Система електропостачання безконтактного електровоза

1. Система електропостачання безконтактного електровоза, що складається з тягової мережі з двома кабелями, ввімкненими до джерела живлення струмом підвищеної частоти, розміщеного на електровозі енергоприймача з обмоткою, яка поділена на групи витків, з'єднаних послідовно з компенсуючими конденсаторами, та короткозами C2 2 (19) 1 3 85439 ти електровоза (датчик тяги) приєднано до входу блока керування. Недоліками цього пристрою, як елемента системи електропостачання, є: 1) недостатній рівень компенсації магнітного поля тягової мережі за рахунок магнітного поля короткозамкненого витка з причини його значного індуктивного опору. При цьому в обмотці енергоприймача незкомпенсованою часткою магнітного поля мережі наводиться значна за розміром електрорушійна сила (е.р.с.) і, при шунтуванні обмотки другим короткозамикачем, в ній утворюється значний струм і відповідний магнітний потік. Останній може викликати в сторонніх електропровідних контурах е.р.с., що особливо небезпечні при проходженні електровозом стиків у рейковому полотні, тому, що значна вібрація , яка виникає при цьому, провокує розмикання або замикання з утворенням іскор кола сторонніх контурів; 2) виключена можливість зменшення струму тягової мережі при аварійних ситуаціях на електровозі або при його зупинках. Це збільшує втрати потужності в кабелях тягової мережі та робить експлуатацію системи електропостачання більш небезпечною. В основу винаходу покладене завдання по удосконаленню системи (пристрою) електропостачання безконтактного електровоза, в якій шляхом іншого схемного рішення, введенням нових елементів та їх іншої взаємодії з відомими, досягається зменшення впливу стр уму обмотки енергоприймача на сторонні електропровідні контури та зменшення розміру струм у тягової мережі в аварійних ситуаціях на електровозі або при його зупинках і, за рахунок цього, забезпечуються зменшення втрат потужності у тяговій мережі та більш безпечна експлуатація. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомій системі (пристрої) електропостачання безконтактного електровоза, що складається з тягової мережі з двома кабелями, ввімкненими до джерела живлення струмом підвищеної частоти, та розміщеного на електровозі енергоприймача з обмоткою, яка поділена на групи витків, що з'єднані послідовно з компенсуючими конденсаторами, та короткозамикачів, входи яких посередництвом блока керування з'єднано з датчиком режиму роботи електровоза, згідно з винаходом, короткозамикачі ввімкнено паралельно компенсуючим конденсаторам і до її складу введено датчики аварійних ситуацій та місцеположення стику у рейковому полотні, виходи яких ввімкнено до блока керування, а також - датчик швидкості руху електровоза, вихід якого приєднано до блокуючих входів датчиків місцеположення стику. Крім того, згідно з винаходом, до складу системи електропостачання введено обмежувачі перенапруги, які ввімкнені паралельно компенсуючим конденсаторам. Також, згідно з винаходом, до складу системи електропостачання введено датчик реактивної потужності, ввімкнений у тягову мережу, пристрій порівняння, з'єднаний з виходом датчика реактивної потужності, та керований перемикач, вхід якого ввімкнено до пристрою порівняння, а 4 вихід підключено до входу керування джерелом живлення. На Фіг.1 представлена блок-схема першої частини системи електропостачання, яка знаходиться на електровозі; на Фіг.2 - блок-схема другої частини, яка містить тягову мережу. Перша частина системи електропостачання має наступне схемне рішення (Фіг.1). Енергоприймач містить обмотку 1, яку складено з послідовно з'єднаних окремих груп витків 2 за допомогою компенсуючих конденсаторів 3 для забезпечення в електричному колі стану резонансу напруг. Обмотку 1 з конденсаторами З приєднано до входу випрямляча струму 4, від якого, при замкненому положенні вимикача 5, посередництвом елемента керування 6, живляться двигуни 7 та 8 електровоза. На електровозі паралельно компенсуючим конденсаторам 3 ввімкнені короткозамикачі 9 та обмежувачі перенапруги 10. Входи короткозамикачів 9 з'єднано з виходом блока керування 11, до входів якого приєднані виходи датчиків аварійних ситуацій 12 та 13 на електровозі, датчик режиму роботи 14 та вторинні частини 15 і 16 датчиків місцеположення стику в рейковому полотні. На електровозі також встановлено датчик швидкості руху 17, вихід якого приєднано до блокуючих