close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12254

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
B 61L 7/06
H 03K 17/00
БЕЗОПАСНЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ
ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
(21) Номер заявки: a 20070671
(22) 2005.11.01
(31) PV 2004-1091 (32) 2004.11.02 (33) CZ
(85) 2007.06.02
(86) PCT/CZ2005/000082, 2005.11.01
(87) WO 2006/047971, 2006.05.11
(43) 2008.02.28
(71) Заявитель: АЖД ПРАГА С.Р.О. (CZ)
(72) Авторы: БУРДА, Мартин; МАРТИНЕС, Жосеф; НОВАК, Ярослав;
ДОУБЕК, Павел; ФУКС, Павел (CZ)
BY 12254 C1 2009.08.30
BY (11) 12254
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: АЖД ПРАГА С.Р.О.
(CZ)
(56) RU 2056699 C1, 1996.
SU 1654964 A1, 1991.
(57)
1. Безопасный трехфазный бесконтактный переключатель для управления трехфазным
асинхронным двигателем, в частности, в области сигнальных устройств железнодорожного транспорта, например стрелочных приводов, содержащий три входных R, S, Т фазы,
подключенных к питающей электросети, и три выходных R', S', Т' фазы, соединенных с
двигателем, имеющим частоту питающей электросети, отличающийся тем, что входные
фазы R, S, Т соединены с первичной обмоткой трехфазного трансформатора, осуществляющего их гальваническую развязку, при этом переключатель выполнен с возможностью
подачи фазных напряжений с первых выходов вторичных обмоток фаз R, S, Т трансформатора соответственно на три выходные фазы R', S', Т', напряжения и токи которых являются синусоидальными, а со вторых выходов вторичных обмоток фаз R, S, Т
трансформатора - на общий узел N'; не менее одного выхода каждой из вторичных обмоток фаз R, S трансформатора соединены через соответствующие первую TL1 и вторую
TL2 реактивные катушки с соответствующими входами первого MU1 и второго MU2
управляемых мостовых выпрямителей, выходы которых соединены с соответствующими
Фиг. 1
BY 12254 C1 2009.08.30
входами первого MS1 и второго MS2 управляемых мостовых инверторов; содержит первый PZC1 и второй PZC2 антидемпфирующие элементы, не предназначенные для аккумулирования энергии в полуцепях постоянного тока, соответственно между выходами
первого MU1 и второго MU2 выпрямителей.
2. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью подачи
фазных напряжений со вторых выходов вторичных обмоток фаз R, S трансформатора на
общий узел N' со вторых выходов первого MS1 и второго MS2 инверторов соответственно.
3. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что частота переключения выпрямителей MU1 и MU2 и инверторов MS1 и MS2 идентична частоте соответствующих входных
фазных напряжений.
4. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что содержит первую и вторую независимые полуцепи постоянного тока, не содержащие элементов аккумулирования энергии,
для соответствующих входных фаз R, S, между выходами первого выпрямителя MU1 и
входами первого инвертора MS1 и выходами второго выпрямителя MU2 и входами второго инвертора MS2 соответственно.
5. Переключатель по одному из пп. 1, 2, 4, отличающийся тем, что выходы вторичных обмоток фаз R, S трансформатора соединены с соответствующими входами первого
MU1 и второго MU2 управляемых мостовых выпрямителей, выходы которых соединены с
соответствующими входами первого MS1 и второго MS2 инверторов.
Настоящее изобретение относится к безопасному трехфазному бесконтактному переключателю для управления трехфазным асинхронным двигателем, в частности, в области
сигнальных устройств железнодорожного транспорта, например стрелочных приводов.
Безопасный трехфазный бесконтактный переключатель имеет три входных фазных напряжения и три выходных фазных напряжения.
В настоящее время существует ряд способов управления стрелочными приводами с
помощью трехфазных асинхронных двигателей. Безопасность управления стрелочными
приводами, в частности, на железнодорожном транспорте характеризуется основным требованием, заключающимся в том, что двигатель не должен запускаться в случае отказа
одной или нескольких частей стрелки.
