(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

Átírás

1 !HU T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E (22) A bejelentés napja: (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP A (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP B (1) Int. Cl.: B61L 7/06 ( ) B61L /06 ( ) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO PCT/AT 08/ (30) Elsõbbségi adatok: AT (72) Feltalálók: TAFEIT, Dietmar, A-8740 Zeltweg (AT); JERNEJ, Günther, A-8010 Graz (AT) (73) Jogosultak: VAE EISENBAHNSYSTEME GmbH, 8740 Zeltweg (AT); VAE GmbH, 1010 Wien (AT) (74) Képviselõ: Kis-Kovács Annemarie, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Berendezés váltóállító hajtómû energiaszükségletének érintés nélküli meghatározására HU T2 A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala nem vizsgálta.

2 1 HU T A találmány tárgya berendezés váltóállító hajtómû energiaszükségletének érintés nélküli megállapítására, amely vezetõkön keresztül háromfázisú váltakozó áramforrásra csatlakoztatott aszinkronmotorokkal van ellátva. Vasúti váltók állító hajtómûvének mûködésében elõforduló zavarok idõbeni felismeréséhez egy sor berendezés és diagnosztikai modul vált ismertté. A váltók átállításához szokásos váltóállító hajtómûrendszerek esetén egy mechanikus váltórudazatot alkalmaznak, amelyet egy váltó hajtómû mozgat. Szennyezõdések és/vagy korrózió, valamint más környezeti behatások a váltócsúcssín nehezen járásához vezethetnek, ami az átállítás során zavarokat okozhat. Az ilyen jellegû váltó hajtómûveknél leggyakrabban aszinkronmotorok kerülnek alkalmazásra, amelyeket négyvezetékes csatlakozóhelyen keresztül egy állítóközpont által vezérelnek. A négy vezetõn át a váltakozó feszültségek vannak kapcsolva, ahol rendszerint két vezetõ fázisban eltolt váltakozó feszültséggel vannak ellátva. Az aszinkronmotorok azzal tûnnek ki, hogy üresjáratban, illetve terheletlen állapotban nagyon nagy meddõáramhányaddal rendelkeznek. A meddõáramhányad a váltó hajtómû terhelésekor csökken, ahol a fázisszögtõl függõ cos faktor a hozzávetõleg 0,2-nek megfelelõ értékrõl hozzávetõleg 0, 0,6¹re növekszik, amikor a váltó hajtómû az átállítás során maximális állítóerejét eléri. A teljesítményveszteséget alapvetõen egy sor ismert diagnosztikai berendezés segítségével veszik figyelembe. Különösen az a megoldás terjedt el, amelynek értelmében a teljesítményveszteséget egy, a berendezés, azaz a váltó hajtómû tervei alapján kiszámított vezeték-ellenállásból számítják ki. Egy sor további megoldás esetén úgy járnak el, hogy a vezeték-ellenállást egyenáram segítségével mérik, ami legalább a meddõ ellenállást és ezáltal a váltó hajtómû motorja teljesítményének meddõ hányadát eliminálja. Az ilyen jellegû megoldások azonban járulékos kapcsolási ráfordítást igényelnek a váltó hajtómû vezérléséhez és ezáltal járulékos költségeket okoznak. A DE számú dokumentumból ezzel kapcsolatban ismertté vált, hogy a váltótranszformátor mind a három R, S és T fázisán és a háromfázisú váltakozó áramú hajtómûvek középponti vezetõjén áramfigyelõk vannak elrendezve. A DE számú dokumentum egy diagnosztikai modult tár fel, amelynek az ellenõrzés során a központi kiértékelõegységgel nem kell összeköttetésben lennie, és amely viszonylag kis tápfeszültséget igényel, amely a szerkezeti egységen lévõ csatlakozók legalább egyikén vagy egy külsõ jelen keresztül aktiválható. Feszültségjeleket és áramjeleket értékelnek ki, ahol összességében szintén a kapcsolási elrendezésbe kell beavatkozni. Az EP számú dokumentum szerint a váltó hajtómû által felvett teljesítményt az átállítási folyamat során teljesítménymérésen keresztül határozzák meg. Ebben az esetben a vezeték-ellenállást