Пристрій для захисного вимкнення працюючих на загальне навантаження двох тягових випрямлячів постійного струму з циклічним перериванням живлення

Пристрій для захисного вимкнення працюючих на загальне навантаження двох тягових випрямлячів постійного струму з циклічним перериванням живлення, до складу якого входять перший і другий тиристорні тягові випрямлячі, кожний з яких містить трифазний тиристорний випрямний міст, підключений через аварійний вимикач до трифазної змінної напруги живлення, мінусові виходи обох тягових випрямлячів підключені до рейкової колії, плюсові виходи - до контактного проводу, керівні електроди силових тиристорів кожного з трифазних тиристорних випрямних мостів підключені через блок керування до першого виходу формувача керівних імпульсів силовими тиристорами, підключеного першим входом до трифазної змінної напруги живлення синфазно з напругою живлення трифазних тиристорних випрямних мостів, навантаження у вигляді двигунів електровозів, підключених до контактної мережі через загороджувальний діод, формувач вимірювальної паузи, перший вхід якого підключений до другого виходу формувача керівних імпульсів силових тиристорів, джерело живлення оперативної напруги, яке підключене мінусом до плюсових виходів тягового випрямляча, а плюсом через перший блокувальний ключ та вимірювальний резистор - до мінусового виходу тягового випрямляча, блок контролю струму спливу, вхід якого з'єднаний з виходом першого блокувального ключа та входом вимірювального резистора, датчик оперативного струму, вхід якого з'єднаний з виходом датчика напруги живлення, підключеного до напруги живлення, датчик струму навантаження, вхід якого зв'язаний 2 (19) 1 3 Корисна модель належить до електротехніки, зокрема, до перетворювачів змінного струму у постійний, і призначена для захисту від спливу струму у шахтній контактній мережі електровозного транспорту з періодичним (циклічним) перериванням кола живлення цієї мережі, яка підключена до виходу двох паралельно з'єднаних перетворювачів. Відомий спосіб керування m-фазним випрямлячем з n-контурним випрямленням змінного струму у постійний імпульсний і пристрій до нього (SU, а. с. №1644325, НO2М 7/10, 1991р., Бюл. №15). Пристрій, який реалізує відомий спосіб, складається з керованого тиристорного випрямляча, блока формування сигналів синхронізації з частотою змінної напруги мережі, блока формування сигналів керування силовими тиристорами, формувача сигналів переривання постійної напруги і комутуючого елемента. Пристрій може застосовуватися при перетворенні змінної напруги у постійну з циклічним вимкненням випрямленої напруги керованими вентилями перетворювача синхронно з напругою мережі живлення. Такий пристрій можна використовувати для живлення шахтної контактної мережі і контролю струму спливу під час пауз у постійній напрузі. Недоліком відомого пристрою є недостатня надійність захисту людей від поразки електричним струмом та недостатній термін служби силових тиристорів. Відомий пристрій для захисного вимкнення тягового випрямляча постійного струму з циклічним перериванням живлення навантаження (патент UA, №34312, НО2Н 3/16, 2008р., Бюл. №15 - прототип), який не має вказаних вище недоліків, і по сутності своїй є найближчим до пристрою, що заявляється. Пристрій складається з керованого тиристорного тягового випрямляча, підключеного до трифазної живильної мережі, мінусовий вихід якого підключений до рейкової колії, плюсовий - через датчик навантаження до контактного проводу, а керівні електроди тиристорів підключені до виходу формувача керівних імпульсів силовими тиристорами, навантаження, підключеного через загороджувальний діод між контактним проводом і рейкою, формувача вимірювальної паузи, підключеного до трифазної мережі синфазно з керованим тиристорним тяговим випрямлячем, перший вихід якого з'єднаний з першим входом блока керування силовими тиристорами, другий - з першим входом формувача оперативної напруги, підключеного своїм виходом до джерела постійного оперативного струму, який своїм плюсовим виходом приєднаний до мінусового виходу керованого тиристорного тягового випрямляча, а мінусовим виходом - через датчик оперативного струму - до плюсового виходу керованого тиристорного тягового випрямляча, третій вихід формувача вимірювальної паузи