CC BY
38
УДК 629.4.052
Л. В. ДУБИНЕЦЬ, Р. В. КРАСНОВ, Д. В. УСТИМЕНКО, П. М. ЗАТОЛОК1Н (ДПТ)
НОВА СХЕМА ЗАХИСТУ ДВИГУНА КОМПРЕСОРА НА ЕЛЕКТРОПО1ЗДАХ СЕРП ЕР2
Запропоновано нову схему захисту двигуна ДК 409 (ДК 406) компресора (ЕК 7Б) на електропойдах cepii ЕР2. Така схема забезпечуе чiткий i надшний захист електрично! машини, поеднуе в ^6i функцп захисту як при перевантаженш тривалими струмами, так й у випадку К.З.
Предложена новая схема защиты двигателя ДК 409 (ДК 406) компрессора (ЭК 7Б) на электропоездах серии ЭР2. Такая схема обеспечивает четкую и надежную защиту электрической машины, объединяет в себе функции защиты как при перегрузках длительными токами, так и в случае К.З.
The new scheme of protection of the engine ДК 409 (ДК 406) of the compressor (ЭК 7Б) on electric trains of series ЭР2 is offered. Such a scheme provides accurate and reliable protection of the electric machine, unites in itself the protection functions both under overloads with long-term currents and in case of short-circuit.
Описано запропоновану систему захисту електродвигушв компресорiв на електропо!здах сери ЕР2 на сучаснш елементнш баз^ яка бшьш надшно захищае iзоляцiю яюрно! обмотки двигуна вщ пере^вання при перевантаженнях по струму порiвняно з типовою схемою захисту на базi теплових електромагштних реле. Типова схема захисту електродвигушв компресорiв на електропо1зд1 ЕР2 [1,2] наведена на рис. 1.
TP! I ТР1Р80
Рис. 1. Типова схема захисту електродвигушв компресорiв на електропо1зд ЕР2
Вщ середньо! точки С1 дшьника напруги через демпферний резистор Р82-Р84, контактор МК2, реле перевантаження РПК, теплове реле ТР2 отримуе живлення двигун компресора.
Допомiжнi машини захищеш вщ перевантаження i коротких замикань за допомогою реле перевантаження i контакторiв МК1, МК2. Струм уставки реле перевантаження бшьше найбшьшого пускового, який може виникнути в процес пуску при найбшьшш напрузi в контак-
тнiй мережi. Реле перевантаження не забезпечуе захист вщ тривалих струмiв перевантаження, менших вiд струмiв уставки. Тому система захисту доповнена тепловими самовщновлюва-льними реле ТР1 i ТР2, контакти яких при цьо-му розмикаються i вводять в коло другу секщю котушки РПД. Загальна кшьюсть дiючих виткiв котушки реле перевантаження в цьому випад-ковi збiльшуеться i його струм уставки знижу-еться. Кола котушок реле РПД i РПК залиша-ються розiмкненими до тих тр, поки машинiст не ввiмкне вiдповiдну кнопку «Возврат реле».
Недолшом типово! схеми захисту е нечггке i ненадiйне спрацювання теплових реле ТР2 (типу ТРК-8,5), з одного боку, i можливють пере-грiву iзоляцii обмоток якоря при певних умо-вах, з другого боку. Реле ТРК-8,5 дае команду на розмикання кола живлення двигуна ком-пресора, якщо через нього протшае струм 12...15 А. При струмi 12 А теплове реле спра-цьовуе через 60 с, при струмi 30 А - через 2,5 с. За певних умов пуску компресора (наяв-шсть суттевого нагрiву iзоляцii пiд час попере-днiх пускiв, досить низька температура навко-лишнього середовища тощо) iзоляцiя класу В, яка застосовуеться у двигунах типу ДК-409 (ДК-406) може перегр^ись бiльше встановле-но! температури перерву (140 °С по якорю), що призводить до суттевого зменшення термiну служби вказаних двигунiв.
Сучасна елементна база дозволяе розробити захист, який забезпечуе вщключення електро-двигуна при його перевантаженш за будь-який малий промiжок часу. Це сприяе тому, що iзо-ляцiя перехватись не буде. Структурна схема пропонованого пристрою захисту показана на рис. 2.
© Дубинець Л. В., Краснов Р. В., Устименко Д. В., Затолокш П. М., 2010
струму +15 В и -15 В, а також живить блок ш-дикацн.
Рис. 2. Структурна схема пристрою захисту двигуна компресора
До складу структурно! схеми (рис. 2) входить: датчик струму (ДС), пристрш порiвняння (1111). силовий ключ (СК) i електродвигун компресора (М). Датчик струму перетворюе струм силового кола в напругу, що надалi використа-еться для порiвняння з табличними значеннями апроксимацн. Пристрш порiвняння призначе-ний для визначення граничних режимiв роботи захисту в цшому:
1. перевантаження по максимальному стру-мi - максимальний захист;
2. перевантаження тривалим струмом - те-пловий захист.