és/vagy a teljesítményveszteséget állapítják meg, és a háromfázisú váltakozó áramú motor összteljesítményfelvételét mérik és egy, a teljesítményveszteségtõl függõ teljesítménykorrigáló értékkel korrigálják. Ebbõl a célból a feszültséget, az áramot és a fázisszögeket még álló motor esetén kell meghatározni, hogy az áramkör közvetlen ellenállását megállapítsák. Ugyanúgy, mint a WO 01/823 számú dokumentumból ismert váltódiagnosztikai berendezés esetén, a mérés csak akkor lehetséges, ha a huzalozásba érintéssel avatkoznak be. A WO 01/823 szerinti megoldás esetén a háromfázisú váltakozó áramú hajtómû tulajdonképpeni forgófázisán kívül a váltódiagnosztikai berendezést a hajtómû tápvezetékeibõl bemenetoldalilag választják le. Az EP számú dokumentum szintén egy érintéssel mûködõ berendezést mutat és ismertet, amelynél a háromfázisú váltakozó áramú hajtómûhöz vezetõ vezetékekbe külön generátorokon keresztül elektromos tesztjeleket kapcsolnak, úgyhogy a háromfázisú váltakozó áramú hajtómû által befolyásolt jeleken keresztül mérési értékeket lehet meghatározni. Az EP számú dokumentumból egy olyan érintés nélküli berendezés vált ismertté, amelynél a villamos áram méréséhez azt javasolják, hogy egy érzékelõ környezetében egy vizsgálótekercset rendezzenek el, amelyen keresztül áramérték és áramirány szerint elõírt áramimpulzust vezetnek. Az ilyen jellegû berendezés esetén a meddõáramhányad mérését nem hajtják végre, hanem csupán egy biztonságtechnikai berendezés vezetékeiben folyó elektromos áramot ismernek fel. A találmány célul tûzte ki, hogy a bevezetõben megadott jellegû olyan berendezést hozzunk létre, amelynél a váltó állapotának értékeléséhez a háromfázisú váltakozó áramú motornak egy váltó hajtómû állítási folyamata során ténylegesen felvett energiaszükségletét jobban lehet megállapítani, továbbá különösen nagyobb és hibaforrásoktól, különösen meddõáramkomponensektõl megszabadított jeleket lehet kiértékelni. Kívánatos, hogy a találmány szerinti berendezést kis energiaráfordítással, a biztonságtechnikai kapcsolásba való beavatkozás nélkül az érintés mellõzésével és visszahatástól mentesen lehessen mûködtetni. Ezen feladat megoldására a találmány szerinti berendezés lényege abban áll, hogy legalább egy fojtó, különösen fojtótekercs egy fázisvezetõvel párhuzamosan van kapcsolva, és a fojtóhoz csatlakozó vezetõ a motorral összekötött fázisvezetõvel ellentétesen egy érzékelõhöz vagy egy érzékelõn keresztül van vezetve, ahol a fojtóban elõállított meddõáram-komponens révén a motor tekercselésén keresztül vezetett vezetékben a hatásosáram-komponenshez kiegészítésképpen jelen lévõ meddõáram-komponens legalább részben kompenzálva van. Így tehát úgy járunk el, hogy az aszinkronmotor egy fázisvezetõjével párhuzamosan egy meddõáram-komponens létrehozására szolgáló fojtó van kapcsolva, továbbá a fázisvezetõ és a fojtótól a visszatérõ vezetékhez vezetett vezetõ egymással ellentétesen van vezetve, és egy érzékelõ által van letapogatva, ahol a fojtóban létrehozott meddõáram-komponens által a motor tekercselésén keresztül vezetett vezetékben a hatásosáram-komponenshez kiegészítésképpen jelen lévõ meddõáram-komponens legalább részben kompenzálva van. A bevezetõben feltételezett 2

