Пристрій для керування стрілковим електроприводом

1. Пристрій для керування стрілковим електроприводом, який включає джерело змінної трифазної напруги, з'єднані з ним керуюче, робоче і контрольне кола у вигляді блока перемикання і контролю, до якого через трипровідну лінію 3 81402 контактів і т.п. можуть виникнути перехідні процеси, тому що напруга джерела контрольного струму прикладається не тільки до контрольного реле, але і до зазору, що утворився. У підсумку коли лінійні проводи замкнуті через контакти автоперемикача і колектор електродвигуна, і може виникнути вентильний ефект, що приводить до стійкого збудження контрольного реле. Що при нещільному приляганні гостряків до рамної рейки, дає помилковий контроль положення стрілки. Застосування двигуна постійного струму відповідає не усім вимогам надійності і вимагає додаткових апаратно-схемних рішень для забезпечення безпеки. По-друге, на стрілках, розташованих близько до поста ЄЦ спостерігається відбій рамної рейки. По-третє, для стрілок досить віддалених від посту централізації необхідно компенсувати втрати напруги в кабелі, шляхом його дублювання, щоб зберегти величину моменту оберта на двигуні. Це приводить до збільшення витрати дорогого кабелю, тому що наприклад, при дальності управління 1,7км у двопровідної схеми кількість жил кабелю сягає 17 в залежності від типу рейок на стрілковому переводі та марки хрестовини. І при дальності більш 2-х-кілометрів ця схема взагалі не застосовується. Відомі схеми управління стрілковим електроприводом змінного струму з використанням асинхронного електродвигуна [1] стор.100-104. Трифазний асинхронний електродвигун з накороткозамкненим ротором найбільшою мірою задовольняє вимогам експлуатаційної надійності стрілкових електроприводів, тому що він є безконтактним і комутація його робочого кола не супроводжується високими перехідними струмами і напругами. Однак на мережі залізниць нашої країни він не мав настільки широкого поширення як двигун постійного струму з послідовним збудженням. Одна з основних причин цього полягає в тім, що схеми управління стрілковим трифазним двигуном істотно перевищують по витраті кабелю або апаратних витрат типову двопровідну схему управління електроприводом постійного струму. Практичним шляхом встановлено, що не менш 60-80% витрат на будівництво пристроїв СЦБ (сигналізація, централізація, блокування) складає саме вартість кабелю. Найбільше близько до двопровідної схеми за техніко-економічними показниками й алгоритмом, є трипровідна схема управління стрілковим електроприводом із трифазним двигуном, що має місцеве реверсування. Робочий і контрольний кола такої схеми містять фазоконтрольний пристрій для блокування пускового реле по робочому струму, вузол контролю і положення стрілки, фазочутливе реверсуюче реле, стрілковий електропровід з автоперемикачем, джерело трифазної напруги. Розрахунки кабельних ліній показують, що завдяки більшій дальності управління без дублювання кабельних жил, дана схема по витраті кабелю знаходиться на рівні гранично економічної 4 двопровідної схеми. Однак існує принципова можливість побудови трипровідної схеми без реверсуючого реле, тобто з центральним реверсуванням. Для суміщення робочого і контрольного кіл у такій схемі застосовують силовий діод, що включений в один з лінійних проводів для виконання контрольних функцій. Можливо також використання трьох батарей конденсаторів, що усувають замикання постійної складової контрольного струму через обмотки електродвигуна й асиметрію робочого струму. Але перша з цих схем не забезпечує номінального обертаючого моменту на валу електродвигуна при пуску з крайніх положень, тому що всі три обмотки в цей час підмагнічуються постійною складовою випрямленого діодом робочого струму. Др уга ж схема містить велику кількість паралельно з'єднаних конденсаторів і тому неконтрольованих як робочою, так і контрольними колами. Перша і друга схеми вимагають індивідуального для кожної стрілки часозадавального датчика 1 класу для автоматичного розмикання робочого кола після закінчення часу нормального переводу, що обумовлено неможливістю зупинки електродвигуна по закінченні переводу стрілки у випадку несправності контрольного кола. Трипровідними схемами без реверсуючого органа неможливо послідовно переводити спарені електроприводи, у зв'язку з чим для стрілок з'їздів потрібна подвоєна витрата кабелю. Необхідно