CZ279755B6 - Silový obvod trakčního pohonu se střídavým motorem s bezpečnostním relé brzd - Google Patents

Abstract

Silový obvod trakčního pohonu se střídavým motorem s bezpečnostním relé brzd sestává z napěťového měniče, výstupního LC filtru, bezpečnostního relé (5) brzd, proudového převodníku (6), napěťového střídače (8) a střídavého trakčního motoru (9). Napěťový měnič je proveden ve tvaru dvoukvadrantového měniče (1), tvořeného prvním vypínatelným zpětně propustným prvkem (2) a druhým vypínatelným zpětně propustným prvkem (3), spojenými spolu do serie. Dvoukvadrantový měnič (1) svými vstupy připojen na stejnosměrné napájecí napětí a jeho první výstup (11) je přes seriovou kombinaci filtační indukčnosti (4), bezpečnostního relé (5) brzd a proudového převodníku (6) zapojen na první svorku filtračního kondenzátoru (7) a na první vstup (81) napěťového střídače (8). Druhý výstup (12) dvoukvadrantového měniče (1) je spojen s druhou svorkou filtračního kondenzátoru (7) a s druhým vstupem (82) napěťového střídače (8), jehož výstupy jsou zapojeny na střídavý trakční motor (9).ŕ

Description

Silový obvod trakčního pohonu se střídavým motorem s bezpečnostním relé brzd

Oblast techniky

Vynález se týká zapojení silového obvodu trakčního pohonu se střídavým motorem, umožňujícího použití bezpečnostního relé brzd u dopravních prostředků, kde se vyžaduje automatické zapůsobení mechanických brzd zcela nezávisle na obvodech řízení elektrodynamické brzdy.

Dosavadní stav techniky

Požadavek automatického zapůsobení mechanických brzd zcela nezávisle na obvodech řízení elektrodynamické brzdy vedl u trakčních pohonů se stejnosměrnými motory k vytvoření takzvaného bezpečnostního relé, zapojeného v obvodu kotev motorů, kterými protéká brzdný proud, jehož velikost je úměrná velikosti brzdného momentu. Bezpečnostní relé je mimo režim brzdy drženo v sepnutém stavu napěťovou cívkou. V režimu brzdy je pak napěťová cívka vypnuta a proudová cívka je protékána brzdným proudem motorů a drží relé v sepnutém stavu. Pokud brzdný proud z jakéhokoliv důvodu poklesne pod nastavenou hodnotu, kotva relé odpadne a relé vydá povel k zapnutí mechanických brzd. Bezpečnostní relé je ve své funkci zcela nezávislé na ostatních obvodech včetně napájecího napětí. Mechanické brzdy, pracující na principu mechanického střadače, pak zajišťují brzdění ve všech režimech. Toto bezpečnostní relé se během desítek let plně osvědčilo u trakčních pohonů se stejnosměrnými motory a je zcela uznáváno v zabezpečovací technice elektrických dopravních prostředků.

U trakčních pohonů se střídavými motory, napájenými ze střídače, však prostá aplikace bezpečnostního relé není možná, neboť, u střídavého motoru nelze rozlišit mezi jeho trakčním a brzdným proudem. U těchto motorů o hnací nebo brzdné síle rozhoduje fázový úhel a velikost proudů a napětí. Vyhodnocení brzdných účinků elektrodynamické brzdy na základě uvedených parametrů lze provést na principu wattmetru nebo pomocí elektronických obvodů.

Při použití střídače pro napájení střídavých trakčních motorů je možné rozlišit jízdní režim od brzdného pomoci polarity proudu ve stejnosměrném obvodu, avšak vzhledem k tomu, že v režimu brzdy dochází na střídači k současné transformací napětí motorů na napětí napájecí, které je navíc v poměrně širokých mezích proměnné, neurčuje tento proud velikost brzdného momentu. Proud v tomto obvodu klesá s klesajícími otáčkami i při konstantním brzdném momentu. Pro vyhodnocení brzdných účinků je i v tomto případě nutné použití elektronických obvodů, ve kterých se z naměřených hodnot vypočítává stav brzděni a stanoví se okamžik zapnutí mechanických brzd. Tyto obvody jsou však závislé na napájecím napětí, jejich funkce je nepříznivě ovlivňována poruchovostí elektronických součástek a nejsou proto z hlediska bezpečnostní techniky zcela vhodné.