3 1 HU T2 2 áramellátásból, éspedig váltótranszformátorokból kiindulva, amelyek háromfázisú váltakozó áramú hálózatokat bocsátanak rendelkezésre, és azon ténybõl kiindulva, hogy az ilyen jellegû, üzemeltetõoldalilag elrendezett váltótranszformátorok helyes fázishelyzettel a mindenkori váltóállásba vannak kapcsolva, a találmány révén biztosítva van, hogy a fojtó által egy elõre meghatározott meddõáram-komponens van elõállítva, továbbá azáltal, hogy az ezen elõre meghatározott meddõáram-komponenst vezetõ a mindenkori fázisvezetõvel ellentétesen egy érzékelõ által van letapogatva, azt a lehetõséget biztosítjuk, hogy egy megfelelõen kompenzált és a meddõáramhányadtól megszabadított jelet kiértékelésnek vethessünk alá. Ezáltal alapvetõen azt a lehetõséget biztosítjuk, hogy egy érzékelõn, mint például egy megfelelõ áramváltón és egy kiértékelõ elektronikán keresztül a váltó átállítása során egy olyan mérési eredményt érjünk el, amelynél a fojtón keresztül induktív módon elõállított ellentétes meddõáram a fázisban folyó áramból megfelelõen levonásra kerül, és egy szinte teljes mértékû meddõáram-kompenzáció valósítható meg, úgyhogy olyan kimeneti jel érhetõ el, amelynél a meddõáramhányad ki van küszöbölve, és ezáltal az állítási folyamathoz való energiaráfordítás növekedése lényegesen jobban érzékelhetõ. Ugyanis a háromfázisú váltakozó áramú hajtómûnek a csatlakozó vezetékben mért látszólagos árama az azonos fázisú meddõáram által van kompenzálva, ami megfelelõen egyszerû eszközök és szerkezeti megoldások révén érhetõ el. Különösen alkalmas módon erre a célra a T fázist alkalmazzuk, amely a váltóállító csoport által a váltó hajtómûhöz mindenkor azonos fázishelyzetben van kiadva. Annak érdekében, hogy járulékosan fel lehessen ismerni, hogy a váltó hajtómû milyen állítási irányban van megterhelve, a találmány szerinti berendezés elõnyösen úgy van továbbfejlesztve, hogy legalább egy további érzékelõ egy fázisvezetõn vagy akörül, különösen külsõvezetõ fázison vagy akörül és ezen fázishoz képest ellentétes irányú visszatérõ vezetõn vagy akörül van elrendezve, ahol a fázisvezetõ és a visszatérõ vezetõ a további érzékelõ alkalmazásával a forgásirány meghatározásához kerül kiértékelésre. Ebben az esetben egy további áramváltón keresztül az R fázison, illetve elsõ fázison átfolyó áramot a visszatérõ vezetõvel együtt érzékeljük, és egy váltóforgás során a váltóállást szintén a csatlakoztatott kiértékelõ elektronika segítségével állapítjuk meg, és a váltóállítás mért energiaráfordításához hozzárendeljük. Ebbõl a célból azt a tényt hasznosítjuk, hogy egy elsõ irányba való átállítás során az elsõ 200 ms alatt említésre méltó áramnövekedés nem ismerhetõ fel. Ezen azonos idõablak alatt, amelyben a külsõ vezetõtõl és a visszatérõ vezetõtõl az áramváltón átfolyó áramok az áramváltó kimeneti jelében egymást kompenzálják, a másik állítási irányban olyan kimeneti jel érhetõ el, amely lényeges áramnövekedéssel rendelkezik, ami által a kiértékelõ elektronika segítségével az állítási irány meghatározható. Összességében, ahogy a bevezetõben említettük, a váltó háromfázisú váltakozó áramú hajtómûvének a felvett energiaszükséglet meghatározásához különösen elõnyös, ha a váltóállító csoport által a váltó hajtómûnek mindenkor azonos fázishelyzetben kiadott T fázist alkalmazzuk. A kompenzációhoz alapvetõen az szükséges, hogy a mindenkori áramok ellentétes irányban az érzékelõkre vagy azokon keresztül legyenek vezetve, ahol a berendezés elõnyösen oly módon van kiképezve, hogy a mindenkori fázisok, illetve a visszatérõ vezetõ az érzékelõkön axiális irányban van átvezetve, ahol elõnyösen érzékelõként áramváltók, illetve árammérõ fogók vannak alkalmazva. A találmány szerinti, háromfázisú váltakozó áramforrásra vezetõkön keresztül csatlakoztatott aszinkronmotorokkal ellátott váltóállító hajtómû energiaszükségletének érintés nélkül történõ meghatározására szolgáló berendezés úgy van kiképezve, hogy legalább egy fojtó, különösen fojtótekercs egy fázisvezetõvel párhuzamosan van kapcsolva, és a fojtóhoz csatlakozó vezetõ a motorral összekötött fázisvezetõvel ellentétesen egy érzékelõhöz vagy egy érzékelõn keresztül van vezetve, ahol a fojtóban elõállított meddõáramkomponens révén a motor tekercselésén keresztül vezetett vezetékben a hatásosáram-komponenshez kiegészítésképpen jelen lévõ meddõáram-komponens legalább részben kompenzálva van. Ily módon a fojtótekercsen keresztül elõállított meddõáramhányad kívánt kompenzálása, illetve megszüntetése biztosítva van, ahol a kompenzáció javításához ebben az esetben egy megfelelõ méretezés választható. A háromfázisú váltakozó áramú váltó hajtómûvek például mintegy 4 A¹t kitevõ maximális állító áramokkal rendelkeznek. Ezekben az esetekben akár az is elegendõ lehet, ha egy megfelelõen kisebbre méretezett fojtót alkalmazunk, amely például 0,6 0,7 A¹hez van méretezve, ahol ebben az esetben a megfelelõ jelkompenzálás egyszerû módon azáltal valósítható meg, hogy a vezeték az áramváltóban többszörösen át van vezetve, ahol a menetek száma, amelyeket ezzel kapcsolatban alkalmazunk, a háromfázisú váltakozó áramú motor névleges teljesítményfelvételétõl függõen választható meg. A találmány szerinti berendezés ezért elõnyösen úgy van méretezve, illetve kialakítva, hogy a fojtóhoz csatlakozó vezetõ egyszeresen vagy vezetékmenetek alakjában többszörösen, a fázisvezetõvel ellentétesen, az érzékelõre vagy az érzékelõn keresztül van vezetve, ahol az elõbbiekben említett fojtó alkalmazása esetén, amely 0,6 és 0,7 A közötti áramhoz van tervezve, példaképpen egy 0, kw¹os háromfázisú váltakozó áramú motor számára a meddõáramhányad szinte teljes mértékû kompenzálása csupán egyetlenegy menet alkalmazásával is biztosítható, az 1,1 kw¹os motorok alkalmazása esetén a meddõáramhányad kompenzálásához például három menet elegendõ. A találmány szerinti berendezés elõnyösen úgy van továbbfejlesztve, hogy legalább egy további érzékelõ egy fázisvezetõn vagy akörül, és ezen fázishoz képest ellentétes irányú visszatérõ vezetõn vagy akörül van elrendezve, úgyhogy ily módon, teljesítményadatai szerint, az állítási irányhoz való hozzárendelés valósítható meg. 3

4 1 HU T2 2 Amennyiben több háromfázisú váltakozó áramú váltó hajtómû van egyetlenegy állító központ felõl üzemeltetve, a fojtók számát nem kell növelni, hanem a kialakítás inkább úgy választható meg, hogy több aszinkronmotor számára egyetlenegy közös fojtó legyen elrendezve. Hagyományos módon a kiértékelõ elektronika gyûjtött adatai ipari kommunikációs csatlakozóhelyeken keresztül az üzemeltetõnek egy szerveréhez továbbíthatók, ahol a szerver a mérési adatok megfelelõ tárolását és vizualizálását hajthatja végre. Különösen megfelelõ kiértékelési rutinok alkalmazhatók, és referenciagörbékkel való összevetések hajthatók végre, hogy a váltóállító hajtómûvek problémáinak és nehezen járásának korai felismerését lehetõvé tegyük. A mért jelek eltérések lényegesen jobb vizualizálását és felismerését teszik lehetõvé, mint ahogy ez a meddõáram-kompenzálás nélkül történõ jelkiértékelés esetén lehetséges lenne. A találmányt az alábbiakban rajz segítségével részletesebben is ismertetjük. A rajzon az 1. ábra egy váltó hajtómû számára a mérési elvet szemlélteti vázlatosan, a 2. ábra egy megfelelõ kapcsolási elrendezést mutat több váltó hajtómû számára, amelyek itt egy közös állító központ által vannak vezérelve, és a 3. ábra a mért értékek diagramját mutatja a végrehajtott meddõáram-kompenzálás után. Az 1. ábrán az áramellátás vázlatosan 1¹gyel van jelölve, és magában foglal egy váltótranszformátort, amely a háromfázisú váltakozó áram R, S, T fázisait, valamint a visszatérõ vezetõt négyvezetékes csatlakozóként bocsátja rendelkezésre. Az egyes R, S, T fázisok mindenkor 2 biztosítékon keresztül vannak a 3 váltóállító csoporthoz vezetve, ahol ezen váltóállító csoport az állító központban helyezkedik el. Az állító