включенными встречно-параллельно статическим возбудителем и блоком тиристора гашения поля, реактор с последовательно включенным токоограничивающим резистором, зашунтированым силовым нормально закрытым контактом быстродействующего отключателя, датчик тока, включенный в цепь силового тока относительно «земли», дополнительно введен блок цифровой обработки сигнала, соединенный с датчиками тока и дополнительно введенным датчиком напряжения, катушкой быстродействующего выключателя, входом бесконтактного отключения статического возбудителя и входом включения блока тиристора гашения поля. Дополнительно блок цифровой обработки сигнала может быть соединен по стандартному интерфейсу с микропроцессорной системой управления электровоза.
Положительный эффект предлагаемых полезных моделей состоит в следующем.
Привод по первому варианту, благодаря введению пороговых элементов для абсолютного и дифференцированного уровня сигнала с датчика тока, реализует возможность независимой настройки порогов срабатывания защиты по уровню и скорости изменения тока якоря. Объединение цепей отключения статического возбудителя и включения блока тиристора гашения поля исключает аварийные режимы статического возбудителя и повышает надежность всей схемы за счет использования полностью бесконтактного управления. При этом увеличивается быстродействие срабатывания защиты и ее эффективность.
Привод по второму варианту исключает режим включения блока тиристора гашения поля до полного прекращения тока через силовые контакты быстродействующего выключателя, т.е. ранее полного введения токоограничительного сопротивления в цепь гашения тока, что повышает надежность работы блока тиристора гашения поля и повышает эффективность защиты.
В приводе по третьему варианту применение цифровой обработки сигналов с датчиков тока и напряжения позволяет производить переключения в схеме при оптимальных условиях и оперативно осуществлять корректировку алгоритма работы системы защиты, повышая гибкость и оперативность регулировок защиты, увеличивая ее эффективность.
Структурная схема привода электровоза по первому варианту представлена на фиг.1.
Структурная схема привода электровоза по второму варианту представлена на фиг.2.
Структурная схема привода электровоза по третьему варианту представлена на фиг.3.
Привод электровоза по первому варианту содержит последовательно включенные обмотки якорей электродвигателей 1 и 2, соединенные через последовательно включенные обмотки возбуждения 3 и 4 с отрицательным полюсом возбудителя 5 и блоком тиристора гашения поля 6, включенными встречно-параллельно, токоограничивающий резистор 7, включенный одним из выводов к точке соединения обмоток возбуждения 3 и 4 и обмоток якорей 1 и 2, а вторым выводом соединен с одним из выводов реактора 8, второй вывод реактора 8 соединен с положительным полюсом возбудителя 5 и блоком тиристора гашения поля 6 и, через датчик тока 9, с «землей». Токоограничивающий резистор 7 шунтирован силовым нормально закрытым контактом быстродействующего отключателя 10. Сигнал с датчика тока 9 поступает на дифференцирующее звено 11, с выхода которого на пороговый элемент 12. Одновременно сигнал с датчика тока 9 поступает на пороговый элемент 13. Выходные сигналы пороговых элементов 12 и 13 объединяются логической схемой 14, выходной сигнал с которой управляет катушкой быстродействующего отключателя 10 и служит для бесконтактного отключения возбудителя 5 и включения блока тиристора гашения поля 6.
Привод электровоза по первому варианту работает следующим образом. В режиме независимого возбуждения ток обмоток якорей 1, 2 протекает через силовые контакты быстродействующего отключателя 10, реактор 8, датчик тока 9 и на «землю», при этом ток возбуждения протекает через возбудитель 5, реактор 8, силовой контакт быстродействующего отключателя 10 и обмотки возбуждения 3,4.
При возникновении аварийного процесса, например, при внешнем коротком замыкании якорей 1, 2 тяговых электродвигателей, увеличивается ток, протекающий через датчик тока 9. Дифференцирующее звено 11 по выходу датчика тока 9 формирует сигнал, пропорциональный скорости нарастания тока обмоток якорей 1, 2. Пороговый элемент 12 определяет предельное значение допустимой скорости нарастания тока, при превышении которого формирует выходной сигнал. Одновременно сигнал с датчика тока 9 поступает на пороговый элемент 13, который определяет предельно допустимое абсолютное значение тока, и при превышении которого формирует выходной сигнал. Сигналы с пороговых элементов 12 и 13 поступают на логическую схему 14, которая формирует сигнал на срабатывание быстродействующего отключателя 10 и, одновременно, включает блок тиристора гашения поля 6 и выключает возбудитель 5. При этом ток, протекающий по реактору 8, через открывшийся тиристор гашения поля 6 оказывается включенным встречно току обмоток возбуждения 3 и 4, что обеспечивает ускоренное гашение поля. Уровень тока ограничивается резистором 7, включаемым в цепь при размыкании контактов быстродействующего отключателя 10.
Привод электровоза по второму варианту содержит последовательно включенные обмотки якорей электродвигателей 1 и 2, соединенные через последовательно включенные обмотки возбуждения 3 и 4 с отрицательным полюсом возбудителя 5 и блоком тиристора гашения поля 6, включенными встречно-параллельно, токоограничивающий резистор 7, включенный одним из выводов к точке соединения обмоток возбуждения 3 и 4 и обмоток якорей 1 и 2, а вторым выводом соединен с одним из выводов реактора 8, второй вывод реактора 8 соединен с положительным полюсом возбудителя 5 и блоком тиристора гашения поля 6 и, через датчик тока 9, с «землей». Токоограничивающий резистор 7 шунтирован силовым нормально закрытым контактом быстродействующего отключателя 10. Параллельно с резистором 7 включен датчик напряжения 15, выходной сигнал которого управляет включением блока тиристора гашения поля 6 и выключением возбудителя 5. Сигнал с датчика тока 9 поступает на дифференцирующее звено 11, с выхода которого на пороговый элемент 12. Одновременно сигнал с датчика тока 9 поступает на пороговый элемент 13. Выходные сигналы пороговых элементов 12 и 13 объединяются логической схемой 14, выходной сигнал с которой управляет катушкой быстродействующего отключателя 10.