Один из способов управления стрелочным приводом, в частности, для сигнальных
устройств на железнодорожном транспорте предусматривает использование реле 1-го
класса безопасности, определенного стандартом UIC 736 i, и безопасность управления
обеспечивается характеристиками указанного реле. Недостаток такого решения заключается в контактном переключении при ограниченном сроке службы контактов, а также в
наличии механических деталей, содержащихся в данном типе реле. Другой недостаток заключается в больших габаритных размерах реле.
Еще один способ управления двигателем стрелочного привода основан на использовании большого количества реле II класса безопасности, определенного стандартом UIC
736 i, в результате чего безопасность переключения обеспечивается характеристиками
данного типа реле с другими управляющими цепями. При этом недостаток также заключается в контактном переключении при ограниченном сроке службы контактов и в наличии механических деталей данного типа реле. Недостаток также заключается в
необходимости использования большего количества реле II класса безопасности и иных
управляющих цепей с целью обеспечения требуемого уровня безопасности.
Другой способ управления двигателем стрелочного привода предусматривает использование электронного преобразователя. Блок выпрямителей используется для выпрямления входного напряжения в преобразователе, и аккумулирующий элемент (конденсатор)
служит для его фильтрования. Далее, используя широтно-импульсную модуляцию, сгла2
BY 12254 C1 2009.08.30
женное выпрямленное напряжение преобразуют с помощью блока переключателей в напряжение с частотой сети. Между блоком выпрямителей и блоком переключателей расположена полуцепь постоянного тока с аккумулирующим элементом (конденсатором).
Указанная полуцепь постоянного тока является общей для всех трех фаз. Частота переключения блока переключателей в несколько раз выше, чем полученная частота сети.
Безопасность управления двигателем стрелочного привода обеспечивается тем, что в случае отказа части блока переключателей выпрямленное напряжение поступает на вход преобразователя, не создающего вращательного движения, но эффективно действующего
против направления вращения ротора, т.е. обеспечивает торможение двигателя. Преимуществом данного решения является бесконтактное переключение двигателя стрелочного
привода и возможность реверсивного вращения двигателя. Недостатком данного решения
является возникновение пульсаций напряжений и тока, которые должны быть устранены с
помощью дополнительного выходного фильтра. При необходимости установки дополнительной отдельной системы электропитания двигателя стрелочного привода возникают
дополнительные проблемы, поскольку отсутствует возможность заземления фильтра и
устранения высокочастотных компонентов.
В соответствии с настоящим изобретением безопасный трехфазный бесконтактный
переключатель позволяет устранить или существенно ограничить указанные выше недостатки. Предмет настоящего изобретения основан на том, что безопасный трехфазный бесконтактный переключатель имеет три входных фазы напряжения, разделенных друг от
друга гальванической развязкой с использованием трансформатора. За гальванической
развязкой фазных напряжений вплоть до выхода источников отдельных фаз расположен
общий узел системы, образуемый соединением проводников отдельных фаз. Синусоидальные напряжения и токи, поступающие на трехфазный асинхронный двигатель, имеют
частоту системы электропитания. Источник напряжения первой выходной фазы управляется первым мостовым инвертером. Источник напряжения второй выходной фазы управляется вторым мостовым инвертером. Источник напряжения третьей выходной фазы
является вторичной обмоткой трансформатора или управляемым третьим мостовым инвертером. Общий узел отдельных фаз выхода безопасного трехфазного бесконтактного
переключателя образован позади управляемых мостовых инвертеров.
Две фазы, как минимум, соединены с соответствующими управляемыми мостовыми
выпрямителями, выходы которых соединены с соответствующими управляемыми мостовыми инвертерами. Частота переключения управляемых мостовых выпрямителей и
управляемых мостовых инвертеров является идентичной частоте выходных фазных напряжений.
Позади управляемых выпрямителей находятся независимые полуцепи постоянного
тока, не содержащие какие-либо элементы для аккумулирования энергии.
С целью предотвращения обратного влияния системы электропитания, в частности,
путем создания помех перед каждым управляемым мостовым выпрямителем установлена
реактивная катушка.
В целях подавления импульсов напряжения, вызванных работой управляемых инвертеров, между входами управляемых мостовых инвертеров расположены антидемпфирующие элементы.
