RU2365024C1

RU2365024C1 - Method of tract tool power supply

Info

Publication number: RU2365024C1
Application number: RU2008114574/09A
Authority: RU
Inventors: Борис Иванович Жидков (RU); Борис Иванович Жидков; Юрий Сергеевич Огарь (RU); Юрий Сергеевич Огарь; Анатолий Васильевич Пронченко (RU); Анатолий Васильевич Пронченко; Валентин Валентинович Сахаров (RU); Валентин Валентинович Сахаров; Владимир Ильич Стеблецов (RU); Владимир Ильич Стеблецов; Роберт Дмитриевич Сухих (RU); Роберт Дмитриевич Сухих
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-08-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used for power supply of three-phase induction squirrel cage motors that drive the track mechanised tools intended for maintenance and repair railroad tract. Known method comprises connecting the feed current frequency converter plug to stationary or mobile electric power source. Branch plug with fuse and sockets is connected that of the feed current frequency converter. Track tool motor plug is connected to one of aforesaid sockets. Proposed method differs from aforesaid known one in that the device plug is connected to electric power source socket. Aforesaid device accommodates switch, two sockets and unit to smoothly convert output current strength and motor rotor r.p.m. The said unit serves also to convert feed current frequency in the range of 0.5 to 500 Hz, to smoothly vary output current strength and rotor r.p.m. Then preset are output current strength, rotor r.p.m. and feed current frequency. Now branch plug is connected to one of the sockets, switch is connected to aforesaid branch plug and tool motor plug is connected to one of aforesaid sockets.

EFFECT: higher efficiency and safety.

6 dwg

Description

Предложенное изобретение относится к области энергоснабжения с управлением трехфазных короткозамкнутых асинхронных электродвигателей путевого механизированного инструмента при работах по текущему содержанию и ремонту железнодорожного пути.The proposed invention relates to the field of power supply with the control of three-phase squirrel-cage asynchronous electric motors of a traveling mechanized tool during work on the current maintenance and repair of the railway track.

При выполнении этих работ приходится обрабатывать разные путевые объекты в разнообразном их состоянии. Так при подбивочных работах с вибрационными шпалоподбойками степень засоренности и плотности подбиваемого балласта колеблется в весьма широких пределах, что обуславливает необходимость разного по величине силового воздействия. Должна быть разной вынуждающая колебания центробежная сила инерции, которая находится в квадратичной зависимости от частоты f тока, питающего электродвигатель шпалоподбойки:When performing these works, it is necessary to process different waypoint objects in their various condition. So during tamping operations with vibration tamper, the degree of contamination and density of the knocked-off ballast varies over a very wide range, which necessitates a different force magnitude. The centrifugal inertia force that drives the oscillations must be different, which is quadratic with the frequency f of the current supplying the tamper motor:

F_и=m_де(2πf)², ГцF _and = m _d e (2πf) ² , Hz

(здесь е - эксцентриситет дебаланса с массой m_д на валу двигателя). В весьма широких пределах находится твердость рельсов при сверлении в них отверстий, упрочнении их и снятии фасок; разное качество имеет и материал рельсообрабатывающих инструментов. Это обстоятельство требует оперативной корректировки окружной скорости вращения сверла, упрочнителя, фаскосъемника, также зависящей от частоты питающего тока. В такой же ситуации находятся и гайковерты, шуруповерты, рельсошлифовалки и другой механизированный путевой инструмент. Способ электропитания их должен обеспечивать указанное требование, а также быть безопасным для монтера пути.(here e is the eccentricity of the unbalance with mass m _d on the motor shaft). In a very wide range, the hardness of the rails is located when drilling holes in them, hardening them and chamfering; the material of rail processing tools has different quality. This circumstance requires operational adjustment of the peripheral speed of rotation of the drill, hardener, chamfer, also depending on the frequency of the supply current. Wrenches, screwdrivers, rail grinders and other mechanized travel tools are in the same situation. The way of their power supply should provide the specified requirement, and also be safe for the path installer.