Привод электровоза по второму варианту работает следующим образом.
В режиме независимого возбуждения ток обмоток якорей 1, 2 протекает через силовые контакты быстродействующего отключателя 10, реактор 8, датчик тока 9 и на «землю», при этом ток возбуждения протекает через возбудитель 5, реактор 8, силовой контакт быстродействующего отключателя 10 и обмотки возбуждения 3,4.
При возникновении аварийного процесса, например, при внешнем коротком замыкании якорей 1, 2 тяговых электродвигателей, увеличивается ток, протекающий через датчик тока 9. Дифференцирующее звено 11 по выходу датчика тока 9 формирует сигнал, пропорциональный скорости нарастания тока обмоток якорей 1, 2. Пороговый элемент 12 определяет предельное значение допустимой скорости нарастания тока, и при превышении которого формирует выходной сигнал. Одновременно сигнал с датчика тока 9 поступает на пороговый элемент 13, который определяет предельно допустимое абсолютное значение тока, при превышении которого формирует выходной сигнал. Сигналы с пороговых элементов 12 и 13 поступают на логическую схему 14, которая формирует сигнал на срабатывание быстродействующего отключателя 10. При размыкании силовых контактов быстродействующего отключателя 10 в цепь протекания тока включается токоограничительное сопротивление 7. По мере погасания дуги на силовых контактах быстродействующего отключателя 10, напряжение на резисторе 7 становится достаточным для того, чтобы сигнал с датчика напряжения 15 стал достаточным для отключения возбудителя 5 и одновременного включения блока тиристора гашения поля 6. При этом ток, протекающий по реактору 8, через открывшийся тиристор гашения поля 6 оказывается включенным встречно току обмоток возбуждения 3 и 4, что обеспечивает ускоренное гашение поля.
Привод электровоза по третьему варианту содержит последовательно включенные обмотки якорей электродвигателей 1 и 2, соединенные через последовательно включенные обмотки возбуждения 3 и 4 с отрицательным полюсом возбудителя 5 и блоком тиристора гашения поля 6, включенными встречно-параллельно, токоограничивающий резистор 7, включенный одним из выводов к точке соединения обмоток возбуждения 3 и 4 и обмоток якорей 1 и 2, а вторым выводом соединен с одним из выводов реактора 8, второй вывод реактора 8 соединен с положительным полюсом возбудителя 5 и блоком тиристора гашения поля 6 и через датчик тока 9 с «землей». Токоограничивающий резистор 7 шунтирован силовым нормально закрытым контактом быстродействующего отключателя 10. Параллельно с резистором 7 включен датчик напряжения 15. Сигналы с датчика тока 9 и датчика напряжения 15 поступают на блок цифровой обработки сигнала 16, который соединен с катушкой быстродействующего отключателя 10, входом выключения возбудителя 5 и входом включения блока тиристора гашения поля 6. Блок цифровой обработки сигнала 16 дополнительно может быть соединен с микропроцессорной системой управления электровоза 17.
Привод электровоза по третьему варианту работает следующим образом.
В режиме независимого возбуждения ток обмоток якорей 1, 2 протекает через силовые контакты быстродействующего отключателя 10, реактор 8, датчик тока 9 и на «землю», при этом ток возбуждения протекает через возбудитель 5, реактор 8, силовой контакт быстродействующего отключателя 10 и обмотки возбуждения 3,4.
При возникновении аварийного процесса, например, при внешнем коротком замыкании якорей 1, 2 тяговых электродвигателей, увеличивается ток, протекающий через датчик тока 9. При размыкании силовых контактов быстродействующего отключателя 10 в цепь протекания тока включается токоограничительное сопротивление 7, параллельно которому включен датчик напряжения 15. Сигналы с датчика тока 9 и датчика напряжения 15 поступают на блок цифровой обработки сигналов 16, который обрабатывает их в соответствии с заложенным алгоритмом и формирует сигналы отключения возбудителя 5, включения блока тиристора гашения поля 6 и срабатывания быстродействующего отключателя 10. При этом ток, протекающий по реактору 8, через открывшийся тиристор гашения поля 6 оказывается включенным встречно току обмоток возбуждения 3 и 4, что обеспечивает ускоренное гашение поля.
Положительный эффект предлагаемых полезных моделей состоит в следующем.
Привод по первому варианту, благодаря введению пороговых элементов для абсолютного и дифференцированного уровня сигнала с датчика тока, реализует возможность независимой настройки порогов срабатывания защиты по уровню и скорости изменения тока якоря. Объединение цепей отключения статического возбудителя и включения блока тиристора гашения поля исключает аварийные режимы статического возбудителя и повышает надежность всей схемы за счет использования полностью бесконтактного управления. При этом увеличивается быстродействие срабатывания защиты и ее эффективность.
Привод по второму варианту исключает режим включения блока тиристора гашения поля до полного прекращения тока через силовые контакты быстродействующего выключателя, т.е. ранее полного введения токоограничивающего сопротивления в цепь гашения тока, что повышает надежность работы блока тиристора гашения поля и повышает эффективность защиты.
В приводе по третьему варианту применение цифровой обработки сигналов с датчиков тока и напряжения позволяет производить переключения в схеме при оптимальных условиях и оперативно осуществлять корректировку алгоритма работы системы защиты, повышая гибкость и оперативность регулировок защиты, увеличивая ее эффективность.