-1CZ 279755 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení silového obvodu trakčního pohonu se střídavým motorem s bezpečnostním relé brzd podle vynálezu, umožňující použití klasického bezpečnostního relé brzd, fungujícího na odpad kotvy, které se dlouhodobě osvědčilo a je vyžadováno při schvalování vozidel do provozu.

Podstata vynálezu spočívá v zapojení silového obvodu trakčního pohonu a jeho řízení tak, aby vstupní a výstupní proud stejnosměrného obvodu střídače byl přímo úměrný momentu střídavého motoru, čímž je v brzdném režimu umožněno použití bezpečnostního relé osvědčeného typu a v jízdním i brzdném režimu je dále umožněno měření momentu střídavého trakčního motoru pomocí proudu ve stejnosměrném obvodu střídače.

Silový obvod trakčního pohonu se střídavým motorem podle vynálezu sestává z dvoukvadrantového měniče, jehož vstup je připojen na napájecí napětí a první výstup je zapojen na sériovou kombinaci filtrační indukčnosti, bezpečnostního relé a proudového převodníku. Výstup proudového převodníku je spojen s první svorkou filtračního kondenzátoru a prvním vstupem napěťového střídače. Druhý výstup dvoukvadrantového měniče je spojen s druhou svorkou filtračního kondenzátoru a druhým vstupem napěťového střídače. Výstupy napěťového střídače jsou připojeny na střídavý trakční motor. První vypínatelný zpětně propustný prvek může být tvořen dvěma spínacími prvky v antiparalelním zapojení.

Kromě výhody použití bezpečnostního relé brzd osvědčeného typu a měření momentu motoru v jízdním i brzdném režimu má uspořádání silového obvodu trakčního pohonu se střídavým motorem podle vynálezu další výhody. Je to především možnost použití sestavy napěťového střídače a střídavého motoru pro libovolné napájecí napětí bez změny dimenzování, neboť vlastní transformace napětí a proudu probíhá v dvoukvadrantovém měniči, přičemž dimenzování střídače je možno provádět jen z hlediska motoru a nikoliv z hlediska napájecí sítě a jejího kolísání, pro které je dimenzován dvoukvadrantový měnič. Další výhodou tohoto zapojení je, že v součinnosti s převodníkem proudu lze eliminovat nadproudy a tím chránit obvod motoru a střídače.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém je schematicky znázorněno uspořádání silového obvodu trakčního pohonu se střídavým motorem s použitím bezpečnostního relé brzd.

Příklad provedení vynálezu

Silový obvod trakčního pohonu sestává z dvoukvadrantového měniče 1 se dvěma do série spojenými vypínátelnými zpětně propustnými prvky 2. a 3, který je svými vstupy připojen na stejnosměrné napájecí napětí a jeho první výstup 11 je připojen na sériovou kombinaci filtrační indukčnosti 4, bezpečnostního relé 5 a proudového převodníku 6. Výstup proudového převodníku 6 je spojen s první svorkou filtračního kondenzátoru 7 as prvním vstupem 81 napěťového střídače 8.. Druhý výstup 12 dvoukvadrantového měniče 1 je spojen s druhou svorkou filtračního kondenzátoru

-2CZ 279755 B6 a s druhým vstupem 82 napěťového střídače 8. Výstupy napěťového střidače 8 jsou připojeny na střídavý trakční motor 9.

Vypínatelné zpětně propustné prvky 2 a 3 dvoukvadrantového měniče 1 mohou být podle velikosti napájecího napětí tvořeny buď tyristory GTO, nebo tranzistory s antiparalelně zapojenými diodami .

