Х.ОДИМО переключение полярности выпрямит ля при изменении тягового тока на учас-р ках с двусторонним питанием эпектричес ких локомотивов, что может быть обеспече но с помощью не менее, чем четырех одноп ЛЮС51ЫХ или двухполюсных мощных (на вес тяговый ток) контакторов, а также безыне ционная защита изолированного стыка и вь прямителя от перенапряжений, возникающи при резкой смене направления тягового то ка, так как при этом вследствие инерционн сти переключающего устройства на некото рое время происходит разрыв цепи тока, Перечисленные особенности известных устройств приводят к тому, что простая схема, состоящая из трансформатора и управляемого выпрямителя, должна быть дополнена большим числом датчиков, логических схем, силовой и оперативной ком- кгутационной аппаратурой, вследствие чего увеличивается стоимость устройства а сни жается его надежность. Наибольшие трудности с переключающим устройством, контакторы которого работают в сложных условиях с большим количеством переклю™ чений, поэтому требуется постоянный тшательный уход, ремонт и профилактр ка. На практике наблюдаются даже случаи приваривания контактов переключающего уст ройства, что подтверждает ненадежность устройства и в значительной мере снижает его эффективность. Цель изобретения осуществление ком- пенсадии утечки тока без потребления электрической энергии от постороннего источника. Это достигается тем, что выпрямитель включенный в рассечку рельсовой цепи, нолучает питание от инвертора, включенного в рассечку .контактной сети после довательно с тяговой нагрузкой. lia фиг. 1 Изображена рклю- чения в тяговую сеть устройства для снижения потенциалов рельсов и утечки тягового тока в землю на электрических железных дорогах постоянного тока; на фиг. 2 - принциниальная схема силовой ЧИСТИ устройства; на фиг. 3 - схема модели устройства , прошедшего испыта ня в лабораторных условиях. На схемах: 1 - тяговая подстанпия; 2 - контактная сеть; 3 - рельсовая цепь, ис;пол зуемая в качестве обратного привод :1; 4 - электрический локомотив; 5 - воз дуилгьгй промежуток или секционный изолятор; G - изолированный стык; 7 трансформатор с коэф(3)ициентом трансформации, близким к единице; 8 - инвертор, преобра- МуюиШЙ постоянный ток тяговой сети в ПО jtMOHHbni; 9 г- выпрякштелг, рассчитанный ра пропуск тягового тока и выпрямление напряжения вторичной обмотки трансформатора; 10 симметричные или встречно включенные управляе1уоые вентили-тиристоры; 11 - индуктивная уравнительная катушка; 12 - основной коммутирующий конденсатор; 13 -запускающее устройство; 14 - источник сигнала управления (имеет на выходе прямоугольные импульсы); 15 - конденсатор дифференцирующей цепочки управления запускающего устройства; 16 - трансформатор, размножающий сигнал управления; 17 - датчик величины и направления тока; 18, 19 ясполнительн.1е реле датчика тока; 20 датчик KOHTpofra сигнала управления; 21 реле контроля сигнала управления; 22 реле напряжения на заггускающем конденсаторе; 23 ..- датчик контроля коммутации инвертора и реле контроля коммутации; 24 -. трансформатор, изолирующий депи управления высокой стороны от цепей низкой стороны и размножающий сигнал управления. Предлагаемая с.хема в блочном исполнении (см. фиГч 1) представляет собой инверторно-вьшрямительный агрегат, включаемый последовательно в систему энергоснабжения электрического локомотива. Инверторная часть включается в рассечку (воздушный промежуток или секцией-ный изолятор) контактной сети. Выпрямительная часть вклЕочается в рассечку (изолированный стык 6) рельсовой цени. Трансформатор 7, коэффициент трансформации которого близок к единице, работает в режиме трансформатора тока, осуществляя электрическую связь контактной сетью и рельсовой цепью. При отсутствии утечки тока с рельсов в землю, т. е. нри равенстве токов в контактной сети и ре.гп совой цепи, напряжение на трансформаторе будет равно нулю. Если же (как это всегда бывает-вследствие конечных величин сопротивления изоляции между рельсами а землей и сопротивления земли) ток в рельсах меньше тока в контактной сети, магнитные потоки, созцаваемые в магни- топровоце трансформатора токами первичной и вторичной обмоток, не равнь. В результате чего возникает электродвижущая сила во вторичтгой обмотке, присоединенной к рельсам, и цротиво-э. д. с. в первичной э. д.с. вторичной обмотки созаает наГ1 1яжепие, которое выпрямляется и прикладывается к изолированному стыку, спо- собствуя добавлению тока в рельсах до величины, равной току в контактной сети. Этот добарзхгенный ток, равный К ( Т тр к. с I ), замыкается через зем.пкэ, протекая Р