Известен (см., Путевые механизмы и инструмент / Под ред. Н.А.Карпова. - М.: Транспорт, 1984. - с.119…156) способ электропитания путевых инструментов, при котором к розетке стационарного или мобильного источника электроэнергии подключают вилку разветвлителя с предохранителем и розетками, к одной из которых подключают вилку электродвигателя инструмента.There is a known (see, Travel mechanisms and tools / Edited by N.A. Karpov. - M .: Transport, 1984. - p.119 ... 156) a way to power travel tools, in which a plug is connected to a stationary or mobile power source a splitter with a fuse and sockets, one of which connects the plug of the electric motor of the instrument.

Этот способ не обеспечивает регулируемости режимов работы (частоты вращения, движущего момента и пр.) и электрозащищенности оборудования и монтера пути, требуя для этого специальных приспособлений.This method does not provide adjustable operating modes (speed, torque, etc.) and electrical protection of the equipment and the fitter, requiring special devices for this.

Известен также (см., Путевые механизмы и инструмент / Под ред. Н.А.Карпова. - М.: Транспорт, 1984. - С.156…163) способ электропитания путевых инструментов, при котором к розетке стационарного или мобильного источника электроэнергии подключают вилку устройства, преобразующего частоту питающего типа с 50 на 200 Гц, к его розетке подключают вилку разветвлителя с предохранителем и розетками, к одной из которых подключают вилку электродвигателя инструмента (принят за прототип).There is also known (see, Travel mechanisms and tools / Edited by N. A. Karpov. - M .: Transport, 1984. - P.156 ... 163) a method of power supply of travel tools, in which a stationary or mobile power source is connected to an outlet the plug of the device that converts the frequency of the supply type from 50 to 200 Hz, connect the splitter plug with a fuse and sockets to its outlet, one of which connects the plug of the electric motor of the instrument (adopted as a prototype).

При этом способе работа электродвигателя несколько улучшается. Однако фиксированность выходной частоты питающего тока не позволяет регулировать режимы работы электродвигателя механизированного путевого инструмента. А главное, при этом нет возможности отслеживания (с автоматическим отключением электродвигателя) сопротивления изоляции, которая у электродвигателей механизированного путевого инструмента имеет 1 класс и высока вероятность снижения этого сопротивления ниже допустимого уровня. Эти обстоятельства снижают эффективность и электробезопасность способа.With this method, the operation of the electric motor is somewhat improved. However, the fixed output frequency of the supply current does not allow you to adjust the operating modes of the electric motor of a mechanized track tool. And most importantly, there is no possibility of tracking (with automatic shutdown of the electric motor) the insulation resistance, which is 1 class for electric motors of a mechanized track tool and there is a high probability of this resistance falling below an acceptable level. These circumstances reduce the efficiency and electrical safety of the method.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности и электробезопасности эксплуатации путевых механизмов за счет обеспечения регулируемости режимов работы электродвигателя и реализации всех токовых защит путем изменения условий осуществления действий способа с использованием нового оборудования.The aim of the invention is to increase the efficiency and electrical safety of the operation of track mechanisms by ensuring the adjustable modes of the electric motor and the implementation of all current protection by changing the conditions for the implementation of the method using new equipment.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что способ электропитания путевых инструментов, при котором к розетке стационарного или мобильного источника электроэнергии подключают вилку устройства, преобразующего частоту питающего тока, к его розетке подключают вилку разветвлителя с предохранителем и розетками, к одной из которых подключают вилку электродвигателя инструмента, реализуется так, что к розетке источника электроэнергии подключают вилку устройства, в котором размещают переключатель питания двух розеток и блок, плавно преобразующий частоту питающего тока в интервале от 0,5 до 500 Гц, плавно изменяющий силу выходного тока и частоту вращения ротора электродвигателя, после чего осуществляют установку силы выходного тока, номинальной частоты вращения ротора электродвигателя и частоты питающего тока, после чего к одной из розеток подключают вилку разветвлителя, к которому подключают выключатель, и к одной из его розеток подключают вилку электродвигателя инструмента.The achievement of the technical result is ensured by the fact that the power tool for traveling tools, in which the plug of the device that converts the frequency of the supply current is connected to the outlet of a stationary or mobile power source, the plug of the splitter with a fuse and sockets is connected to its outlet, one of which connects the plug of the electric motor of the instrument, realized so that the device’s plug is connected to the power source socket, in which the power switch of two sockets and the unit are placed that smoothly converts the frequency of the supply current in the range from 0.5 to 500 Hz, smoothly changes the strength of the output current and the rotational speed of the rotor of the electric motor, after which the output current, the nominal rotational speed of the rotor of the electric motor and the frequency of the supply current are set, and then to one of the sockets connect the plug of the splitter, to which the switch is connected, and the plug of the electric motor of the tool is connected to one of its sockets.

