Устройство для устранения искрения токоприемников электровоза Советский патент 1993 года по МПК B60L5/00 

Изобретение относится к токосъемным устройствам транспортных средств с электротягой и может быть использовано на контактных электровозах в условиях шахт, «таеных по газу..

Цель изобретения - повышение надежности работы.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства для устранения искрения токоприемника электровоза.

Устройство содержит управляемый выключатель 1 тяговой нагрузки 2 и датчик 3 тока в цепи тяговой нагрузки, включенные последовательно между общей точкой сое- динёния вентильных блоков 4, 5 в цепях

первой группы токоприемников 6,7 и общей точкой соединения вентильных блоков 8,9 в цепях второй группы токоприемников 10, 11. В состав устройства входит также формирователь 12 отключающих сигналов, состоящий из пороговых блоков 13, 14, каждый из которых подключен своими входными цепями к токоприемникам 6, 7, пороговых блоков 15,16, каждый из которых подключен своими входными цепями к токоприемникам 10, 11, порогового блока 17, подключенного своим Входом к выходу датчика 3 тока, элемента НЕ 18, исполнительного элемента 19 на выходе, подключенного своим выходом к одному из управляющих

XI

Ч)

Ј

Ю 00

входов выключателя 1, элемента И 20, подключенного своим выходом ко входу исполнительного элемента 19 и элемента ИЛИ 21, подключенного своими входами к выходам пороговых блоков 13-17 и элемента НЕ 18, а выходом - к одному из входов элемента И 20. Кроме того, в устройстве имеется формирователь 22 включающих сигналов, подключенный своим выходом к другому управляющему входу выключателя 1, блок 23 блокировки, подключенный своим входом к выходу формирователя 12 отключающих сигналов, и узел 24 контроля контактов между токоприемниками 6, 7 и 10, 11 и, соответственно, контактными проводами 25 и 26. Узел 24 контроля состоит из пороговых блоков 27, 28, 29, 30, соединенных своими входными цепями параллельно вентильным блокам соответственно 4, 5, 8, 9, блока 31 утечки тока и блока 32 контроля наличия напряжения, входные цепи которых включены между общими точками соединения вентильных блоков 4, 5, 8, 9, суммирующих узлов 33 и 34, подключенных своими входами к выходам пороговых блоков соответственно 27, 28 и 29 30, пороговых блоков 35 и 36, подключенных своими входами к выходам суммирующих узлов соответственно 33 и 34, и элемента И 37 на выходе, подключенного своими входами к выходам пороговых блоков 35, 36, а выходом - ко входам элемента НЕ 18 формирователя 12 отключающих сигналов и ко входу формирователя 22 включающих сигналов. При этом вход блока 32 контроля наличия напряжения подключен к другому входу элемента И 20,

Устройство для устранения искрения токоприемников электровоза работает следующим образом.

В исходном состоянии все контактные элементы токоприемников 6, 7, 10, 11 прижаты к контактным проводам 25,26, выключатель 1 т тяговой нагрузки 2 выключен. При этом под действием напряжения в контактной сети через блок 31 утечки тока, протекает небольшой по величине ток (порядка 10 МА), который, распределяясь равномерно между вентильными блоками 4, 5, 8, 9, создает практически одинаковые падения напряжения на этих вентильных блоках. Поэтому пороговые блоки 27-30, подключенные своими входными цепями к соответствующим вентильным блокам, формируют на своих выходах одинаковые сигналы, свидетельствующие о наличии электрического контакта между всеми токоприемниками и контактными проводами. Пороговые блоки 27-30 нормируют выходные сигналы по величине и устраняют тем самым их зависимость от напряжения в контактной сети и от

величины тока в вентильных блоках. Выходные сигналы пороговых блоков 27-30 далее суммируются в соответствующих суммирующих узлах 33 и 34, благодаря чему выходные сигналы блоков 33 и 34 пропорциональны количеству прижатых к соответствующему контактному проводу токоприемников. Выходные сигналы блоков 33 и 34 поступают далее на входы соответствующих пороговых блоков 35 и 36, которые формируют на своих выходах сигналы лишь в том случае, когда ехидной сигнал превышает некоторое значение. Это пороговое значение выбирается заранее известным способом, исходя из минимального количества прижатых к контактному проводу токоприемников, при котором допускается потребление тягового тока от контактной сети, исходя из предъявляемых к устройству

требований по надежности. Поскольку в принятом исходном состоянии все токоприемники прижаты к контактному проводу, то входные сигналы блоков 35 и 36 превышают пороговое значение и поэтому на выходах

этих блоков формируются сигналы, которые приводят к формированию с помощью элемента 37 И выходного сигнала узла 24 контроля контактов. Выходной сигнал узла 24 поступает на один из входов формирователя

22 включающих сигналов и одновременно с этим на вход элемента 18 НЕ формирователя отключающих сигналов.

Одновременно с этим напряжения между токоприемниками б, 7, 10, 11, которые

представляют собой разности падений напряжений на соответствующих вентильных блоках, воздействуют на соответствующие пороговые блоки 13-16. Благодаря специфической нелинейности вольт-амперной характеристики (ВАХ) вентильных блоков входные сигналы пороговых блоков 13-16 пропорциональны соотношению токов в цепях соответствующих вентильных блоков и мало зависят от величины потребляемого из

контактной сети тока, т.е. характеризуют практически лишь состояния токосъемных контактов, влияющих на распределение токов в параллельных цепях токоприемников. Действительно, ВАХ полупроводникового

вентиля можно приблизительно описать аналитически следующим образом:

(e4ou -1),

где I - ток вентиля, U - падение напряжения на вентиле,

to - обратный ток насыщения (имеет постоянную величину порядка микроампер).

Учитывая, что в предлагаемом устройстве минимальный ток вентиля имеет величину порядка миллиампер (при отключенном выключателе 1), аналитическое выражение ВАХ вентиля в рабочем режиме может быть упрощено до вида:

В этом случае напряжение между двумя токоприемниками, в цепи которых включены одинаковые вентильные блоки (входной сигнал одного из пороговых блоков 13-16) может быть определено ориентировочно из формулы:

.Ul-U2«

1

40

е

6 2

где Ui, IJ2 - падение напряжения на вентилях, li, 2 - токи в цепях вентилей. Приведенная формула показывает пропорциональную зависимость сигнала UBx. от соотношения токов в параллельных ветвях токоприемников.

Каждый из пороговых блоков 13-16 под действием входного сигнала UBX. формирует на своем выходе сигнал, свидетельствующий об ухудшении токосъемных контактов лишь в том случае, когда входной сигнал, и, следовательно, соотношение токов в цепях соответствующих токоприемников, превышает заранее выбранное пороговое значение. При этом, чем более высокие требования по надежности предъявляются к устройству, тем меньшее пороговое значение выбирается для увеличения степени упреждения в формировании сигнала о недопустимом ухудшении токосъемных контактов. В рассматриваемом случае, т.е. когда все токоприемники прижаты к контактным проводам и токи в параллельных цепях токоприемников распределены практически равномерно, сигналы на выходах пороговых блоков 13-16 и на соответствующих входах элемента ИЛИ 2 не возникают. На других входах элемента ИЛИ 21 сигналы также не возникают, так как нз входе элемента 18 НЕ имеется сигнал, что означает отсутствие сигнала на его выходе, а на выходе порогового блока 17 сигнал отсутствует из-за отсутствия тока в тяговой нагрузке. Поэтому на вы ходе элемента ИЛИ 21, и следовательно, на выходе формирователя 12 отключающих сигналов сигнал отсутствует, что не приводит к блокированию работы формирователя 22 включающих сигналов через блок 23 блокировки. В результате этого сигнал на выходе узла 24 контроля контактов приводит к формированию включающего сигнала формирователем 23, после чего выключатель 1 включается и начинает протекать ток тяговой нагрузки 2, распределяясь примерно равномерно в па- 5 раллельных цепях токоприемников.

При ухудшении токосъемных контактов, например, контакта токоприемника 6 с контактным проводом 25 начинает изменяться токораспределение в цепях токоприемни- 0 ков 6 и 7, что приводит к формированию сигнала на выходе соответствующего порогового блока 13 и следовательно, к появлению отключающего сигнала на выходе формирователя 12 с последующим упрежда- 5 ющим отключением выключателя 1 тяговой нагрузки 2. Одновременно с этим отключающий сигнал на выходе формирователя 12 блокирует через блок 23 работу формирователя 22 включающих сигналов на некоторое 0 заранее выбранное время, превышающее время полного отключения тяговой нагрузки, а также в течение времени действия отключающего сигнала.

После отключения выключателя 1 фор- 5 мирователь 12 сохраняет работоспособность, благодаря току утечки в блоке 31, т.е. продолжает формирование отключающего сигнала и блокирует тем самым работу формирователя 22 включающих сигналов. При 0. полном нарушении рассматриваемого токо- сьемного контакта исчезает сигнал на входе порогового блока 27, что приводит к исчезновению сигнала на выходе узла 24 контроля контактов, благодаря чему с помощью 5 элемента НЕ 18 формируется дублирующий сигнал на отключение выключателя 1. При последующем отрыве от контактного провода 25 всех остальных токоприемников искрение практически исключено благодаря 0 отключенному состоянию выключателя 1 и малому значению тока утечки.

Последующее включение выключателя 1 тяговой нагрузки 2 происходит после восстановления необходимого количества то- 5 косъемных контактов в параллельно включаемых токоприемниках в случае практически равномерного распределения тока утечки в токосъемных ветвях, когда на выходе формирователя 12 отсутствует отключаю- 0 щий сигнал, блокирующий работу формирователя 22 включающих сигналов.

В случае чрезмерного повышения тока в тяговой нагрузке, при котором возможно повреждение выключателя 1 или вентиль- 5 ных блоков, а также опасное искрение токосъемных контактов вследствие сплавления металла при повышенной плотности тока, в токосъемных контактах выходной сигнал датчика 3 тока становится больше заранее выбранного порогового значения, в результате чего пороговый блок 17 формирует на своем выходе сигнал, приводящий к формированию отключающего сигнала на выходе формирователя 12с последующим отключением выключателя 1. Тем самым предотвращается опасное увеличение тягового тока. Следующее включение выключателя 1 происходит автоматически при снижении тока в тяговой нагрузке 2 до безопасного значения, если при этом не будут нарушены токо- съемные контакты.

В случае повреждения вентильных блоков, например, вследствие перегрева при большом токе или электрического пробоя.

Падение напряжения на таких вентильных блоках становится меньше порогового значения (равно практически нулю), в результате чего на выходах соответствующих пороговых блоков 27-30 исчезает сигнал, что исключает формирование включающего сигнала и, следовательно, включение выключателя 1 тяговой нагрузки 2. Тем самым исключается потребление тягового тока из контактной сети и электровоз автоматически останавливается. Это предотвращает формирование ложных включающих сигналов, а также наезд на изоляционные вставки в контактной сети и, следовательно, возможное искрение токосъемных контактов при поврежденных вентильных блоках.

В случае значительного уменьшения напряжения в контактной сети, ниже заранее выбранного порогового значения, при котором возможно формирование ложных отключающих сигналов формирователем 12, на выходе блока 32 контроля наличия напряжения исчезает разрешающий сигнал на формирование этих отключающих сигналов. Благодаря этому исключается взаимовлияние и возможные автоколебания при одновременной работе нескольких таких устройств, когда возникают .кратковременные значительные уменьшения напряжения в контактной сети в моменты периодических включений выключателя 1.

Таким образом, описываемое устройство позволяет устранять искрение токоприемников электровоза с высокой надежностью л без усложнения схемы не только в нормальных, но и в аварийных режимах работы электровоза и устройства (при повреждениях внутри тяговой нагрузки, при коротких замыканиях, перегрузке силовых элементов, повреждении вентильных блоков), а также при одновременной эксплуатации на одном участке нескольких электровозов, оснащенных предлагаемым устройством.

Формула изобретения Устройство для устранения искрения токоприемников электровоза, содержащее выключатель, установленный в цепи тяговой нагрузки последовательно с двумя группами параллельно включенных вентильных блоков, связанных с токоприемниками на соответствующих контактных проводах, формирователь включающих сигналов, выход которого подключен к первому управляющему входу выключателя, формирователь отключающих сигналов с двумя группами основных пороговых блоков и элементом НЕ, соединенными выходами с входами элемента ИЛИ, исполнительным элементом, подключенным выходом к второму управляющему входу выключателя; узел контроля контактов между токоприемниками и контактными проводами с блоком утечки тока,

двумя группами нормирующих блоков, подключенных выходами к входам соответствующих сумматоров, двумя пороговыми блоками, соединенными входами с выходами соответствующих сумматоров и элементом И, подключенным входами к выходам пороговых блоков, а выходом - к входу элемента НЕ формирователя отключающих сигналов и первому входу формирователя включающих сигналов, узел блокировки,

включенный между выходом исполнительного элемента формирователя отключающих сигналов и вторым входом, формирователя включающих сигналов, датчик тока, отличающееся тем, что, с

целью повышения надежности работы, в формирователь отключающих сигналов введены элемент И, включенный между выходом элемента ИЛИ и входом исполнительного элемента, и дополнительный пороговый блок, включенный между выходом датчика тока и одним из входов элемента ИЛИ, а узел контроля контактов между токоприемниками и контактными проводами снабжен блоком контроля наличия напряжения, включенным параллельно с блоком утечки тока между объединенными выводами групп вентильных блоков и соединенным выходом с соответствующим входом элемента И формирователя

отключающих сигналов, при этом датчик тока установлен в цепи тяговой нагрузки, входы основных пороговых блоков формирователя отключающих сигналов включены между парами соответствующих

токоприемников, а входы нормирующих блоков узла контроля контактов между токоприемниками и контактными проводами - между силовыми выводами соответствующих вентильных блоков.

Использование: токосьемные устройства транспортных средств с электротягой. Сущность изобретения: устройство содер. 2 жит выключатель нагрузки, управляющие входы которого подключены к выходам формирователей включающих и отключающих сигналов. Последний из них сострит из пороговых блоков, элементов НЕ, И, ИЛИ. В состав устройства входят также узел контроля контактов между токоприемниками и контактным проводом с блоком утечки тока, пороговыми блоками, сумматорами, элементом И и блоком контроля наличия напряжения, а также датчик тока и узел блокировки формирователя включающих сигналов. Искрение токоприемников устраняется не только в нормальных, но и в аварийных режимах электровоза, а именно при повреждениях внутри тяговой нагрузки, при коротких замыканиях, перегрузке силовых элементов, повреждении вентильных блоков. 1 ил. . СО с