входів вторинних частин 15 і 16 датчиків місцеположення стику в рейковому полотні. Первинні частини 18 і 19 датчиківмісцеположення стику в рейковому полотні (виконання можливе у вигляді постійних магнітів або пластин конденсаторів) є спільними для обох датчиків, тобто взаємодіють як із вторинною частиною 15 першого, так і з вторинною частиною 16 другого датчиків. Первинні частини 18 і 19 датчиків поміщено на боковій стіні гірничої виробки по обидві сторони від кожного стику в рейковому полотні на визначенній відстані / від нього. На електровозі вторинні частини 15 і 16 датчиків місцеположення стику в рейковому полотні розташовані в площинах, які проходять через горизонтальні вісі, відповідно, першої та другої колісних пар, і перпендикулярно рейковому полотну. Датчик режиму роботи 14 має в своєму складі перемикач на два положення, перше з яких позначено "Номінальний режим", друге - "Стоп". На початку тягової мережі з двох кабелів 20 і 21 (Фіг.2), ввімкнено датчик реактивної потужності 22, вихід якого приєднано до пристрою порівняння 23. У свою чергу, ви хід пристрою 23 ввімкнено до входу керування перемикача 24,вихідні клеми якого приєднано до входу керування джерелом 25 струму підвищеної частоти. Джерело 25 живить кабелі 20 і 21 і його роботу передбачено при двох значеннях струму: номінальному і, приблизно, на порядок меншому. Перемикач 24 реагує тільки на додатне значення вхідного сигналу. Пропонована система електропостачання працює таким чином. У випадку, коли працюють декілька електровозів, датчик 22 (Фіг.2), пристрій порівняння 23 та перемикач 24 вилучені з роботи. У випадку, коли в тяговій мережі працює лише один електровоз, вводять в дію датчик реактивної 5 85439 потужності 22 разом із пристроєм порівняння 23 та перемикачем 24. При роботі одного електровоза і наближенні його першої колісної пари на відстань 1 (Фіг.1) до стику, завдяки взаємодії з первинною частиною 19, спрацьовує вторинна частина 15 першого датчика стику в рейковому полотні, сигнал якої спонукає блок керування 11 до формування відповідного імпульсу напруги. Останній викликає спрацьовування короткозамикачів 9, внаслідок чого конденсатори 3 будуть перемкнуті накоротко. При цьому значний індуктивний опір обмотки енергоприймача не буде компенсовано, що приведе до суттєвого зменшення струму в обмотці 1 і, відповідно викликаного ним, магнітного потоку. Магнітний потік меншає за експонентою з постійною затухання t = L/r, де L і r - результуючі індуктивність і активний опір кола енергоприймача, з урахуванням обмотки та навантаження двигунів. Через проміжок часу, приблизно рівному 5г, магнітний потік практично установиться на рівні, відповідно зменшеному струму в обмотці 1. За такий час електровоз повинен проїхати шлях, рівний проміжку l, а перша колісна пара доїхати до стику в рейковому полотні, зі швидкістю Vел = 1/5t. За надто малій швидкості руху Vел удари і вібрація, що виникають при проходженні електровозом рейкових стиків, незначні і спрацьовування у цьому разі первинних частин 15 і 16 датчиків місцеположення стику приведе до суттєвого зменшення швидкості руху, що недоцільно. Тому, при малій, визначеній експериментальне швидкості руху Vел, сигнал датчика 17 блокує рівень проходження до блоку керування 11 вихідних сигналів вторинних частин 15 і 16 датчиків місцеположення стику. Відстань l визначається за співвідношенням l = 5tVел. Наприклад, при t = 0,02с і Vел = 10км/год відстань дорівнює l = 0,27м. При подальшому руху електровоза і віддаленні першої колісної пари на відстань l від стику, знову спрацьовує вторинна частина 15 першого датчика стику від взаємодії з первинною частиною 18. Блок керування 11 формує відповідний імпульс напруги, який викликає розмикання короткозамикачів 9. Конденсатори 3 будуть ввімкнені в електричне коло і компенсують індуктивний опір обмотки енергоприймача, що забезпечує відновлення живлення електродвигунів 7 і 8 відповідним до навантаження двигунів електровоза струмом. При наближенні до цього ж рейкового стику другої колісної пари, спрацьовує вторинна частина 16 другого датчика місцеположення стику і описаний вище процес повторюється. У разі виникнення на електровозі аварійної ситуації, наприклад короткого замикання в обмотках двигунів, спрацьовує один із датчиків 12 або 13 (таких датчиків може бути більше двох). При потребі (наприклад, на зупинках) машиніст електровоза переводить перемикач датчика режиму роботи 14 у положення "Стоп". Сигнали, які в першому і другому, вказаних вище, випадках поступають до блока керування 11 (звичайно, у різні моменти часу), є пріоритетними по відношенню до сигналів вторинних частин 15 і 16 датчиків місцеположення стику в рейковому полотні. Від будь-якого з цих 6 сигналів блок 11 формує відповідний імпульс напруги, який викликає спрацьовування короткозамикачів 9. Конденсатори 3 замикаються накоротко, що приводить до значного зменшення струму в електричному колі енергоприймача 1. Далі, вимикачем 5 від живлення відключають двигуни 7 і 8. Через певний час, коли усунено причину аварійної ситуації або при потребі після зупинки почати роботу електровоза, вмикають вимикач 5, потім переводять перемикач датчика 14 в положення "Номінальний режим". Блок керування 11 формує відповідний імпульс напруги, який примушує короткозамикачі 9 до їх розімкнення. При цьому відновлюється нормальне живлення двигунів 7 і 8 електровоза. Обмежувачі перенапруги 10 при спрацьовуванні короткозамикачів 9 обмежують стрибки напруги на конденсаторах 3 до припустимих значень. В електричному колі тягової мережі, звичайно, забезпечують стан резонансу напруг. Тому при нормальній роботі електровоза споживана тяговою мережею реактивна потужність практично дорівнює нулю. Пристрій порівняння 23 порівнює через певні проміжки часу Dt показання датчика 22 і формує на виході сигнал, амплітуда якого пропорційна різниці цих показань, причому, передбачено, що від попереднього значення віднімається теперішнє. Після спрацьовування за будь-якою причиною короткозамикачів 9 (Фіг.1) у колі енергоприймача буде переважати індуктивний опір і від струму струм у в обмотці 1 в електричне коло тягової мережі вноситься реактивний ємнісний опір. Датчик 22 зафіксує від'ємне значення реактивної потужності, а на виході пристрою 23 буде сформовано додатній за характером і значний за амплітудою сигнал, який викличе спрацьовування перемикача 24. Джерело 25 живлення тягової мережі перемикається на роботу при меншому значенні струму, а саме такому, який викликає в обмотці енергоприймача е.р.с. не вищу безпечного рівня, наприклад, 24В. Якщо номінальна е.р.с. складає 220В, то струм у тяговій мережі зменшується майже в десять разів. Проміжок часу Dt вибрано не меншим значення 10t для того, щоб запобігти зменшенню струму в тяговій мережі при проходженні електровозом стиків у рейковому полотні. Далі, за допомогою вимикача 5, двигуни 7 і 8 знеструмлюються. В цьому випадку в тягову мережу не вноситься ні активний, ні реактивний опори і споживана реактивна потужність в ній знову дорівнює нулю. На зміну розміру реактивної потужності від попереднього від'ємного значення до нуля перемикач 24 не реагує, тому, що на його вході у цьому випадку формується від'ємний за характером сигнал. Через певний час, коли електровоз потрібно ввести в роботу, вимикачем 5 відновлюють живлення двигунів 7 і 8. Із-за малої е.р.с. в обмотці 1 енергоприймача, двигуни 7 і 8 не зможуть обертатись, що відповідає стану короткого замикання обмотки 1. В останній виникає відповідний струм, а в тягову мережу вноситься ємнісний опір, який викликає появу в ній реактивної потужності і відповідну реакцію датчика 22. Пристрій 23 формує додатній сигнал, дія якого приводить до перемикання (за до 7 85439 помогою перемикача 24) джерела 25 на номінальний струм живлення тягової мережі. Для відновлення нормального живлення двигунів 7 і 8 переводять перемикач датчика 14 у положення "номінальний режим". При цьому сформований блоком керування 11 імпульс напруги переводить короткозамикачі 9 у розімкнений стан. Пропонована система електропостачання забезпечує в аварійних ситуаціях, з упинках та при проходженні електровозом стиків у рейковому полотні значне зменшення струму в обмотці енергоприймача і, відповідно, магнітного потоку. Це сут Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 8 тєво зменшить наслідки аварійних ситуацій та рівень е.р.с., яка може наводитись в сторонніх електропровідних контурах, що підвищить безпеку при експлуатації. Крім того, у випадку роботи від тягової мережі лише одного електровоза, пропонована система електропостачання забезпечує суттєве зменшення струму в тяговій мережі в аварійних ситуаціях та при зупинках електровоза. У першому випадку це підвищить рівень безпеки, у другому - меншить втрати потужності у кабелях тягової мережі. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601