підключений до першого входу блока контролю стану ізоляції контактної мережі, другий вхід якого з'єднаний з виходом датчика оперативного струму, а вихід - з другим входом блока керування силовими тиристорами, третій 49157 4 вхід якого з'єднаний з виходом датчика струму навантаження, вихід якого з'єднаний з першим входом формувача керівних імпульсів силовими тиристорами. У разі потреби збільшення навантаження на окремій ділянці контактної мережі, наприклад, при одночасній роботі двох електровозів, застосовують спосіб паралельного з'єднання двох таких тягових випрямлячів з блоками контролю струму спливу і захисту у кожному з них та циклічним перериванням кола живлення шахтної контактної мережі електровозного транспорту. Недоліком прототипу при паралельній роботі двох тягових випрямлячів є те, що для функціонування схеми контролю струму спливу і виконання захисту людей при несподіваному дотику людини до контактної мережі перед увімкненням тягових випрямлячів потрібно механічним способом, вручну, в одному з тягових випрямлячів привести в дію схему блоків контролю струму спливу і захисту, а в другому - її заблокувати, так як одночасна робота цих блоків в обох тягових випрямлячах принципово недопустима тому, що чутливість захисту людини в цьому випадку змінюється. Крім цього, потрібно забезпечити синхронну циклічність переривання та увімкнення кола живлення навантаження в обох тягових випрямлячах. Таким чином, один з паралельно з'єднаних тягових випрямлячів стає "ведучим", а другий - "відомим". Якщо у "ведучого" тягового випрямляча відбудеться порушення в функціонуванні якихось вузлів, особливо блоків контролю струму спливу та контролю оперативної напруги, або при його аварійному вимкненні, то потрібно у "відомому" тяговому випрямлячі розблокувати вручну роботу зазначених блоків контролю струму спливу та захисту, а також забезпечити синхронну циклічність переривання кола живлення навантаження в обох тягових випрямлячах, тобто перетворити його у "ведучий" тяговий випрямляч. Таким чином, механічне перемикання роботи таких тягових випрямлячів зі стану "відомого" у стан "ведучого" потребує збільшення затрат на обслуговування тиристорних тягових випрямлячів, а також приводить до збільшення простоїв в роботі електроустаткування, порушення технологічних процесів та зменшення ефективності роботи. В основу корисної моделі поставлене завдання поліпшення умов обслуговування тиристорних тягових випрямлячів, зменшення часу простою електроустаткування та збільшення ефективності роботи рудникового транспорту за рахунок застосування автоматичного вибору "ведучого" тягового випрямляча при паралельному з'єднанні двох тиристорних тягових випрямлячів з блоками контролю струму спливу та захисту і циклічним перериванням кола живлення шахтної контактної мережі, а також автоматичного переводу "ведучого" тягового випрямляча в стан "відомого" при порушенні функціонування вузлів у "ведучого" тягового випрямляча і навпаки. 5 На Фіг. зображена функціональна схема запропонованого пристрою, яка пояснює його роботу. До складу пристрою входять: два ідентичні паралельно з'єднані тиристорні тягові випрямлячі постійного струму з циклічним перериванням кола живлення загального навантаження 1 і 2. Кожен тяговий випрямляч складається з: - трифазного тиристорного випрямного мосту 3, підключеного через аварійний вимикач 4 до трифазної змінної напруги живлення 5; - формувача керівних імпульсів силовими тиристорами 6, підключеного своїм першим виходом через блок керування 7 до керівних електродів силових тиристорів випрямного мосту 3; - джерела живлення оперативної напруги 8, яке підключене у протифазі до полярності напруги живлення; - датчика напруги живлення 9, вихід якого з'єднаний з датчиком оперативного струму 10; - датчика струму навантаження 11, вихід якого з'єднаний з блоком захисту 12; - вимірювального резистора 13, з'єднаного одним кінцем з мінусовим полюсом напруги живлення контактної мережі, а другим - з блоком контролю струму спливу 14 та виходом першого блокувального ключа 15, через який джерело живлення оперативної напруги 8 підключене до контактної мережі; - навантаження 16 у вигляді двигунів електровозів, підключених до контактної мережі через загороджувальні діоди VD; - формувача вимірювальної паузи 17, керуючого циклічним підключенням на 6,6мс джерела живлення оперативної напруги 8 до контактної мережі; - датчика змінного струму навантаження 18, підключеного до другого входу блока захисту 12. Для автоматичного функціонування паралельно з'єднаних двох тягових випрямлячів постійного струму 1 і 2 з циклічним вимкненням напруги живлення, контролю струму спливу та захисту в кожен з тягових випрямлячів додатково введені: - перша оптоелектронна розв'язка 19, приймаюча команду від "ведучого" тягового випрямляча для синхронного увімкнення та вимкнення силових тиристорів "ведучого" та "відомого" тягових випрямлячів 1 і 2; - друга оптоелектронна розв'язка 20, яка керується "відомим" тяговим випрямлячем, якщо ним є другий тяговий випрямляч 2; - третя оптоелектронна розв'язка 21, що вибирає, який з тягових випрямлячів 1 або 2 буде працювати "ведучим", а який - "відомим". Це залежить від того, який з тягових випрямлячів увімкнено першим при умові справного функціонування всіх його блоків; - четверта оптоелектронна розв'язка 22, через яку „ведучий" тяговий випрямляч блокує роботу блоків контролю струму спливу та захисту у "відомого" тягового випрямляча; - логічний елемент І 23, перший логічний елемент АБО 24, другий логічний елемент АБО 25 та логічний елемент НІ 26; 49157 6 - другий та третій блокувальні ключі 27 та 28 відповідно. Пристрій працює наступним чином: Якщо першим увімкнено перший керований тиристорний тяговий випрямляч 1, всі блоки якого функціонують, тоді на всіх входах логічного елемента І 23 присутні сигнали логічної "1", в тому числі на виході третьої оптоелектронної розв'язки 21, що свідчить про справний стан "відомого" тягового випрямляча. В цьому разі на виході логічного елемента І 23 формується сигнал логічної "1", який через логічний елемент НІ 26, четверту оптоелектронну розв'язку 22 блокує роботу схеми контролю струму спливу та захисту у "відомого" другого тягового випрямляча 2. Таким чином, у другого тягового випрямляча 2 присутній сигнал логічного "0" на третім вході логічного елемента І 23 від третьої оптоелектронної розв'язки 21, що визиває логічний "0" на його виході, який блокує подачу імпульсів через другий блокувальний ключ 27 з виходу формувача вимірювальної паузи 17 на перший блокувальний ключ 15 подачі оперативної напруги "відомого" другого тягового випрямляча 2 у контактну мережу. Крім цього, сигналом логічної "1" на виході логічного елемента І 23 у "ведучого" першого тягового випрямляча 1 вмикається другий блокувальний ключ 27, який дозволяє подачу сигналів, сформованих формувачем вимірювальної паузи 17, на перший блокувальний ключ 15. Перший блокувальний ключ 15 підключає джерело живлення оперативної напруги 8 до контактної мережі через вимірювальний резистор 13, з якого сигнал вимірювання струму спливу та захисту потрапляє через блок контролю струму спливу 14 на перший вхід першого логічного елемента АБО 24. У разі наявності логічної „1" на виході логічного елемента І 23 у "ведучого" тягового випрямляча на другому вході першого логічного елемента АБО 24 теж присутня логічна "1", що дозволяє через перший логічний елемент АБО 24 подачу сигналу на увімкнення третього блокувального ключа 28, через який імпульси тривалістю 200мс з другого виходу формувача керівних імпульсів силовими тиристорами 6 потрапляють через другий логічний елемент АБО 25 на другий вхід формувача керівних імпульсів силовими тиристорами 6, який через блок керування 7 подає сигнал на увімкнення випрямного мосту 3. Крім цього, синхронно з увімкненням силових тиристорів першого тягового випрямляча 1 відбувається увімкнення силових тиристорів "відомого" другого тягового випрямляча 2 керівними імпульсами, сформованими в своєму блоці керівних імпульсів силовими тиристорами 6. Коло такого увімкнення наступне: імпульси тривалістю 200мс, сформовані формувачем вимірювальної паузи 17 першого тягового випрямляча 1, через замкнутий третій блокувальний ключ 28, через другу оптоелектронну розв'язку 20 "ведучого" першого тягового випрямляча 1 подаються на першу оптоелектронну розв'язку 19 "відомого" другого тягового випрямляча 2 і далі через другий логічний елемент АБО 25 надходять на другий вхід формувача керівних імпульсів 6 та далі через блок керування 7 - на керівні електроди тиристорного випрямного мосту 3 "відомого" другого тяго 7 вого випрямляча 2. Формування керівних імпульсів в блоках формувача керівних імпульсів 6 тягових випрямлячів 1 та 2 відбувається синхронно, тому що фази А, В, С трифазної мережі на входах обох тягових випрямлячів є синхронізованими. Синхронно також відбувається вимкнення силових тиристорів тягових випрямлячів 1 та 2 в момент паузи у формуванні імпульсів формувачем керівних імпульсів 6 при замкнутому стані третього блокувального ключа 28. Синхронна циклічність вимкнення та увімкнення двох паралельно з'єднаних тягових випрямлячів відбувається і при зростанні струму спливу більше безпечної установленої норми, коли з вимірювального резистора 13 першого тягового випрямляча 1 подається імпульс, амплітудне значення якого перевищує порогове значення блока контролю струму спливу 14. В цьому разі з виходу блока контролю струму спливу 14 формується сигнал на вимкнення через перший логічний елемент АБО 24 третього блокувального ключа 28, що призведе до синхронного вимкнення "ведучого" та "відомого" тягових випрямлячів. Якщо на протязі однієї секунди струм спливу стане значно нижче установленого порогового значення блока контролю струму спливу 14, то формувач керівних імпульсів 6 першого тягового випрямляча 1 через замкнутий третій блокувальний ключ 28 синхронно підключить обидва випрямлячі до контактної мережі, і буде продовжена їх циклічна синхронна робота. Якщо у контактній мережі не стане оперативної напруги, то на другому вході логічного елемента І 23 у "ведучого" тягового випрямляча з'явиться з виходу датчика оперативного струму 10 сигнал логічного "0". Сигнал логічного "0" стане і на виході логічного елемента І 23, що приведе до вимкнення другого і третього блокувальних ключів 27 і 28 та через перший логічний елемент АБО 24 - третього блокувального ключа 28. Вимкнення означених ключів приведе до того, що джерело живлення оперативної напруги 8 не стане подавати імпульси протилежної полярності в контактну мережу. Одночасно з появою сигналу логічного "0" на виході логічного елементу І 23 у першого тягового випрямляча 1 через логічний елемент НІ 26, четверту 49157 8 оптоелектронну розв'язку 22 подається команда на третю оптоелектронну розв'язку 21 тягового випрямляча 2 на встановлення на третьому вході логічного елемента І 23 сигналу логічної "1". На інших входах цього елемента присутні сигнали логічних "1". При цьому на виході логічного елемента І 23 з'явиться сигнал логічної "1", який розблокує другий блокувальний ключ 27, і імпульси тривалістю 6,6мс з формувача вимірювальної паузи 17 стануть подавати в контактну мережу оперативну напругу через перший блокувальний ключ 15 другого тягового випрямляча 2. Одночасно при появі логічної „1" на виході логічного елемента І 23 імпульси тривалістю 200мс з другого виходу формувача керівних імпульсів 6 через третій блокувальний ключ 28, другий логічний елемент АБО 25 надійдуть на другий вхід формувача керівних імпульсів 6, який через блок керування 7 відкриє силові тиристори випрямного мосту 3. Синхронно з цим через другу оптоелектронну розв'язку 20 подається команда на першу оптоелектронну розв'язку 19 першого тягового випрямляча 1 та далі через другий логічний елемент АБО 25 - на другий вхід формувача керівних імпульсів 6, який через блок керування 7 відкриє силові тиристори випрямного мосту першого тягового випрямляча 1. Крім цього, сигнал логічної "1" з виходу логічного елемента І 23 другого тягового випрямляча 2 через логічний елемент НІ 26 та четверту оптоелектронну розв'язку 22 видасть команду через третю оптоелектронну розв'язку 21 першого тягового випрямляча 1 на установку на вході логічного елемента І 23 сигналу логічного "0" і вимкне другий і третій блокувальні ключі 27 та 28 першого тягового випрямляча 1. Таким чином, перший тяговий випрямляч 1 стає "відомим", а другий тяговий випрямляч 2 - "ведучим". Далі робота паралельно з'єднаних двох тягових випрямлячів відбувається так, як вже описано вище. Таким чином, запропонований пристрій забезпечує поліпшення умов обслуговування тиристорних тягових випрямлячів, зменшення часу простою електроустаткування та збільшення ефективності роботи рудникового транспорту. 9 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 49157 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601