Основное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что указанное
бесконтактное управление работы трехфазного асинхронного двигателя позволяет устранить проблемы существующих электронных преобразователей, т.е. безопасный трехфазный бесконтактный переключатель не образует на своем выходе какие-либо высшие
гармоники напряжения и тока. Новый принцип безопасного бесконтактного переключателя в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что он функционирует
при подаче синусоидальных напряжений и токов с частотой системы электропитания. На
вход безопасного бесконтактного переключателя подается трехфазное гальванически раз3
BY 12254 C1 2009.08.30
деленное напряжение. Далее две фазы напряжения преобразуются отдельно с помощью
управляемых выпрямителей, на выходе которых имеется напряжение, имеющее положительную полуволну, т.е. имеет место преобразование негативной полуволны в положительную полярность. Позади управляемых выпрямителей подсоединены управляемые
инвертеры, осуществляющие обратное преобразование напряжения, представленного
только положительной полуволной, в синусоидальное напряжение. Между управляемыми
выпрямителями и управляемыми инвертерами расположена полуцепь постоянного тока,
не содержащая каких-либо элементов аккумулирования энергии и являющаяся независимой по отношению к каждой входной фазе. Частота переключения управляемых инвертеров идентична частоте соответствующих входных напряжений фаз. Ввиду того, что
асинхронный двигатель представляет собой индуктивную нагрузку, во время его работы
потребляется реактивный компонент энергии. Управляемые выпрямители и управляемые
инвертеры имеют конструкцию, обеспечивающую передачу обратных компонентов тока,
т.е. реактивных компонентов энергии обратно от двигателя к сети электропитания. Третья
фаза напряжения подается непосредственно на выход без изменений. Создание общего
узла отдельных фаз осуществляется позади управляемых инвертеров.
Оценка безопасности переключателя производится в нерабочем состоянии двигателя,
при котором сигналы не подаются на какие-либо переключающие элементы. Отдельные
или множественные отказы отражены в направлении безопасности, т.е. при увеличении
силы тока, на которое реагирует защитный элемент, расположенный до безопасного трехфазного бесконтактного переключателя, либо при возникновении постоянного напряжения на выходе безопасного трехфазного бесконтактного переключателя, в результате чего
возникает тормозной эффект на двигателе.
Генерирование управляющих сигналов для управления управляемых выпрямителей и
инвертеров в двух соответствующих фазах решается путем применения общеизвестных
способов.
Реверсирование двигателя может быть обеспечено путем применения общеизвестных
способов.
Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения на примерах осуществления, которое ведется со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых проиллюстрированы блок-схемы безопасного трехфазного бесконтактного переключателя:
фиг. 1 - основной вариант;
фиг. 2 - блок отключения и реверсирования с подсоединенным двигателем;
фиг. 3 - схема по фиг. 2 с установленным контактом;
фиг. 4 - направление напряжения в промежуточном контуре постоянного тока;
фиг. 5 - направление напряжения на выходе безопасного бесконтактного переключателя.
Пример 1.
На фиг. 1 проиллюстрирована основная блок-схема безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS, состоящего из трехфазного трансформатора TR, реактивных
катушек TL1, TL2, мостовых выпрямителей MU1, MU2, антидемпфирующих элементов
PZC1, PZC2 и мостовых инвертеров MS1, MS2. На фиг. 1 проиллюстрировано фактическое соединение выпрямителей MU1, MU2 и инвертеров MS1, MS2 с помощью диодов и
транзисторов.
На первичную обмотку трансформатора TR подается сетевое напряжение R, S, Т распределительной сети.
Первый выход вторичной обмотки фазы R трансформатора TR соединен через реактивную катушку TL1 с первым мостовым выпрямителем MU1. Второй выход вторичной
обмотки фазы R соединен со вторым входом первого мостового выпрямителя MU1. Положительный выход первого мостового выпрямителя MU1 соединен с первым входом
первого мостового инвертера MS1. Отрицательный выход первого мостового выпрямителя MU1 соединен со вторым входом первого мостового инвертера MS1. Между положи4
BY 12254 C1 2009.08.30
тельным и отрицательным выходом первого мостового выпрямителя MU1 расположен
первый антидемпфирующий элемент PZC1. Первый выход мостового инвертера MS1 образует фазу R' выхода безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS. Второй выход первого мостового инвертера MS1 соединен с общим узлом N'.