Електроживлення вироблясться за допомо-гою блоку живлення (БЖ). Блок iндикацil (Б1) призначений для сигналiзацil режимiв роботи блоку живлення та пристро!в порiвняння. Датчик струму повинен забезпечити гальвашчну розв'язку силових кш та кш керування. Силовий ключ забезпечуе вiдпрацьовування керую-чого сигналу. який поступае вiд вузла порiв-няння, тобто у випадку спрацьовування за гра-ничним режимом (максимальний або тепловий захист). Силовий ключ вщключае мотор-ком-пресор вiд живлячо! напруги.
До складу функщонально! схеми (рис. 3) входить: двигун постшного струму (М). що е приводним для поршневого компресора. Двигун М системи «мотор-компресор» шдключено на напругу 1.5 кВ. що зшмаеться з дiльника через контакти МК2.1. Контактор МК2 являе собою електромагштний апарат. котушка якого живиться вщ бортово! мережi напругою +50 В.
Датчик струму включаеться послщовно iз двигуном компресора в силове коло. Датчик струму побудований на ефекп Хола. Сигнал. що зшмаемо з датчика струму. надходить на вхщ пристрою порiвняння. Джерело живлення. одержуе живлення вщ бортово! мереж +50 В та забезпечуе подачу напруги живлення на датчик
Рис. 3. Функцюнальна схема пристрою захисту системи «мотор-компресор»
Блок i^^ra^i в розглянутш схемi виступае як елемент, що сигналiзуе про стабшьне живлення схеми у цшому, та сигналiзують режими роботи «переев» й «перевантаження», крiм того напруга +50 В подаеться на силовий ключ СК. Силовий ключ СК складаеться з бшолярно-го транзистора n-p-n типу й котушки малопо-тужного електромагнiтного реле. Контакти цьо-го реле живлять котушку електромагнiтного контактора МК2.
Датчик струму виробляе сигнал у вигщщ напруги, прямо пропорцшнш струму в колi якоря двигуна компресора. Цей сигнал подаеться на аналого-цифровий перетворювач (АЦП), який входить до складу сучасного мш-роконтрлера PIC12F629 фiрми Microchip [3]. Пiсля обробки аналогового сигналу мшроконт-ролер робить порiвняння цього отриманого коду цього сигналу з табличними значеннями, як занесет у його постшний запам'ятовуючий пристрш. У випадку, якщо струм у колi якоря перевищуе 35 А, компаратор мшоронтролера «визначае» цю ситуащю й вiддае команду силовому ключу розiрвати коло живлення МК2, тобто двигун компресора буде знеструмлений. Якщо ж струм, що протшае, менше 35 А, але бiльше 12 А, в роботу вступае алгоритм вщпра-цьовування теплового реле, що реалiзуеться за допомогою таймера (ТМО).
Принципова схема пропонованого пристрою захисту наведена на рис. 4. Ушфшований блок захисту призначений для захисту допомiжних машин електропоiзда ЕР2 в режимах перевантаження тривалим струмом та струмом К.З.
ВЗН. I
м-
11:1
epa'ANa'ClN-/lcsPDAT
GP1/AN1/CIN.MefЛCSPC
2'T0CMN/INT/C0u
ep^T1Cкl/0SC1/CLKl^
GP4AN 3'T1G/0SC2'CLK0UT
-ш-
ОА
^ I
Рис. 4. Принципова схема ушф1кованого блоку захисту двигуна компресора
Унiфiкований блок захисту замiняе собою два захисних реле якрного кола мотор-компре-сора: реле перевантаження компресора РПК типу Р-103 (з мехашзмом повернення Р-102) i теплового реле ТР2 типу ТРВ-8.5.
Вiдмiтимо. що реле РПК та ТР2. як здiйс-нюють захист кола якоря двигуна компресора вiдповiдно вiд струмiв К.З. та струмiв перевантаження. за конструкщею е електромеханiчни-ми пристроями.
