Компенсационный заградитель с замкнутой структурой авторегулирования Советский патент 1980 года по МПК B60M1/06 H02H3/16 

1

Изобретение относится к области . систем защиты для контактных сетей шахтного, карьерного и магистрального электровозного транспорта, в частности, к устройствам заградителей .

Так как в рассматриваемых случаях

обратный провод - рельсовая цепь имеет непосредственную связь с землей, то обязательным условием рабо-. тоспособности такой является эффективное заграждение цепей нагрузки (например, потребителей электроэнергии на электровозе) по оперативному сигналу.

Известны компенсационные заградители, используемые в контактных сетях 1.

Существенным недостатком известного устройства является то, что компенсационный заградитель здесь выполнен по разомкнутой схеме и изменения параметров любого элемента схемы преобразования оперативного напряжения в заграждающую ЭДС приводят к отклонениям .последней от установленного значения, увеличению тока утечки заградителя и потере iycT ройством чувствительности, либо к ложным срабатываниям.

Наиболее близким по технической сути является компенсационный заградитель, описанный в 2. Этот заградитель имеет замкнутую структуру авторегулирования, поэтому нестабильность параметров схемы, охваченных цепью отрицательной обратной связи, сказывается на стабильности . заграждающей ЭДС в меньшей, степени,

10 чем для разомкнутой схемы.

В известном устройстве оперативное напряжение, частотой 5-10 кГц, подаваемое в контактную сеть от подстанционного комплекта системы частотой защиты, включенного последовательно с блоком источника питания и силового выключателя, выделяется резонансны1.5 фильтром. Далее оно передается,на;компенсационный усилитель через регулятор уровня и фазовращатель с элементами настройки резисторами, Юконечная ступень посредством выходного трансформатора и последовательного резонансного

25 контура связана с первым сил6вы,м параллельным .р онансным Кбнтуром, Сигнал рассогласования заградителя снимается со второго резонансного контура, фильтруется и начальная

30 составляющая его уравновешивается

напряжением на элементе сравнения. Разностный корректирующий (сигнал обратьюй связи) повторнп фильтруется, усиливается и суммируется со входным сигналом кo шeнcaци онного усилителя,

В исходном состояний схемы регулировкой амплитуды и фазы эах ракдающей ЭДС т.ок утечки заградителя сводится к минимуму; одновременно регулировкой резистора устанавливают минимальный уровень разностного корректирующего сигнала. В процессе эксплуатации устройства параметры элементов схемы его изменяются и Заградитель расстраивается. При. этом, вследствие появления-тока утечки заградителя, изменяется напряжение на втором силовом параллельном резонансном контуре и возникает разностный корректирующий сигна-п. Этот сигнал после усиления суммируется со входным сигналом компенсационного усилителя, и в результате заграждающая ЭДС изменяется в сторону уменьшения тока утечки заградите1 Я. В общем, описанное устройство функционирует как статическая система управления по отклонению выходной величины - заграждающей ЭДС.

Однако и это устройство имеет ряд принципиальнЕЛх недостат1сов, главные из которых заключаются в следующем.

Чувствительный элемент замкнутой схемы регулирования заграждающей ЭДС - силовой, параллельной резонансный контур в процессе работы за счет разогрева рабочим током электровоза может подвергаться циклическим перепадам температуры до 100 - ИО-С с изменением омического сопротивления катумки до 40% и связанными с ним значительными изменениями аргумента и модуля сопротивления контура, влекущим за собой нарушения процесса регулирования загг, раждающей ЭДС; кроме того, характеристики контура, расположенного внутри корпуса электровоза, изменя ются вследствие перемещения элементов его конструкции, в частности крышек корпуса.

Требования получения на частоте оперативного напряжеьия нулевого фазового сдвига и высокой добротности (500-1000) компенсационного усилителя заградителя совместно с достаточной глубиной отрицательной обратной связи в схеме - противоречивы,, и как показывает эксплуатация устройства защиты в шахтных условиях, выполнение этих требований затруднительно. Заградитель, построенный по такой схеме, требует тщательной регулировки и периодической Подстройки, в противном случае возможна потеря аппаратурой защиты чувствительности или ложные срабатывания, ее.

Целью изобретения является .шение стабильности и надежности работы.