Первый выход вторичной обмотки фазы S трансформатора TR соединен через вторую
реактивную катушку TL2 с первым входом второго мостового выпрямителя MU2. Второй
выход вторичной обмотки фазы S соединен со вторым входом второго мостового выпрямителя MU2. Положительный выход второго мостового выпрямителя MU2 соединен с
первым входом второго мостового инвертера MS2. Отрицательный выход второго мостового выпрямителя MU2 соединен со вторым входом второго мостового инвертера MS2.
Между положительным и отрицательным выходом второго мостового выпрямителя MU2
расположен второй антидемпфирующий элемент PZC2. Первый выход второго мостового
инвертера MS2 создает фазу S' выхода безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS. Второй выход второго мостового инвертера MS2 соединен с общим узлом N'.
Первый выход вторичной обмотки фазы Т трансформатора TR образует фазу Т выхода
безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS. Второй выход вторичной
обмотки фазы Т трансформатора TR соединен с общим узлом N'.
Общий узел N' состоит из второго выхода первого мостового инвертера MS1, второго
выхода второго мостового инвертера MS2 и второго выхода вторичной обмотки фазы Т
трансформатора TR. Общий узел N' отдельных фаз R', S', Т' сформирован позади управляемых инвертеров MS1, MS2.
Трансформатор TR служит для гальванической развязки первичных обмоток входного
напряжения питания отдельных фаз R, S, Т с вторичных обмоток фаз R, S, Т и одновременно он служит для гальванического разделения отдельных вторичных обмоток R, S, Т
друг от друга.
Реактивные катушки TL1, TL2 служат для подавления импульсов обратного тока, возникающих в процессе работы выпрямителей MU1, MU2 и инвертеров MS1, MS2. Антидемпфирующие элементы PZC1, PZC2 служат для подавления импульсов напряжения,
возникающих в процессе коммутирования тока между транзисторами и диодами в управляемых инвертерах MS1, MS2.
Мостовые выпрямители MU1, MU2 и мостовые инвертеры MS1, MS2 состоят из электронных бесконтактных переключающих элементов, например, канальных полевых униполярных МОП-транзисторов, биполярных транзисторов с изолированным затвором
(IGBT) и т.д. и иных полупроводниковых элементов, например диодов.
На вход безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS подаются три фазы напряжения R, S, Т, отделенные гальванически друг от друга с помощью трансформатора TR. Две фазы напряжения R, S по отдельности преобразуются с помощью
управляемых мостовых выпрямителей MU1, MU2, на выходе которых пульсирует постоянное напряжение. Конструкция мостовых выпрямителей MU1, MU2 обеспечивает передачу реактивных компонентов энергии обратно в распределительную сеть
электропитания. Позади управляемых мостовых выпрямителей MU1, MU2 находятся подсоединенные управляемые мостовые инвертеры MS1, MS2, которые преобразуют пульсирующее напряжение обратно в синусоидальное направление соответствующих фаз R', S'.
Между выпрямителями MU1, MU2 и инвертерами MS1, MS2 образуются две независимые
полуцепи постоянного тока, не содержащие какого-либо элемента для аккумулирования
энергии. Частота переключения выпрямителей MU1, MU2 и инвертеров MS1, MS2 идентична частоте входных фаз напряжений. Конструкция мостовых инвертеров MS1, MS2
обеспечивает передачу реактивного компонента электрической энергии. Входное третье
фазное напряжение фазы Т непосредственно подается после гальванической развязки с
использованием трансформатора TR в виде фазы Т' на выход безопасного трехфазного
бесконтактного переключателя BS без дополнительных изменений. Проводники от от5
BY 12254 C1 2009.08.30
дельных фазных напряжений соединены с выходом, в результате чего образуется узел N'
системы.
Формирование управляющих сигналов для управления управляемых выпрямителей
MU1, MU2 и инвертеров MS1, MS2 в двух соответствующих фазах зависит от реального
осуществления, передаваемого выхода энергии, частоты входных фаз напряжений R, S, Т,
расстояния подсоединенного двигателя от переключателя BS и т.д.
Направления напряжений в полуцепях постоянного тока, проиллюстрированые на
фиг. 4, зависят от фазы сигнала, выраженной в радианах. Кривая (а) является направлением напряжения полуцепи постоянного тока фазы R'. Кривая (b) является направлением
напряжения полуцепи постоянного тока фазы S'. Из проиллюстрированных зависимостей
на фиг. 4 видно, что управляемые выпрямители MS1, MS2 преобразуют синусоидальный
сигнал входного напряжения только в положительные полуволны.