Реле РПК складаеться iз двох частин: висо-ковольтно! (реле типу Р-103). яка контролюе струм перевантаження. та низьковольтно! (реле типу Р-102). яка виконуе функцп механiзму повернення. Обидвi частини працюють у сполу-ченш одна з одною по виконанню сво!х функ-цiй. Реле Р-103 являе собою конструкщю клапанного типу. на магнiтопроводi якого встано-влено силову котушку. ввiмкнену послщовно iз електричним колом. яке захищаеться. 1золящй-на планка. яка закршлена на якорi й розрахова-на на повну напругу силового кола (1.5 кВ). дiе на низьковольтну частину. При проходженнi по силовш котушцi струмiв перевантаження якiр реле притягуеться до осердя. планка вдаряе по упору та повертае валик мехашзму повернення. Валик. повертаючись. визволяе вщ зачшки якiр
низьковольтного реле. на якому закршлеш блок-контакти. Вiдбуваеться !х замикання або розмикання. При виключеннi струму у силовому колi яюр реле Р-103 вiдпадае та займае вих> дне положення. Для вщновлення реле достат-ньо короткочасно подати напругу на його котушку. При цьому яюр притягуеться та запирае зачiпку. У верхнiй частиш панелi бiля кожного реле знаходиться прапорець-сигналiзатор, який при спрацюваннi реле виходить iз зачеплення та опускаеться. Регулювання уставки реле здш-снюеться змiною натягу пружини з допомогою регулювальних гайки та гвинта.
Теплове реле ТР2 (типу ТР-8.5) мае звичай-ну для теплових реле (на базi бiметалiчноl пла-стини) конструкщю.
Недолши вказаних пристро!в очевиднi: ба-гато складових частин. якi перемщаються; зна-чнi габарити. вага. а саме головне. з точки зору захисту електричних кш вщ перевантажень та перерву iзоляцil. - вщносно великий час спрацювання.
Тому пропонуеться ушфшований блок захисту на сучаснш напiвпровiдниковiй елементнiй базi. який виконуе вищевказаш функцн реле РПК та ТР2. але не мае вказаних недолшв. а головне - значно збшьшуе швидкодiю захисту.
Основними елементами запропонованого блоку захисту е: БЛ4 - датчик струму типу ДСТ-250, що представляе перетворювач «струм-струм»; мшроконтролер ББ1, призна-чений для обробки шформаци, що надходить з датчика струму, i прийняття рiшення по вщ-ключенню контактора МК2, через контакти якого отримуе живлення двигун компресора М.
Розглянемо принцип дп представленого блоку захисту.
Контрольований струм, що протiкае по якорю електродвигуна М, протшае по первинному колу датчика струму БЛ2. З виходу датчика струму струм надходить на дшьник Я6-Я7, а по^м на вхiд аналого-цифрового перетворюва-ча, вбудованого в мшроконтролер ББ1.
Мiкроконтролер контролюе значення струму якоря двигуна компресора й вщключае його вщ живлячо! напруги в наступних випадках:
1. при перевантаженнях по струму (бiльше 35 А) - аналог реле перевантаження Р103;
2. при тривалому протшанш струмiв бiльше номiнального - аналог теплового реле ТРВ-8,5.
У першому випадку при вiдключеннi контактора МК2 засв^иться червоний свiтлодiод УБ5 «К.З.». У другому випадку (перевантаження) засв^иться червоний свiтлодiод УБ6 «Переев».
Блок захисту пiсля спрацьовування по пере-вантаженню повертаеться в первюне положен-ня (МК2 включений) шляхом натискання кнопки «РПК повернення», яка е штатною i знахо-диться на боковiй поверхнi шдвагонно! шафи керування. Для забезпечення гальвашчного розв'язання кола кнопки «РПК повернення» та кш мiкроконтролера використовуеться транзисторна оптопара УТ2.
Пiсля спрацьовування захисту та натиснен-ня кнопки «РПК повернення», блок повертаеться у вихщний стан через 60 с шсля спрацьовування. Даний часовий штервал вщповщае часу повернення теплового реле РТВ-8,5.
Напруга живлення блоку захисту подаеться на клеми Х1-Х2. Дюд VD1 призначений для виключення переполюсовки напруги живлення. Про наявнють живлячо! напруги на блощ вка-зуе свiтлодiод VD3. Стабшзащя напруги живлення на рiвнi +15 В здiйснюеться елементами C1, DA1, C2; на рiвнi -15 В: C6, DA3,C5; на рiвнi +5В: C3, DA2, C4.
Елементи R11, R12, VT1, R15, VT3, K1, VD10 призначеш для ввiмкнення контактора МК2.
Працездатнiсть унiфiкованого блоку захисту перевiрено в умовах реально! експлуатаци на електропоlздi ЕР2, приписаного до локомотивного депо ТЧ8 Придншровсько! залiзницi.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Электропоезда постоянного тока [Текст] / П. В. Цукало и др. - М.: Транспорт, 1979. -415 с.
2. Цукало, П. В. Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р [Текст] / П. В. Цукало, Н. Г. Ерошкин. - М.: Транспорт, 1986. - 359 с.
3. Однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Technology Incorporated: PIC 16F873, PIC 16F874, PIC 16F876, PIC 16F877 [Текст]. - М.: ООО «Микро-Чип», 2002. - 183 с.
Надшшла до редколегп 12.01.2010.
Прийнята до друку 18.01.2010.
