Устройство защиты и управления силовыми цепями электропоезда
Устройство защиты и управления силовыми цепями электропоезда относится к устройствам силовой электроники. Найдет применение в электрооборудовании поездов постоянного тока. В известных устройствах применяют электромагнитные системы реле напряжений, тока и исполнительных реле, а также реле с применением герконов. Данные реле отличаются большими размерами и низкой надежностью. В предложенном устройстве реле тока и напряжения выполнены с использованием датчиков Холла, блок управления построен на основе микроконтроллера, а элементы коммутации выполнены на основе мощных MOSFET-транзисторов. Все блоки получают напряжение от одного источника. К описанию прилагается одна электрическая схема.
Полезная модель относится к области силовой электроники для электроподвижного состава железнодорожного транспорта. Найдет применение в электрооборудовании поездов постоянного тока.
В настоящее время в электропоездах находят применение электромагнитные системы реле напряжений, токовых и исполнительных реле, а также реле с применением герконов /1; 2; 3/.
Электромагнитные реле характеризуются значительными размерами, необходимостью систематического технического обслуживания их контактных групп и низкой надежностью.
Второй тип реле - герконовый, отличается наличием моточных узлов, как в датчиках тока и напряжения, так и в исполнительных устройствах. Данный тип реле отличается довольно трудоемкой процедурой настройки порога срабатывания, а исполнительные реле, содержащее геркон, подвержены завариванию или залипанию контактных групп при возможных перегрузках.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство по патенту №35293, в котором содержатся датчик перегрузки, дифференциальное реле и исполнительные элементы в виде герконовых реле. Недостатки их изложены выше, характерны для второго типа реле. Надежность устройства по патенту №35293 выше по сравнению с электромагнитными, но недостаточна в условиях эксплуатации железнодорожного транспорта.
Использование предлагаемой полезной модели позволит устранить процедуру установки порогов срабатывания датчиков тока и напряжения за счет применения микропроцессорного блока управления, а использование электронных силовых ключей на основе MOSFET-транзисторов с защитой по току и от перенапряжений, значительно увеличит срок службы устройства и повысит его надежность. Использование блока управления на основе микроконтроллера позволит
автоматизировать процесс формирования уставок порога срабатывания датчиков тока и напряжения, а также даст возможность проводить диагностику узлов устройства.
Устройство защиты и управления силовыми цепями электропоезда состоит из трех датчиков напряжения 1, 2 и 3; двух датчиков тока 4 и 5, выполняющих функции дифференциального реле; блока управления 6, блока питания 8 и силовых электронных ключей 7-1, 7-2, ... 7-N (см. фиг.)
Датчики напряжения 1, 2 и 3 содержат в своем составе датчики Холла, помещенные в воздушные зазоры концентраторов магнитного поля. На концентратор магнитного поля намотана катушка, которая через гасящий резистор подключается к контролируемому напряжению. На датчики 1, 2 и 3 подается питающее напряжение с блока питания 8, а напряжение с выходов датчиков 1, 2 и 3 величиной пропорциональной контролируемым напряжениям, подаются на входы блока управления 6, Пока величина контролируемого напряжения находится в допуске, блок управления 6 не производит никаких действий. Как только контролируемое напряжение превысит (или упадет ниже) порогового значения, блок управления 6 произведет необходимую коммутацию внешних цепей с помощью силовых электронных ключей 7-1, 7-2, ... 7-N.
Датчики тока 4 и 5 содержат в своем составе датчики Холла, помещенные в воздушные зазоры концентраторов магнитного поля с проводниками контролируемого тока, расположенными по оси (внутри) указанных концентраторов тороидальной формы. На датчики тока 4 и 5 подается питающее напряжение с блока питания 8, а напряжения с выходов датчиков 4 и 5, по величине пропорциональной контролируемым токам, подаются на входы блока управления 6.
Датчики тока 4 и 5 в данном устройстве выполняют функцию дифференциального реле, т.е. они оба контролируют силовой ток одной и той же цепи: один датчик устанавливается в начале цепи, другой - в конце. Как только разность токов, контролируемых этими датчиками достигнет определенного порога, блок управления 6 производит необходимую коммутацию внешних цепей с помощью силовых электронных ключей 7-1, 7-2, ... 7-N.
Блок питания 8 вырабатывает необходимые питающие напряжения для всех блоков из входного напряжения (борт-сеть) +UП.
Предлагаемая полезная модель может выпускаться серийно в заводских условиях. При ее изготовлении найдет применение метод литья под давлением для корпусов, заливка компаундом, а также обработка деталей на станках с числовым программным управлением.
Устройство можно использовать на железнодорожном транспорте в электрооборудовании, работающем на постоянном токе.
Источники информации принятые во внимание:
1. В.П.Миловзоров. Электромагнитные устройства автоматики. М. «Высшая школа», 1983.
2. К.И.Харазов. Устройства автоматики с магнитоуправляемыми контактами. М. Энергоатомиздат, 1990.
3. М.Л.Бараночников. Микромагнитоэлектроника. Том 1. М. «Издательство ДМК-Пресс», 2001.
Устройство защиты и управления силовыми цепями электропоезда, содержащее датчики напряжения и тока, выходы которых подключены к блоку управления, выходы от него управляют блоками коммутации, а блок питания обеспечивает необходимыми питающими напряжениями все блоки, входящие в состав устройства, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности, датчики напряжения и датчики тока выполнены с использованием датчиков Холла, блок управления построен на основе микроконтроллера, а блоки коммутации выполнены на основе мощных MOSFET-транзисторов.