Указанная цель достигается тем, что в известный .заградитель, содержащий компенсационный усилитель, вход возбуждения которого присоединен через первый полосовой фильтр и цепь токоприемника к контактной сети, выход компенсационного усилителя через первый последовательный резонансный фильтр присоединен к первому силовому параллельному резонансному контуру, включенному последовательно со вторым силовым параллельным резонансным контуром в цепь токоприемник - двигатели электровоза, усилитель сигнала обратной связи включен последовательно со вторым полосовым фильтром и фазЛйраiJiaTeneM, двигатели электровоза шунтированы вторым последовательным резонансным фильтром, введены реле постоянного тока, трансформаторе, обратной связи, частотный избиратель, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, инвертор, два логических элемента 4И, усилитель опорного напряжения, фазовращатель на 90, ограничитель, реле постоянного напряжения, два демодулятора, два перестраиваемых- фильтра низкой частоты, два трехпозиционных нульоргана, блок управления и два блока реверсивный счетчик - преобразовавтель код - аналог , при этом реле постоянного тока и трансформатор обратной связи включены между токоприемником и первым силовым параллельным контуром, частотный избиратель и реле постоянного напряжения присоединены параллельно двигателям электровоза, выход трансформатора обратно связи соединен с сигнальными входами демодуляторов через последовательную цепь, состоящую из ограничителя, второго полосового фильтра, фазовращателя и усилителя обратной связи, вход усилителя опорного напряжения включен параллельно со входом возбуждения компенсационного усилителя выход его присоединен к опорному входу первого демодулятора непосредст- вен но,.а к опорному входу второго демодулятора - через фазовращатель на 90°, выходы демодуляторов соединены со входами трехпозиционных нульорганов через перестраиваемые фильтры ннзкой частоты, выходы +, О, - трехпозиционных нульорганов и общий выход логических эле4И

ментов

присоединены к соответствующим входам блока управления, выходы последнего включены на входы Сложение и Вычитание, блоков реверсивный счетчик - преобразователь код - аналог , соединенных со входами коррекции, амплитуды и фазы компенсационного усилителя, выход

реле напряжения присоединен к управляющим входам перестраиваемых фильтров низкой частоты и ко входу инвертора, генератор тактовых импульсов подключен к делителю частоты, причем первые входы первого и второ логического элемента 4И присоединены к выходам инверсному выходу реле постоянного тока, вторые входы к выходу частотного избирателя и третьи входы соответственно к выходам генератора таковых импульсов и делителя частоты, а четвертые входык выходам инвертора и реле постояннго напряжения.

На чертеже изображены: 1 - подстанционный комплект устройства -защиты ; 2 блок источника питания сети с силовым выключателем 3 - трансформатор связи; 4 - реле постоянного тока; 5 - трансформатор обратной связи; б - частотный избиратель; .7 - генератор тактовых импульсов; 8 - делитель частоты; 9 инвертор; 10 и 11 - логические элементы 4И; 12 - полосовой фильтр

13- усилитель опорного напряжения;

14- фазовращатель на 90°; 15 - усилитель сигнала обратной связи; 16 фазовращатель; 17 - полосовой фильтр; 18 - ограничитель; 19 - последовательный резонансный фильтр;

20 и 21 - силовые параллельные резонансные контуры; 22 - последовательный резонансный фильтр; 23 - реле постоянного напряжения; 24 и 25 - демодуляторы: 26 и 27 - перестраиваегуие фильтры низкой частоты; 28 и 29 - трехпозиционные нуль-органы; 30 - блок управления; 31 и 32 блоки реверсивный счетчик - преобразователь код-аналог; 33 - компенсационный усилитель и 34 - тяговые двигатели.

В предлагаемом устройстве первичная и вторичная обмотки трансформатора связи 3 подключены соответственно через разделительные конденсаторы к контактам (электродам) силового выключателя и рельсовой цепи, реле Постоянного тока 4 и трансформатор обратной связи 5 включены между токоприемником и первым силовым параллельным контуром 20, частотный избиратель 6 к реле постоянного напряжения 23 присоединены параллельно двигателям электровоза 34, выход трансформатора обратной связи 5 соединен с сигнальными выходами демодуляторов 24 и 25 через последовательную цепь, состоящую из ограничителя 18, второго полосового фильтра 17, фазовращателя 16 и усилителя обратной связи 15, вход усилителя опорного напряжения 13 включен параллельно со входом компенсационного усилителя 33, выход его присоединен к опорному входу первого демодулятора 24 непосредственнО( а к О;лор;;ом пходу второго демодулятор :. 23 через фазовращатель HQ j - , иыхо;т1 з демодуляторов соединекБ со зкода.ми трехпозиционных нуль-opraiJO;; 28, 29 через перестраивае:- -:с д-1;/:ьтрн низкой частоты 26 и 27, Еыхсды Ч-, О, - трехпг; Пи гниых нуль-огранов и общий вьгхал jjQpr-.jecKHX элементов 4И 10 к 1; присоадикены к соответствующ;-;м входам управления 30, BfcJxc; rf тгоследнего включены на входы елс

и вычитание

блоков рС-БЙ ::. счетчик-преоб-,ача:;ог 31 и 32, соёразователь KCV диненных со ло с;;,а.-2: г;пррекции ампли5т уды и ;-с; :v;:eiica;j - OHHoro усилителя 33f выхо;

реле напряжения 23 присоединен к п р а . л г ющи.м в ход а м

перестраиЕ.-,

пьтров низкой частоты 26, 2: к ко входу инвертора 9, г ;пульсов 7 подгенератор т

0 ег;:- - астоты 8, четключей к де-; г::-е г: вертые входы ;ерв ервсго к второго логиva 41: 10 и 11 прического . соединены сосг-сТ -Стственко к выходам иннерторг 9 ;, г-г -остоянного нап5ряжеки я 2 3 ,. ро- 0--И З5;оды - к выходам га::Ь::: :;мпульсов 7 и генератора та;:го::; 5f вторые входы делителя часгсм,: :::: о г о -: з бир а т е лд б , к выходу а первые з:-:г.,;г- - ;

- к инверсном выхо0::хс;-г гока 4. ду реле пос7;- :: с; Таким оС гпясгЛ;

- кгакты выключателя 2 шунтртро: л:-г пс гармоничест ющего напряКИМ СОСТаВЛ; ; ; :

женин сети (;jr; Сазного выпрями5теля по Т;;;-; ;-:ова основная тоту 300 ГЧО гармоника ic:oc:i -,

элементом связ. готорыГ из соображений электрсозяс-асности выполнен в виде тра-:с .;ор атора 3 с заземленными перЕ:-х:ой вторичной обмот0KaNiH.

Как и 3 усг;:о:5с7зе - прототипе, оперативнее и ip-;/:---le поступает через полосеБ-СП ё::лт-то 12 на вход компенсационно О, ус-;г1;п:еля 33, который

5 передает его на нагрузку силовой peiOHaiictib: -, контур 20 в виде заграждаюцеЛ ДС;,

Первоначал:--aji настройкой усилителя достига:от раЕ ::овешивания заг0раждающей зле ;::пераг)гзного напряжения, при eiij -;F.i утечки заградителя сводн7-.1: : .-:лчимальному значению. В пролзеее экс::луатации заградителя 04 р естр -гвзется и в цепи.

5 токоприемн1-:ка появляется сигнал утечки, которыЛ вр делгется трансформатором обратной срязи 5 и передается на демоду.т:-;:орь 7Л, 25 через последователь:ко нгслюченные ограничитель 18, полосоъ ой ф: ;льтp 16 и уси0литель напря:. 35. R демодуляторах сигнал оСоа7Л-:оП связи разделяется на 2 компоне:-:ты - соапалающую по фазе с оперативным напряжением и сдвинутую относительно него на угол

5 90°. Благодаря этому нуль-орган 28 срабатывает при амплитудных расстройках заградителя, и нуль-орган .29 - при фазовых. В соответствии с полярность и уровнем сигналов на входах нуль-органов блдк управления 30 устанавливает режимы работы блоков реверсивный счетчик-преобразо ватель аналог-код 31 и 32 (боль ше., меньше, без изменений таким образом, что в результате корректирующих воздействий их на. компенсационный усилитель 33 измене ния амплитуды и фазы загражлаю1гей ЭДС сводят ток утечки заградителя к минимуму. Таким образом, в целом описанное устройство представляет собой двухкомпонентную астатическую систему с управлением по отклонению регулируемой величины - заграждающей ЭДС. Для повышения эффективности управления скорость коррекции изменяется с учетом режимов работы нагрузки о Так, при отходе токоприемника электровоза от контактного провода исчезают сигналы на входе и выходе частотного избирателя 6, ЛЭ 4И 10 и 11 запираются и счет в блоках 31 и 32 прекращается. В результате каналы коррекции-- сохраняют свое состояние, которое имело место к моменту отхода токоприемника. Этим самым существенно сокращается время: установления заграждающей ЭДС и снижается вероятность срабатыва ний аппаратуры защиты, В связи с тем, что при перегрузках тяговых двигателей электровоза резко возрастает уровень помех в сигнале тока утечки Зс1градителя, которые нарушают нормальную работу блоков 31 и 32, то счет в них прекра щается вследствие срабатывания реле тока 4 и запирания ЛЭ 4И 10, 11 по первым входам. В нормальном режиме работы аппаратуры защиты, т.е. при наличии нап ряжения питания сети, в сигнале утечки заградителя действует определенный уровень помехи, в соответствии с которым выходной сигнал реле напряжения 23 устанавливает меньшее значение частоты среза (т.е. большую величину постоянной времени) фильтров 26 и 27, и меньшее значение час тоты счета в блоках 31 и 32 - путем запирания инвертором 9 ЭЛ 4И 10 и отпиранием ЛЭ 4И 11, воспринимаюш.его тактовые импульсы от делителя частоты 8. Когда токоприемник электровоза npi-шегает к контактному проводу, но реле 23 фиксирует отсутствие напряжения питания сети, а следовательно и низкий уровень помех, то фильтры 26 и 27 перестраиваются на большую частоту среза (меньшую постоянную времени), а скорость счета возрастает т.к. так товые импульсы передаются на блок управления 30 непосредственно от reaapjiTOpa 7 через ЛЭ 4И 10. , самым: сокращается время отключения питания сети, если оно было вызвано расстройкой заградителя. Из изложенного, следует, что предлагаемое устройство обладает свойствами адаптации к условиям работы, что является одним из общепризнанных путей совершенствования систем автоматического управления; астатический принцип регулирования заграждающей ЭДС обеспечивает высокие качественные характеристики этого процесса. Как показали испытания лабораторного .образца устройства защиты, использование описанных вьше решений существенно повышает абсот лютную величину сопротивления компенсационного заградителя и его стабильность. Благодаря этому, упрощается эксплуатация аппаратуры защиты, а число электровозов на защишаемом участке может быть увеличено с 3.... 4 до. 6....7. Формула изобретения . Компенсационный заградитель с замкнутой -структурой авторегулирования для контактной сети электровозной откатки, содержащий компенсационный усилитель, вход возбуждения которого присоединен через первый 1Ьолосовый фильтр и цепь токоприемника к контактной сети, выход компенсационного усилителя через первый последовательный резонансный фильтр присоединен к первому силовому параллельному резонансному контуру, включенному последовательно со вторым силовым параллельным резонансным контуром в цепь токоприемник двигатели электровоза, усилитель сигнала обратной связи включен последовательно со вторым полосовйИ фильтром и фазовращателем, двигатели электровоза шунтированы вторым последовательным резонансным фильтром, стличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и надежности работы, в него введены реле постоянного тока, трансформатор обратной связи, частотный избиратель, генератор тактовых импульсов/ делитель частоты, инвертор, два логических элемента 4И, усилитель опорного напряжения, фазовращатель на 90° , ограничитель, реле постоянного напряжения, два демодулятора, два перестраиваемых фильтра низкой частоты, два трехпозиционных нульоргана, блок управления и два блока реверсивный счетчик - преобразователь код-аналог, при этом реле постоянного тока и трансформатор обратной связи включены между токопри;емником и первым силовым параллельным резонансным контуром, частотный избиратель и реле постоянного напряжевмя присоединены параллельно двигателям электровоза,- выход трансформатора обратной связи соединен с . сигнальными входами демодуляторов через последовательную цепь, состоящую из ограничителя, второго полосового фильтра, фазовращателя и усилителя обратной связи, вход усилителя упорного напряжения включен параллельно со входом возбуждения компенсационного усилителя, выход его присоединен к опорному входу первого демодулятора непосредственно, а к опорному Еход5 второго демодулятора через фазовра1иатель на 90, выходы демодуляторов соединены со входами трехпозиционных нуль-органов через перестраиваемые фильтры низкой частоты, выходы +, О, - трехпозиционных нуль-органов и общий вь5ход обоих логических элементов Ми присоединены к соответствующим входам блока управления, выходы последнего включены на входы сложение

вычитание блоков

реверсивный счетчик - преобразо1атель код - аналог , соединенных

со входами коррекции амплитуды и фазы компенсационного усилителя, выход реле постоянного напряжения присоединен к :управляювдам входам перестраиваеглых фильтров низкой частоты и ко входу инвертора, генератор тактовых импульсов подключен к делителю частоты, причем первые входы первого и второго логического элемента 4И присоединены к инверсному выходу реле постоянного тока, вторые входы - к выходу частотного избирателя, третьи входы - соответг- ственно к выходам генератора тактовых импульсов и делителя частоты, а четвертые входы - к выходам инвертора и реле постоянного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 127693, Н 02 Н 5/12, 1962.

2.Бунько - В.А. и др. Экспериментальные исследования токовой автокоррекции расстроек заградителей частотной защиты Днепр,

Сб,Горная электромеханика и автоматика (Изд. -во Харьковского государственного университета),вып.11, 1969.

l-W

,.7f

17

1

К/Ж

гК

..Т

If