Новыми в предложенном способе (по сравнению с прототипом) являются:New in the proposed method (compared with the prototype) are:

новые действия:new actions:

осуществление установки силы выходного тока;the implementation of the installation of the output current;

осуществление установки частоты питающего тока;the implementation of the installation of the frequency of the supply current;

осуществление установки частоты вращения ротора электродвигателя;the implementation of the installation of the rotational speed of the rotor of the electric motor;

новые условия осуществления действий, использование новых устройств, оборудования.new conditions for the implementation of actions, the use of new devices, equipment.

Предложение также, по мнению авторов, имеет изобретательский уровень, так как для специалистов явным образом не следует из уровня техники и не может быть создано с использованием известных методов, методик, способов и приемов разработок технологических процессов.The proposal also, according to the authors, has an inventive step, since for specialists it does not follow from the prior art and cannot be created using well-known methods, techniques, methods and techniques for the development of technological processes.

Предложение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1, 2 представлено устройство, используемое для осуществления действий, в виде устройства, плавно преобразующего частоту, силу тока и пр.; на фиг.3 - его электрическая принципиальная схема; на фиг.4, 5 - устройство разветвителя; на фиг.6 - схема питания электродвигателя путевого инструмента от передвижной электростанции.The proposal is illustrated by drawings, where figure 1, 2 shows a device used to carry out actions in the form of a device that smoothly converts frequency, current strength, etc .; figure 3 - its electrical schematic diagram; figure 4, 5 - device splitter; Fig.6 is a power diagram of a traveling tool electric motor from a mobile power station.

Устройства, определяющие условия осуществления действий способа и использованные для его реализации, представляют собой следующее. Устройство (в частности, типа ПЧ5,5), плавно преобразующее частоту питающего тока, его силу и пр. (фиг.1, 2), включает в себя корпус 1. В нем размещен преобразователь 2 (одной из известных конструкций, в частности, типа Altivar-31 марки ATV 31 HU 55 МЗХА). На лицевой панели 3 устройства размещена крышка 4 дисплея преобразователя 2, выполненная с возможностью сдвига и открывания окна в корпусе, где расположен пульт управления преобразователем с дисплеем. Сверху корпус 1 закрыт крышкой 5 с ручкой 6, служащей для переноса устройства. Кабель 7 предназначен для подключения его вилки 8 к розетке питающей сети. Для подвески кабеля 7 при неработающем устройстве служит крючок 9. На задней панели 10 расположен переключатель режима работы 11, который служит для переключения выходного питания с розетки 12 на 50 Гц на розетку 13 0,5…500 Гц. В нижней части устройства размещено окно с решеткой, а на боковых панелях корпуса 1 жалюзи для прохода охлаждающего воздуха, который принудительно, с помощью вентилятора преобразователя 2, поступает в корпус 1 и преобразователь 2 и выбрасывается через зазор между корпусом 1 и крышкой 5.Devices that determine the conditions for implementing the actions of the method and used for its implementation are as follows. A device (in particular, type ПЧ5,5) that smoothly converts the frequency of the supply current, its strength, etc. (Fig. 1, 2), includes a housing 1. It contains a converter 2 (of one of the known designs, in particular type Altivar-31 brand ATV 31 HU 55 MZHA). On the front panel 3 of the device is placed the cover 4 of the display of the converter 2, made with the possibility of sliding and opening the window in the housing where the control panel of the converter with the display is located. On top of the housing 1 is closed by a cover 5 with a handle 6, which serves to transfer the device. Cable 7 is designed to connect its plug 8 to a power outlet. A hook 9 is used to suspend cable 7 with a non-working device. On the rear panel 10 is a mode switch 11, which serves to switch the output power from socket 12 to 50 Hz to socket 13 0.5 ... 500 Hz. A window with a grill is located in the lower part of the device, and on the side panels of the housing 1 there are louvers for the passage of cooling air, which is forcedly used by the fan of the converter 2 to enter the housing 1 and the converter 2 and ejected through the gap between the housing 1 and the cover 5.

Электрическая схема (фиг.3) устройства включает в себя преобразователь частоты 2 (в частности, с выходным напряжением 200…240 В, входной частотой тока 50…60 Гц, номинальной мощностью 5500 Вт, выходным напряжением 200…240 В, регулируемой частотой выходного тока от 0,5 до 500 Гц, наибольшей силой выходного тока 27,5 А), переключатель 11 (в частности, ПК-16-11ИЗ ТУ 3428-012-03965790-98.УХЛЗ на 16 А), вилку кабельную 8 (в частности, СС11-25-011210-ОО.УХЛЗ ТУ 16-80 ИГРФ.434423.007ТУ на 25 А), две розетки панельные 12, 13 (в частности, СС11-24-081211-54.УХЛЗ на 25 А и СС11-27-081311-54.УХЛЗ на 40 А по ТУ 16-88 ИГРФ.434423.007ТУ). Разветвитель (фиг.4, 5) (в частности, типа АК30-В, с номинальным напряжением 220 В, с номинальным током 25 А) включает в себя корпус 14, крышку 15, дно 16 и ручку 17. В корпус 14 вмонтирован автоматический выключатель 18 с защитой от перегрузок и токов короткого замыкания, служащий для подачи и снятия напряжения питания с двигательной нагрузки, панельные розетки 19 (в частности, пять штук), предназначенные для подключения двигательной нагрузки и (при необходимости) для подключения дополнительных разветвителей, а также вилка панельная 20 для подключения к устройству.The electrical circuit (figure 3) of the device includes a frequency converter 2 (in particular, with an output voltage of 200 ... 240 V, an input current frequency of 50 ... 60 Hz, a rated power of 5500 W, an output voltage of 200 ... 240 V, an adjustable frequency of the output current from 0.5 to 500 Hz, the highest output current 27.5 A), switch 11 (in particular, PK-16-11IZ TU 3428-012-03965790-98. UHLZ 16 A), cable plug 8 (in particular , SS11-25-011210-O. UHLZ TU 16-80 IGRF.434423.007TU for 25 A), two panel sockets 12, 13 (in particular, SS11-24-081211-54.UHLZ for 25 A and SS11-27- 081311-54.UHLZ at 40 A according to TU 16-88 IGRF.434423.007TU ) The splitter (Fig. 4, 5) (in particular, type AK30-V, with a rated voltage of 220 V, with a rated current of 25 A) includes a housing 14, a cover 15, a bottom 16 and a handle 17. A circuit breaker is mounted in the housing 14 18 with protection against overloads and short-circuit currents, used to supply and remove power supply voltage from the motor load, panel sockets 19 (in particular, five pieces), designed to connect the motor load and (if necessary) to connect additional splitters, as well as a plug panel 20 for connecting to the mouth to the royal family.

Предложенный способ электропитания путевых инструментов реализуется следующим образом. Вначале (фиг.6) к выходной розетке стационарного или мобильного (в частности, передвижной электростанции с генератором на 50 Гц) источника электроэнергии 21 подключают вилку 8 кабеля 7 устройства (фиг.1, 2), которое плавно преобразует частоту питающего тока в интервале от 0,5 до 500 Гц, плавно изменяет силу выходного тока и частоту вращения ротора электродвигателя путевого инструмента. Затем переключателем 11 (фиг.2) приводят устройство в нужный режим работы, например с питанием инструмента от 200 Гц. После этого (одним из известных способов, описанных в технической документации преобразователя 2) устанавливают силу выходного тока (в частности, при наибольшем его значении 27,5 А), частоту вращения ротора электродвигателя 22 (фиг.6) и частоту питающего тока (в частности, в интервале от 0,5 до 500 Гц). После этого к одной из розеток 12, 13 (фиг.2) (в примере фиг.6 - 200 Гц) подключают вилку 20 разветвителя, к розеткам 19 которого подключают электродвигатель 22 (фиг.6) инструмента. После этого с помощью выключателя 18 (фиг.4) приводят инструмент в действие. При этом в случае питания от однофазного источника 220 В напряжение трансформируется в трехфазное 220 В с регулируемой в указанных пределах частотой питающего тока, что требуется для электродвигателей путевых инструментов.The proposed method for powering travel tools is implemented as follows. First (Fig.6) to the outlet of a stationary or mobile (in particular, a mobile power plant with a 50 Hz generator) power source 21 connect the plug 8 of the cable 7 of the device (Fig.1, 2), which smoothly converts the frequency of the supply current in the range from 0.5 to 500 Hz, smoothly changes the output current and the rotor speed of the track tool electric motor. Then, the switch 11 (figure 2) bring the device into the desired mode of operation, for example, with a power tool from 200 Hz. After that (by one of the known methods described in the technical documentation of the converter 2), the output current is set (in particular, at its highest value of 27.5 A), the rotational speed of the rotor of the electric motor 22 (Fig.6) and the frequency of the supply current (in particular , in the range from 0.5 to 500 Hz). After that, a plug 20 of the splitter is connected to one of the sockets 12, 13 (Fig. 2) (in the example of Figs. 6 - 200 Hz), the electric motor 22 of the tool is connected to sockets 19 of which. After that, using the switch 18 (Fig. 4), the tool is driven. In this case, in the case of power from a single-phase 220 V source, the voltage is transformed into a three-phase 220 V with a frequency of the supply current that is regulated within the specified limits, which is required for travel tool electric motors.

Предложенный способ был реализован и исследован в Центральном конструкторском бюро тяжелых путевых машин и его Калужском филиале. Этот способ был реализован с использованием описанных выше устройств ПЧ5,5 с блоком плавного преобразования частоты, имевшим габариты 0,35×0,24×0,41 м и массу 16 кг, и разветвителя АК30-В с выключателем, имевшим габариты 0,245×0,175×0,210 м и массу 5 кг. Испытания показали устойчивую работу путевых инструментов с широким диапазоном регулирования частоты тока в интервале от 0,5 до 500 Гц, силы тока до 27,5 А, частоты вращения ротора электродвигателя до ≈15000 мин^-1, движущего момента (при номинальной мощности 5500 Вт) примерно от 3,7 до 55 Н·м при полной электробезопасности. Этот способ реализуется на практике с применением устройств и путевого инструмента, производимого ОАО «Калугатрансмаш». Таким образом, предложение промышленно применимо и обеспечивает повышение эффективности и электробезопасности эксплуатации путевых инструментов, особенно с наиболее и повсеместно распространенными электродвигателями, имеющими изоляцию первого класса, позволяя эксплуатировать их без нарушения правил и требований Госэнергонадзора.The proposed method was implemented and studied at the Central Design Bureau of Heavy Track Machines and its Kaluga branch. This method was implemented using the IF5.5 devices described above with a smooth frequency conversion unit that had dimensions of 0.35 × 0.24 × 0.41 m and a weight of 16 kg, and an AK30-V splitter with a switch that had dimensions of 0.245 × 0.175 × 0.210 m and weight 5 kg. Tests showed the stable operation of travel tools with a wide range of current frequency regulation in the range from 0.5 to 500 Hz, current strength up to 27.5 A, electric motor rotor speed up to ≈15000 min ^-1 , driving torque (at rated power 5500 W) from about 3.7 to 55 N · m with full electrical safety. This method is implemented in practice with the use of devices and track tools produced by OJSC Kalugatransmash. Thus, the proposal is industrially applicable and provides increased efficiency and electrical safety of the operation of track tools, especially with the most and ubiquitous electric motors having first class insulation, allowing them to be operated without violating the rules and requirements of the Gosenergonadzor.

Claims

A method of powering travel tools, in which a plug of a device that converts the frequency of the supply current is connected to a socket of a stationary or mobile power source, a plug of a splitter with a fuse and sockets is connected to its socket, one of which is connected to a plug of an electric motor of a tool, characterized in that to the socket of the source They connect the plug of the device in which they place the power switch of two outlets and a unit that smoothly converts the frequency of the supply current in the interval o 0.5 to 500 Hz, which smoothly changes the output current and the rotor speed of the electric motor, after which the output current, the rotor speed of the electric motor and the frequency of the supply current are set, after which the plug of the splitter is connected to one of the sockets, to which the switch is connected , and connect the plug of the electric motor of the instrument to one of its sockets.