Направления напряжения на выходе безопасного трехфазного бесконтактного переключателя очевидны из фиг. 5 и зависят от фазы сигнала, выраженной в радианах. Кривая
(с) является направлением напряжения фазного напряжения Т', кривая (d) является направлением фазы напряжения R', и кривая (е) является направлением напряжения фазы S'.
Исходя из проиллюстрированных направления напряжения, очевидно, что управляемые
мостовые инвертеры MS1, MS2 обратно преобразуют напряжение полуцепей постоянного
тока, состоящего только из положительных полуволн, в синусоидальные направление напряжения.
Пример 2.
На фиг. 2 проиллюстрирована блок-схема примера осуществления безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS, содержащего блок BOR для отключения и реверсирования и трехфазный асинхронный двигатель М.
Выход R' безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS соединен с первым входом блока BOR для отключения и реверсирования. Первый вход блока BOR для
отключения и реверсирования соединен с первым входом асинхронного двигателя М.
Выход S' безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS соединен со
вторым входом блока BOR для отключения и реверсирования. Второй выход блока BOR
для отключения и реверсирования соединен со вторым входом асинхронного двигателя М.
Выход Т' безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS соединен с
третьим входом блока BOR для отключения и реверсирования. Третий выход блока BOR
для отключения и реверсирования соединен с третьим входом асинхронного двигателя М.
Выход от общего узла N' безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS
не подсоединен к указанному соединению.
Безопасный трехфазный бесконтактный переключатель BS в сочетании с блоком BOR
для отключения и реверсирования обеспечивает отключение и управление трехфазного
асинхронного двигателя М в обоих направлениях вращения. Такое осуществление используется, например, для управления двигателем в стрелочном приводе в области железнодорожной техники для переключения стрелок в оба положения в трехпроводном соединении
трехфазного асинхронного двигателя М стрелочного привода.
Пример 3.
На фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема примера осуществления безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS, содержащего блок BOR для отключения и реверсирования и трехфазный асинхронный двигатель М, компонентом которого является
комплект контактов KS.
Выход R' безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS соединен с первым входом блока BOR для отключения и реверсирования. Первый выход блока BOR для
отключения и реверсирования соединен с первым входом комплекта контактов KS. Первый выход комплекта контактов KS соединен с первым входом трехфазного асинхронного
двигателя М.
6
BY 12254 C1 2009.08.30
Выход S' безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS соединен со
вторым входом блока BOR для отключения и реверсирования. Второй выход блока BOR
для отключения и реверсирования соединен со вторым входом комплекта контактов KS.
Второй вход комплекта контактов KS соединен со вторым входом трехфазного асинхронного двигателя М.
Выход Т' безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS соединен с
третьим входом блока BOR для отключения и реверсирования. Третий выход блока BOR
для отключения и реверсирования соединен с третьим входом комплекта контактов KS.
Третий выход комплекта контактов KS соединен с третьим входом трехфазного асинхронного двигателя М.
Выход от общего узла N' безопасного трехфазного бесконтактного переключателя BS
непосредственно соединен с четвертым входом комплекта контактов KS.
Безопасный трехфазный бесконтактный переключатель BS в сочетании с блоком BOR
для отключения и реверсирования обеспечивает отключение и управление трехфазного
асинхронного двигателя М с помощью комплекта контактов KS в обоих направлениях
вращения. Такое осуществление используется, например, для управления асинхронным
трехфазным двигателем М в стрелочном приводе в области железнодорожной техники для
переключения стрелок в оба положения в четырехпроводном соединении трехфазного
асинхронного двигателя М стрелочного привода. Вышеупомянутые примеры не ограничивают варианты и комбинации решений в пределах объема, определенного прилагаемой
формулой изобретения.
Техническое решение используется во всех областях, где требуется безопасное управление трехфазными асинхронными двигателями М. Кроме того, его можно использовать в
области железнодорожных сигнальных устройств для управления стрелочными приводами с трехфазными асинхронными двигателями М. Указанное решение также может найти
применение в других областях, где требуется бесконтактное переключение.
Фиг. 2
Фиг. 3
7
BY 12254 C1 2009.08.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
233 Кб
Теги
by12254, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа