PL187448B1 - Sposób i układ sterowania wyłącznika szybkiego - Google Patents

Abstract

1. Sposób sterowania wyłącznika szybkiego za- bezpieczającego obwód główny pojazdu trakcyjnego przed skutkami zwarć i przeciążeń, zasilanego z sieci trakcyjnej, składającego się z łącznika półprzewodnikowego, członu pomiaru prądu obciążenia i sterownika, znamienny tym, że sygnał pomiaru prądu obciążenia (I) przetwarza się w sterowniku (S) na sygnał napięciowy i porównuje się z sygnałem zadanym, a po przekroczeniu wartości zadanej wysyła się ze sterownika (S) jednoczesny sygnał na wyłączenie obciążenia przez łącznik półprzewodnikowy (ŁP) i na odłączenie obwodu zasilania łącznikiem stykowym (ŁS) 2 Układ sterowania wyłącznika szybkiego składającego się z łącznika półprzewodnikowego, układu tłumienia przepięć, członu pomiaru prądu obciążenia, sterownika 1 łącznika stykowego włączony pomiędzy sieć trakcyjną, a obwód napędowy pojazdu składającego się z układu regulacyjnego i silników trakcyjnych, znamienny tym, że w szereg z łącznikiem półprzewodnikowym (ŁP) składającym się z łącznika tranzystorowego lub tyrystorowego (T) połączony jest człon pomiaru prądu (I) i łącznik stykowy (ŁS), a pomiędzy zaciski wejściowe (WE1 i WE2) włączony jest obwód tłumiący przepięcia składający się z równolegle połączonych warystora (VAR) i kondensatora (C), zaś pomiędzy zaciskiem wyjściowym (Wy), a zaciskiem (WE2) włączonajest dioda zwrotna (D).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ sterowania wyłącznika szybkiego przeznaczonego do zabezpieczenia przed przeciążeniem lub zwarciem w obwodach napędowych trakcji elektrycznej.

Znane i stosowane w trakcji elektrycznej są obecnie stykowe wyłączniki szybkie o czasach własnych 1 - 10 ms i czasie wyłączania zwarcia 1 - 40 ms.

Stosowany dotychczas sposób wyłączania zwarcia polega na łukowym przerywaniu obwodu elektrycznego.

Znany układ wyłącznika klasycznego składa się z łącznika stykowego, komory wydmuchowej, cewki wydmuchowej, cewki napędowej oraz wybijakowej cewki nadmiarowo - prądowej. Uzwojenie nadmiarowo - prądowe kontroluje prąd obciążenia i po przekroczeniu nastawionej wartości uderza w kotwę styku ruchomego lączmka przyspieszając rozwarcie styków głównych.

Wyłącznik zabezpiecza obwód napędowy pojazdu trakcyjnego składający się z układu regulacyjnego i silników trakcyjnych.

Wyłączniki te ze względu na długi czas wyłączania powodują kilkukrotny wzrost prądu w obwodzie zabezpieczanym i sieci zasilającej. Powoduje to wysokie przepięcia po zgaszeniu łuku, poważne skutki termiczne w obwodzie obciążenia, a także szybkie zużywanie się zestyków i komory wydmuchowej. Trwałość łączeniowa wyłączników nie przekracza 1.000 łączeń.

Układ wyłącznika hybrydowego według polskiego zgłoszenia patentowego P-328004 składa się z łącznika stykowego i równolegle z nim połączonego łącznika półprzewodnikowego. Zawiera również układ tłumienia przepięć oraz człon pomiaru prądu oraz sterownik.

Wyłącznik zabezpiecza obwód napędowy pojazdu trakcyjnego składający się z układu regulacyjnego i silników trakcyjnych.

W momencie wyłączania włączony jest łącznik półprzewodnikowy i otwierany łącznik stykowy, a następnie obwód rozwierany jest łącznikiem półprzewodnikowym. Czas wyłączania zwarcia określany jest na ok. 1 ms.

Sposób sterowania wyłącznika szybkiego według wynalazku składającego się z układu tłumienia przepięć, łącznika półprzewodnikowego, członu pomiaru prądu obciążenia, sterownika i diody zwrotnej, zabezpieczającego przed skutkami zwarć i przeciążeń, obwód główny pojazdu trakcyjnego zawierający łącznik stykowy, układ regulacyjny i silniki trakcyjne polega na tym że, po przekroczeniu nastawionej wartości progu zadziałania członu pomiaru prądu sterownik wysyła187 448 jednoczesny sygnał na wyłączenie łącznika półprzewodnikowego i łącznika stykowego. Łącznik półprzewodnikowy powoduje natychmiastowe (w czasie kilku ps) wyłączenie prądu w obwodzie zabezpieczanym, a łącznik stykowy otwiera się po czasie własnym bezprądowo.

Układ sterowania wyłącznika szybkiego według wynalazku składa się z łącznika półprzewodnikowego (tranzystor lub tyrystor), członu pomiaru prądu, wejściowego obwodu tłumiącego przepięcia, w którym znajduje się kondensator i warystor, z diody zwrotnej oraz sterownika zabezpiecza od zwarć i przeciążeń układ napędowy pojazdu trakcyjnego zawierający silniki trakcyjne i układ regulacyjny.

Łącznik półprzewodnikowy połączony jest szeregowo z członem pomiaru prądu i łącznikiem stykowym. Układ tłumiący przepięcia składający się z połączonych równolegle warystora i kondensatora włączony jest do zacisków wejściowych źródła zasilającego, a równolegle do obwodu obciążenia włączona jest dioda zwrotna.

W wyłączniku według wynalazku łącznik stykowy zapewnia tylko trwale wymaganą powietrzną przerwę izolacyjny natomiast wyłączenie prądu przejmuje człon półprzewodnikowy o nieograniczonej trwałości. Prąd wyłączany jest w ciągu 2 4 ps przy zastosowaniu modułu IGBT lub tyrystora GTO i do 40 80 ps przy zastosowaniu łącznika tyrystorowego z wymuszoną komutacją. Czas wyłączania zwarcia wyłącznika według wynalazku jest o cztery rzędy wartości mniejszy niż wyłączników szybkich stykowych i o trzy rzędy mniejszy niż wyłącznik hybrydowy według zgłoszenia patentowego P-328004. Przy najmniejszych występujących w obwodach trakcyjnych stałych czasowych około 2 ms wzrost prądu ponad wartość nastawioną nie przekracza 5 + 10% wartości nastawionej. Przepięcia łączeniowe proporcjonalne do kwadratu prądu wyłączanego są małe i mogą być skutecznie wytłumione kondensatorami o niewielkiej pojemności. Człon stykowy wyłącznika szybkiego rozwiera się po czasie 20 : 100 ms bezprądowo przez co jego trwałość równa jest trwałości mechanicznej łącznika dochodzącej do 1 min. łączeń. Dodatkową zaletą wyłącznika jest możliwość stosowania go jako łącznika manewrowego (np. w tramwajach, trolejbusach, wagonach metra), przerywającego bezprądowo obwód jazdy z częstotliwością co najmniej kilku łączeń na minutę.

Wynalazek w przykładowym wykonaniu uwidoczniony jest na rysunku przedstawiającym schemat blokowy wyłącznika szybkiego.

Sposób sterowania wyłącznika szybkiego według wynalazku jest następujący. W celu włączenia wyłącznika podaje się sygnał na włączenie łącznika ŁS i po potwierdzeniu stanu włączenia podaje się sygnał na włączenie łącznika półprzewodnikowego ŁP. Powoduje to przepływ prądu w obwodzie układu regulacyjnego R i silnikach trakcyjnych M1 i M2.

Gdy wartość prądu w członie pomiarowym I jest niższa od wartości zadanej wyłącznik pozostaje w stanie włączonym. Gdy wartość prądu w członie pomiarowym I jest wyższa od zadanej sterownik S wysyła jednocześnie sygnał na włączenie łącznika półprzewodnikowego ŁP i łącznika stykowego ŁS. Łącznik półprzewodnikowy ŁP wyłącza prąd płynący z sieci trakcyjnej w ciągu kilku mikrosekund, natomiast łącznik stykowy otwiera się po czasie własnym 20 + 100 ms bezprądowo.

Energia zwarcia proporcjonalna do iloczynu kwadratu prądu i indukcyjności sieci trakcyjnej przejmowana jest przez kondensator C, a przy zwarciach o dużej indukcyjności obwodu zasilania również przez warystor VAR. Energia obwodu obciążenia rozładowywana jest poprzez diodę D.

Wyłącznik może być otwierany również manewrowo, wyłączając prąd poniżej wartości zadanej. Wówczas przepięcie tłumione jest tylko kondensatorem C, którego wartość pojemności jest tak dobrana, że wzrost napięcia nie przekracza 1,3 Uz.

Układ wyłącznika szybkiego według wynalazku stanowi połączenie następujących elementów: łącznik ŁP, którym jest tyrystor lub tranzystor T połączony jest szeregowo z członem pomiaru prądu I oraz łącznikiem stykowym ŁS. Pomiędzy zaciski WE1 i WE2 włączony jest człon tłumiący przepięcia, który składa się z kondensatora C i warystora VAR, zaś pomiędzy zacisk wyjściowy wyłącznika Wy, a zacisk źródła zasilania WE2 włączona jest dioda zwrotna D rozładowująca energię magnetyczną obwodu obciążenia. Zabezpieczany obwód obciążenia stanowią układ regulacyjny R i silniki M1, M2. Źródłem zasilania jest sieć trakcyjna o napięciu Uz i indukcyjności L_x.

187 448

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób sterowania wyłącznika szybkiego zabezpieczającego obwód główny pojazdu trakcyjnego przed skutkami zwarć i przeciążeń, zasilanego z sieci trakcyjnej, składającego się z łącznika półprzewodnikowego, członu pomiaru prądu obciążenia i sterownika, znamienny tym, że sygnał pomiaru prądu obciążenia (I) przetwarza się w sterowniku (S) na sygnał napięciowy i porównuje się z sygnałem zadanym, a po przekroczeniu wartości zadanej wysyła się ze sterownika (S) jednoczesny sygnał na wyłączenie obciążenia przez łącznik półprzewodnikowy (ŁP) i na odłączenie obwodu zasilania łącznikiem stykowym (ŁS).
2. 2. Układ sterowania wyłącznika szybkiego składającego się z łącznika półprzewodnikowego, układu tłumienia przepięć, członu pomiaru prądu obciążenia, sterownika i łącznika stykowego włączony pomiędzy sieć trakcyjną, a obwód napędowy pojazdu składającego się z układu regulacyjnego i silników trakcyjnych, znamienny tym, że w szereg z łącznikiem półprzewodnikowym (ŁP) składającym się z łącznika tranzystorowego lub tyrystorowego (T) połączony jest człon pomiaru prądu (I) i łącznik stykowy (ŁS), a pomiędzy zaciski wejściowe (WE1 i WE2) włączony jest obwód tłumiący przepięcia składający się z równolegle połączonych warystora (VAR) i kondensatora (C), zaś pomiędzy zaciskiem wyjściowym (Wy), a zaciskiem (WE2) włączona jest dioda zwrotna (D).