в направлении, противоположном тяговому
току в земле J который равен J
з.тк.с
- I . Таким образом, происходит компенсация тока в земле, степень компенсации зависит от коэффициента трансформации трансформатора 7. В большинстве случаев оптимальным является выполнение условия
J I в месте включения устройства, к.с р,
т. е. К 1. Такой же эффект достигается
и при применение известных устройств, но отличие в TOMj что в известных решениях компенсация тока в земле происходит за счет энергии постороннего источника, причем большая часть этой энергии неизбежно расходуется всегда на тягу поездов, так как выпрямитель включается последовательно в электрическую цепь питания локомотивов и повышает напряжение на пантографе последних. Поэтому известные устройства с точки зрения затрат энергии, идущей на уменьшение токов утечки по отношению к обшей переработанной энергии, работают крайне нерационально. 3 данной схеме компенсация токов в земле происходит за счетэнергии тяговой сети, т. е. самого источника тока в земле. Достигаемый эффект аналогичен эффекту от увеличения сопротивления изоляции между рельсами и землей как по снижению токов в земле, так и по дополнительному расходу энергии, возникаюшему вследствие увеличения сопротивления тяговой сети. Дополнительный источник электрической энергии в предлагаемой схеме требуется лишь для питания маломощ ных цепей управления.
Предлагаемое устройство не требует использования глубокой обратной связи цля своего управления и в большей степени удовлетворяет требованиям полной компенсации тока в земле. Это прояв41яется при переходных процессах, когда сравнительно большая постоянная времени цепей управ- ;ления не позволяет оставлять устройство ,в работе при проследовании подвижного состава по изолированному стыку во избежание искрения,, подгорания концов рельсов и бандажей колесных пар. В данном устройстве нет внешних цепей обратной связи. Поэтому оно имеет частотную характеристику, близкую к характеристике других элементов тяговой сети. Пренебрегая индуктивностью рассеяния трансформатора, можно сказать, что она практически безынерционна; Испытания на модели подтвердили, что замыкание и размыкание выхода выпрямителя не приводят к искрению.
11риндипиальная схема силовой части предлагаемого устройства (см. фиг. 2) представляет собой однофазный последовательно-параллельный инвертор 8, трансформатор 7 с коэффициентом трансформации, близким к единице, и выпрямитель 9 на управляек ых вентилях 10.
Схема инвертора включается последовательно с тяговой нагрузкой - источником тока. Напряжение на входе инвертора при
таком включении может изменяться от -50 до +50в. Поэтому схема должна HNieTb цвустороннюю проводимость (что достигается использованием либо симметричных, либо встречно включенных тиристоров.) и должна быть работоспособна при напряжениях питания, близких к нулю. Предлагаемая схема удовлетворяет этим требованиям. Принцип действия ее следующий.
Импульс управляющего напряжения в течение всего полупериода (дежурный им- пульс ) приложен к одному из вентилей инвертора и к одному из вентилей выпрямите.. ля (в данный момент - левые),
В зависимости от направления тяговог тока (например, направление будет таким, как показано на фиг. 2) конденсатор 12 будет заряжаться половиной тягового тока (при достаточно большой индуктивности уравнительной катушки 11с полярностью напряжения, обозначенной на фиг. 2).