Napájecí napětí je přiváděno na vstup dvoukvadrantového měniče 1 a v jízdním režimu je spínán jeho první vypínatelný zpětně propustný prvek 2, který svou dobou sepnutí určuje velikost napětí na filtračním kondenzátoru 7. V době vypnutí prvku 2 se proud uzavírá přes diodu druhého vypínatelného zpětně propustného prvku 3. a je udržován filtrační indukčností 4. Tento proud je kontrolován proudovým převodníkem 6, který s příslušným regulátorem pro dvoukvadrantový měnič 1 zajišťuje funkci prvku 2 tak, aby nedošlo k překročení zadaných hodnot proudu. Napětí na kondenzátoru 7 je řízeno na hodnotu,potřebnou pro správné nabuzení střídavého motoru 9. ^a j^e přiváděno na třífázový napěťový střídač 8, tvořený šesti spínacími zpětné propustnými prvky, jehož výstupy jsou připojeny na střídavý třífázový motor 9.

V brzdném režimu se střídavý motor 9 stává zdrojem energie, přičemž napěťový střídač 8 svými spínacími prvky umožňuje jeho buzení a diody napěťového střídače usměrňují brzdný proud střídavého motoru 9. Tento usměrněný proud je přiváděn na filtrační kondenzátor 7 a přes proudový převodník 6, bezpečnostní relé 5, filtrační indukčnost 4 a diodu prvního vypínatelného zpětně propustného prvku 2 dvoukvadrantového měniče 1 je odváděn do napájecího zdroje. Pro potlačení vlivu proměnného napájecího napětí na funkci pohonu v brzdném režimu je spínán druhý vypínatelný zpětné propustný prvek 3 dvoukvadrantového měniče 1, který řídí napětí na kondenzátoru 7 na hodnotu, potřebnou pro funkci střídavého motoru 9 v brzdném režimu,nezávisle na hodnotě napájecího napětí. Proud protékající v brzdném režimu přes bezpečnostní relé 5 je filtrován kondenzátorem 7 a filtrační indukčností 4 a vlivem stabilizační funkce druhého vypínatelného zpětně propustného prvku 3_ dvoukvadrantového měniče 1 je úměrný brzdnému momentu střídavého motoru <3.

Pro start brzdného režimu při ztrátě napájecího napětí lze s výhodou na místě prvního vypínatelného zpětně propustného prvku 2 dyoukvadrantového měniče 1 použít antiparalelní zapojení dvou spínacích prvků, které svou funkcí umožňují přivést na filtrační kondenzátor 7. pomocné napětí, potřebné pro start elektrodynamické brzdy.

Průmyslová využitelnost

Zapojení podle vynálezu lze s výhodou použít všude tam, kde je nutné zajistit zastavení pohonu i při selhání silové nebo řídicí elektrické části, při ztrátě pomocných napětí, u pohonů s velkými změnami napájecího napětí a výpadky napájení, při kterých je zajištěn spolehlivý provoz. Zapojení je vhodné zejména pro pohony tramvají, trolejbusů, elektromobilů, vozů metra a elektrických vlaků s různými systémy napájení.

-3CZ 279755 B6 • PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (2)

1. • PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Silový obvod trakčního pohonu se střídavým motorem s bezpečnostním relé brzd, sestávající z napěťového měniče, výstupního LC filtru, bezpečnostního relé, proudového převodníku, napěťového střídače a střídavého motoru, vyznačuj ící se tím, že napěťový měnič je proveden ve tvaru dvoukvadrantového měniče /1/, tvořeného prvním vypínatelným zpětně propustným prvkem /2/ a druhým vypínatelným zpětně propustným prvkem /3/, spojenými spolu do série, který je svými vstupy připojen na stejnosměrné napájecí napětí a jeho první výstup /11/ jé přes sériovou kombinaci filtrační indukčnosti /4/, bezpečnostního relé /5/ a proudového převodníku /6/ zapojen na první svorku filtračního kondenzátoru /7/ a na první vstup /81/ napěťového střídače /8/, přičemž druhý výstup /12/ dvoukvadrantového měniče /1/ je spojen s druhou svorkou filtračního kondenzátoru /7/ a s druhým vstupem /82/ napěťového střídače /8/, jehož výstupy jsou zapojeny na střídavý trakční motor /9/.
2. 2. Silový obvod podle nároku 1, vyznačující se tím, že první vypínatelný zpětně propustný prvek /2/ je tvořen dvěma spínacími prvky v antiparalelním zapojení.