також забезпечувати безперервність роботи контрольного кола при розмиканні блок-контакту електропривода, тому що контрольний струм проходить через обмотки електродвигуна. Додавання в схему з центральним реверсуванням четвертого проводу зменшує апаратну надмірність, тому що полегшується задача сполучення робочого і контрольного кіл. Однак при цьому зберігається паралельний перевід спарених електроприводів і більш високий (на 30-35%) витрату стрілочного кабелю в порівнянні з двопровідною схемою. Чотирипровідна схема застосовується на ряді станцій магістральних залізниць і промислового транспорту. П'ятипровідна схема з центральним реверсуванням по апаратним витратам рівноцінна двопровідній схемі, допускає паралельний і послідовний перевод спарених електроприводів і по витраті кабелю аналогічна чотирипровідній. Контрольне коло цієї схеми має високу ступінь захищеності від помилкових спрацьовувань, тому що кожне положення стрілки контролюється по двох парах проводів, тому їй невластиві такі недоліки як помилковий контроль положення стрілки при невірному підключенні лінійних проводів або контрольного діода, непереключення поляризованого контакту контрольного реле та ін. Недоліком схеми є постійне перебування лінійних проводів включеними в коло живлення двигуна. Це може привести до, розвороту двигуна в контрольному режимі, за рахунок індукування 5 81402 напруги з високовольтних ліній на віддалених стрілках. Загальним недоліком схем з центральним реверсуванням є можливість розвороту під дією індукованих у лінійних проводах ЕДС змінного струму, якщо схема управління електроприводом не контролює появи в її лінійній частині заземлень. Останнє поширюється головним чином на робочі кола постійного і Змінного токів великого віддалення (більш 1км), які розташовані в зоні впливу кіл сильного струму, наприклад, електричної тяги змінного струму, тому що двигун постійного струму з послідовним збудженням і трифазний асинхронний двигун здатні створювати обертальний момент при підключенні до них синусоїдальної напруги. Відомі численні винаходи по розглянутій проблемі, у тому числі по схемах управління стрілковим електроприводом на змінному стр умі. Наступні винаходи по електроприводу на змінному струмі: Так, відомі наприклад, [а.с. СРСР №1133154, бюл. №1, 1985; №1240669, бюл. №24 ,1986; №1411199; №1579828, бюл. №27, 1990; пат. РФ №2025354, бюл. №24, 1996]. В якості представницького рішення по цьому напрямку розглянемо патент РФ №2025354, B61L7/08. Заявлений трипровідний пристрій для управління трифазним стрілковим електроприводом з місцевим реверсуванням, у якому в коло управління приводом включений трансформатор, диференційне і інтегруюче кола, що складаються з конденсаторів і резисторів, діодів і реле фіксації включення контрольного режиму. Подібні рішення за рахунок великої кількості безконтактних елементів досить складні, що створює додаткові проблеми в забезпеченні при експлуатації необхідного високого рівня надійності. Як прототип, що збігається з заявленим винаходом по призначенню і ряду конструктивних ознак, обраний пристрій для керування стрілковим електроприводом, по [а.с. №1782834, B61L7/08, бюл. №47, 1992], що містить підключений до джерела і змінної трифазної напруги блок перемикання і контролю, до якого через трипровідну лінію і включені в її проводи контакти реверсуючого реле й один з контактів автоперемикача, підключений електродвигун, а між іншими контактами автоперемикача, включеними в згадані проводи паралельно першим, включений діод. Як мету винаходу заявлене підвищення надійності, для чого воно має з'єднаними послідовно зі згаданим діодом реле фіксації включення контрольного режиму, фазовими ключовими елементами і трансформаторами при відповідній схемі підключення всіх елементів. Недоліком прототипу є проблематичність істотного підвищення експлуатаційної надійності. На основі аналізу відомого рівня техніки можна зробити висновок, що задача подальшого удосконалення пристроїв управління стрілковим електроприводом змінного струму в частині підвищення їхньої надійності і зменшення витрат 6 на їхнє обслуговування, продовжує залишатися актуальною. Загальними ознаками рішення, що заявляється, і прототипу є наступні: - джерело змінної трифазної напруги, з'єднані з ним управляюче, робоче і контрольне кола у виді блоку перемикання і контролю, до якого через трипровідну лінію і включені в її проводи контакти реверсуючого блоку, підключено стрілковий електропривод, в якому через одні з контактів авто-перемикача підключений електродвигун, а між іншими контактами автоперемикача, включено паралельно контактам блоку реверсування, діод. В основу винаходу поставлена задача такого удосконалення способу управління стрілковим електроприводом, а саме трифазної трипровідної схеми управління стрілковим електроприводом, у якій за рахунок об'єднання переваг двопровідної схеми управління на постійному струмі в управляючому колі і переваг прототипу, трипровідної трифазної схеми. Змінного струму, в контрольному колі, шляхом подачі команди реверсування до початку робочого режиму, забезпечується підвищення надійності всього пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для управління стрілковим електроприводом, що включає джерело змінної трифазної напруги з'єднані з ним управляюче, робоче і контрольне кола у виді блоку перемикання і контролю, до якого через трипровідну лінію і включені в її проводи контакти реверсуючого блоку, підключено стрілковий електропривід, в якому через одні з контактів автоперемикача підключений електродвигун, а між іншими контактами автоперемикача включено паралельно контактам блоку реверсування діод, згідно з винаходом, блок реверсування є приймачем сигналу управляючого кола та комутатором робочого кола, а в управляючому колі виконаний елемент запізнювання, що розмикає контакти робочого кола на час роботи реверсуючого режиму. Перераховані ознаки складають сутність винаходу, тому що є необхідним у будь-яких варіантах реалізації винаходу і достатнім для досягнення поставленої задачі. Конкретною ознакою пристрою є те, що для подавання сигналу на блок реверсування та тимчасового розриву робочого кола використано допоміжне реле, а елемент запізнювання виконано завдяки уповільненню на відпускання якоря за рахунок мідної гільзи осердя та конденсатору, включеному паралельно допоміжному реле. Причинно-наслідковий зв'язок відмічених ознак і результату, що досягається, полягає в наступному. Для роботи стрілки необхідно в залежності від необхідності повертати електродвигун в два напрямки, для цього необхідно для трифазного струму поміняти місцями любі дві фази. Необхідно застосувати блок реверсування, який має тільки два положення. Тому можливо застосувати два варіанти переключення блоку: - в першому варіанті (згідно прототипу) 7 81402 необхідно зробити автоматичний аналіз прикладеної робочої напруги і в залежності від результату аналізу зробити підключення електродвигуна; - в другому варіанті в аналітичному блоці немає потреби, оскільки положення тільки два і контакти блоку реверсування в одному положенні вже знаходяться, тому перед подачею напруги на двигун подається команда переключити блок в зворотне положення, і після чого через заданий час підключається робоча напруга. В представленому способі управління включено зазначений реверсуючий блок одними виводами до одного проводу трипровідної лінії, а іншими до другого проводу трипровідної лінії, що сприймає команди на реверсування і одночасно є комутуючим елементом. Проаналізувавши роботу однієї з реалізованих схем змінного струму, на основі перерахованого вище принципу, наприклад з реверсуючим реле ППР3-5000 в якості блоку реверсування, що застосовується в даний час у схемах постійного струму, можна прийти до висновку, що прилади застосовувані в цих схемах не впливають негативно на роботу один одного в одній схемі. Реле ППР3-5000 має обмотки з опором постійному струму 5000Ом у яке входять дві котушки індуктивності, що мають по 10000 витків включені між собою зустрічно. При постійній напрузі 160В, струм через реле складає 44мА, отже при змінній напрузі 220В, до активного опору котушок додається реактивний опір, також при зустрічно включених котушках струм по обмотках реле практично відсутній. Включення цього реле в коло змінної напруги 220В, не приводить до виходу з ладу реле і при можливому пробої резистора включеного в її коло буде працювати з достатнім запасом надійності. Також приймаючи в увагу великий опір реверсуючого реле, останнє не впливає на співвідношення між фазами робочої напруги. Оскільки контрольне коло аналогічне уже відомим схемам, і п’ятипровідної і двопровідної, то в доказі безпеки цієї частини схеми немає потреби. Запропонована схема має наступні переваги: а) у порівнянні з 2-х провідною схемою: - відсутній двигун постійного струму з усіма властивими йому недоліками; - відсутність вентильного ефекту; - збільшення термінів заміни двигуна; - відсутність відбою рамної рейки на ближніх стрілках; - збереження моменту оберту двигуна, на віддалених стрілках, і як наслідок збільшення дальності управління стрілкою з значно меншою кількістю дублювання проводів до 3,5км - при відстанях до 3,5км відпадає необхідність у магістральному живленні. б) у порівнянні з 5-ти провідною схемою: - значне зменшення кількості проводів; - неможливість виникнення обертального моменту на електродвигуні при перетинанні кабельної мережі з високовольтною ЛЕП, тому що реверсуюче реле в режимі контролю тримає коло 8 електродвигуна розімкнутим від кабельної лінії. д) у порівнянні з 3-и провідною схемою (прототипом): - підвищення надійності роботи схеми за рахунок використання більш надійного блока реверсування. неможливість переключення фазоаналітичного блока при перетинанні кабельної мережі з високовольтною ЛЕП, тому що блок реверсування не реагує на змінний струм, і як наслідок неможливість виникнення обертального моменту на електродвигуні. - реалізація способу не потребує нового виробництва, всі елементи вже випускаються промисловістю. Фігура 1, 2. Трифазна трипровідна схема управління стрілковим електроприводом. Фігура 3, 4. Приклад реалізації „Трифазної трипроводної схеми управління стрілковим електроприводом", з реверсуючим реле постійного струму ППР 3-5000. На Фіг.1-4 представлена схема управління, що заявляється, де: 1. СК - стрілковий комутатор. Має 3 положення на Фіг.1 зображений у нейтральному положенні. 2. Діод 3. ППС - поляризоване пускове стрілкове реле 4. К- контакт поляризованого пускового стрілкового реле 5. СВ - стрілкове допоміжне реле 6. Конденсатор (для уповільнення відпадіння якоря реле.) 7. НПС - нейтральне пускове стрілкове реле 8. Діодний міст. 9. OKзагальне контрольне реле (комбіноване) 10. Опір 11. СКТ стрілковий контрольний трансформатор 12. Конденсатор 13. Нейтральний контакт реле НПС 14. Т1, Т2, Т3 фазоконтрольний трансформатор 15. Запобіжник 16. БР - блок реверсування 17. Опір обмеження контрольного струму 18. Контакти автоперемикача 19. Блок-контакт 20. Обмотка електродвигуна 21 Опір діода 22. Діод контролю положення стрілки. Описаний спосіб управління стрілковим електроприводом пройшов лабораторні іспити з імітацією усіх відомих робочих та аварійних режимів. У даному пристрої застосовані елементи що випускаються промисловістю серійно. Для переводу стрілки повертається стрілковий комутатор СК 1, при замиканні контактів якого створюється коло: +24 В, стрілковий комутатор, поляризований контакт 4 пускового стрілкового реле, діод, перша обмотка реле НПС і мінус, при цьому заряджається конденсатор, включений паралельно першій обмотці реле НПС, також по 9 81402 паралельному колу від контакту 4, діод, прикладається потенціал до стрілкового допоміжного реле і конденсатора 6. Одержавши живлення реле СВ 5 і НПС 7 замикають свої фронтові і розмикають тилові контакти. У такий спосіб пускове поляризоване реле 3 одержує живлення по колу П-СК-діод-реле ППС замкнений контакт реле НПС-М. Одержавши зворотну полярність реле ППС 3, перекидає свій якір і: а) підготовляє коло для наступного переводу стрілки; б) замкнувши свої поляризовані контакти, створює коло для зміни стану блоку реверсування 16. Інформація з блоку формування реверсуючого сигналу через замкнені фронтові контакти реле СВ подається в блок реверсування, який у свою чергу підготовляє робоче коло електродвигуна. Після закінчення часу сповільнення, реле СВ відпускає свій якір, замикає свої тилові контакти і у коло електродвигуна подається трифазна напруга, а реле НПС продовжує утримувати свій якір, за рахунок спрямленої напруги на другій обмотці, виробленого фазоконтрольним блоком з робочої напруги. (Час сповільнення реле СВ вибирається меншим за час сповільнення реле НПС) Далі схема працює аналогічно вже відомим. Для виключення вентильного ефекту в запропонованому способі управління необхідно використовува ти блок реверсування який при несправності виключає імітацію вентиля. Таким чином, представлені дані свідчать про відповідність заявленого способу для схем управління стрілковим електроприводом критеріям на новизну, винахідницькому рівню і промислової застосовності, пропонованими експертизою для оцінки рівня винаходу. 10