При отпирании правых вентилей инвертора и выпрямителя конденсатор разряжается по контуру, состоящему из правого вентиля, трансформатора и левого вентиля, запирая левые вентили, затем происходит переразряд его тяговым током. При отпирании левых вентилей он запирает своим током разряда правые и т. д. Напряжение на трансформаторе при каждом переключении меняется на противоположное- Э. д. с , вторичной обмотки определяет тот вентиль выпрямителя, через который в данный момент должен проходить обратный тяговый ток. Эксперимент показал, что инвертор обеспечивает надедсную коммутацию в очень широком диапазоне изменения тока, в том
числе и при очень малых значениях его. Однако при медленном плавном нарастания тока от нулевого значения он не запускается (т. е. не происходит коммутации: оба вентиля остаются все время открытыми, и э. д. с. трансформатора равна нулю). Поэтому схема инвертора дополнена специальным запускающим устройством 13, которое состоит из конденсатора, заряжаемого через большое (несколько десятков килоом) сопротивление от маломощного постороннего источника, и тиристора, поцключающего этот конценсатор в рабочий контур инвертора. Ти)истор упшвляется через логическую f см.. фиг. о) от общего трансформатора 16 yrrpaiijTHioiUHX curiia.riDfj. Д/;я отпирания тиристора необхо цнкш совпацекле трех условий; сигнала от цатчика контроля коммутации 23 о TOXI, что инвертор не нереключается; сигнала от цатчика тока 17 о том, что тяговый ток превысил какое-то кг1-и;и --альное значение и том или иноь-i направлении, ниже которого не имеет смысла запт/скать инвертор; сигнала от реле напряжения 22 о том, что напряжение ;а вспомогательно конценсаторе а ости гл о нол-ппга/гыизго .значе При Т аличии этих условий в тот или ин полупериоц унравлятопюго ситлтала в зависи мости от направления тягового тока на тиристор ноцается отиираюипй импулье, к он непехоцит в открытое состояние. Ток pasjJHaa концеисатора затирает оцин из ве тилей, начинается заряд ОСТЮЕИЮГО комкгу.аИрукниего коиценсатора тяговым током, инвертор перехоо.ит в рабочее сосгояпие. SfSnycKaioiHHu тиристор оанирается .иибо по истечении впекгени pa3|Wiria вспок огатель- lioro концонсато 1а, либо при первом герек ченпи uiiBepTOjia, В отличив от рабочих ве тилей, на унраг ггяклцих электроц.ах которых в ччгчение ироводян-еоо полумериода пежуриый ио,.кител1)Гыи слгт-ггл, запус-.JcaiomHUTJipHCTOpyHpaBjflGTCSi: чкрез ди(}ферен пирукпиую ueiiO4K5 . потог-лу может О:крыт с:я лишь в том случае, если :1огичеека5г схема зак-жнула непь в начать аый гюлупе™ |П1оц обиего унравляк:)и;его еигиа.га (либо через оцин полуиериоц). Ь Г|Эотиввом случае заряженная емкость ци1(4 ере1/1лируюи1ей иоцач11 1UI запертый при запуске seiiTHJib нового отнираюшего успел зйря.™ циться основной комк утирукмпий конценса. 1ор. Срыв коммутации может ароизой1Ч1 таклсе пг1И 11аиоав;1еи1;я ччя-га в тяговой сети. Li этом случае с;на-ала ток пудут проводит); все вентили, а oiaTeNi запускающее устройство таким же образом чо1ез 1-2 1;олуаериоца )ij 4K :iero cHrn во1:с:ганав,;1ивпет iiO|:iMaJii, г:а5оту uiiBepтог а. Прецлатаемая хема о)1аппчно вписы-. iwiL-n-ся в oOuiyio схему эпергосггабжения электрического локомотива, не снижая на,| цежности последней. Она не боиться резких чолчков тока, которые бывают в тяговой сети нри пусках локомотивов и коротких замыканиях, не ; боится резких изменений панраЕшения тягового тока и возникающих при этом перенапряжений, так как в любой момент (благоцаря дежурному импульсу :ia одном из вентилей) г-отова пропустить ток любого направления. При исчезновении питания цепей управления цатчик контроля сигнала управления 20 (см. фиг. З) цает команцу на глухое соединение управ- тяющего электроца кажцого вентиля с катоцом, что равносильно шунтированию и возajfuJHoro промежутка контактной сети, и изолированного стыка в,любом направлении. При наезце подвижного состава) на изоли-рованный стык устройство продолжает ра- ботать в нормальном режиме и лишь при замыкании пантографа воздушного промейуутка инвертор исключается из работы,так |(.ак напряжение на нем будет равно нулю. При размыкании воздушного промежутка восста1 авл шается нормальная работа инвертора. Предлагаемое устройство вследствие как схемного решения, облаааюи;его высоз-сой надежностью, так и надежности составляюших схему элементов (подчеркивается от с;утствие силовой электромеханической комгиут руюи;ей аппаратуры) способно работать в условиях перегона без постоянного наблюдения. Регулиро1гание степени компенсации тока в земле можно осуществлять с 1ЮМОШЫО отпаек вторичной обмотки трансформатора 7. П ) е гз. hJ е т изобретения Устройство для кокншнсации утечкя тягового тока с рельсовых цепей элек7ричес -:их железных цорот постоянного тока, содержащее трансформатор с коэ4)ф|П1иентом трансформации, близким к единице, вторичная обмотка которого через выпрями- , включена в рассечку рельсовой пепи, о т л и ч а К) ш е е с я тем, что, с ие.чью осу 1иест5;ления компенсации утечки ока без потребления электрической энер- VBvi от постороннего источника, устройство с-кабжено И1нле1 тором, включенным в рассечку контактной сети носледовательно с тяговой нагруакой и паралле.П:,но первичной обмотке трансформатора.
У
.
QO
ч
К 4i
r «) HH
Co
f
СЧ4
t
Фиг.2