központban a T fázisra továbbá 4 fojtó van csatlakoztatva, ahol a találmány szerinti berendezés lényegében a két, 6 érzékelõt tartalmazza a hozzá tartozó kiértékelõ elektronikával együtt. Az érzékelõ ebben az esetben az R fázist és ezáltal egy külsõ vezetõt, valamint a visszatérõ vezetõt fogja körül, ahol az itt nyert jelbõl a váltó hajtómû állítási iránya vezethetõ le. A váltó hajtómû vázlatosan 7¹tel van jelölve. A 4 fojtó egy meddõáramhányadot generál, amely 8 vezetékeken keresztül egyszeresen vagy több menetben a 6 érzékelõn van átvezetve, és az RL visszatérõ vezetõhöz van visszavezetve. Az áram a 6 érzékelõn 9 nyilak irányában és ezáltal a 10 nyíllal ellenkezõ irányban folyik keresztül, amely a T fázis vezetõjében a 7 váltó hajtómûhöz való áramirányt jelöli. Az ellentétesen vezetett meddõáramhányadok a 6 érzékelõben a 10 vezetékben lévõ megfelelõ meddõáramhányadot kompenzálják, úgyhogy a 6 érzékelõrõl egy kompenzált jelet veszünk le, amely kis értékû meddõáramhányaddal tûnik ki, vagy optimálisan egyáltalán nem tartalmaz meddõáramhányadot. A mérési tekercseket, illetve az, 6 érzékelõket magában foglaló berendezés ugyanúgy, mint a 3 váltóállító csoport és a 4 fojtó az állító központban helyezkedik el, míg az R, S és T fázisok továbbvezetõ vezetékei a 7 váltó hajtómûhöz vannak vezetve. A 2. ábra szerinti ábrázolásnál megtartottuk az 1. ábrán alkalmazott hivatkozási jeleket, ahol több 7 váltó hajtómû számára egyetlenegy 4 fojtó van a T vezetõbe bekapcsolva. Egyebekben az ábrázolás az 1. ábra szerinti ábrázolásnak felel meg, ahol természetesen minden egyes 7 váltó hajtómû számára külön-külön, 6 érzékelõk vannak elrendezve, hogy az egyes hajtómûveket biztonságosan felügyeljük. A 3. ábrán végül a megfelelõen kompenzált mérési jel van bemutatva, ahol az Y tengelyre a meddõáramhányaddal csökkentett kompenzált állító áram van felvive, míg az X tengelyen az idõkoordináta van megadva. Az állító áram kezdetben gyorsan csökken, ami nem utolsósorban a meddõáramhányad gyors csökkenésére vezethetõ vissza, ahol a kompenzáció természetszerûleg csupán ezen indulási áram után fejti ki ténylegesen hatását. Mintegy 1, másodperc után a reteszelésfeloldó fázis ismerhetõ fel a 3. ábra szerinti diagramon, amelyet mintegy 3,4 másodperc elteltével az átállítási fázis követ. Hozzávetõleg 4,4 másodperc elteltével a reteszelõ fázishoz jutunk, ami után az állító áram ismét megfelelõen csökken. A teljes állítási tartományban, a reteszelésfeloldó fázison, az átállítási fázison és a reteszelõ fázison keresztül, az állító áram olyan tartományban van, amely egy minimális érték amely a jelen esetben 1,2 A¹ben van meghatározva és egy 1,4 A¹nek megfelelõ maximális érték között van, ahol az a tény, hogy az állító áram a kritikus átállítási tartományban ezen megengedett sávszélességen belül marad, a váltó hajtómû rendeltetésszerû funkciója számára indikátorként jelentkezik. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Berendezés váltóállító hajtómû (7) energiaszükségletének érintés nélküli megállapítására, amely vezetõkön keresztül háromfázisú váltakozó áramforrásra csatlakoztatott aszinkronmotorokkal van ellátva, azzal jellemezve, hogy legalább egy fojtó (4), különösen fojtótekercs egy fázisvezetõvel párhuzamosan van kapcsolva, és a fojtóhoz (4) csatlakozó vezetõ a motorral összekötött fázisvezetõvel ellentétesen egy érzékelõhöz () vagy egy érzékelõn () keresztül van vezetve, ahol a fojtóban (4) elõállított meddõáram-komponens révén a motor tekercselésén keresztül vezetett vezetékben a hatásosáram-komponenshez kiegészítésképpen jelen lévõ meddõáram-komponens legalább részben kompenzálva van. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fojtón (4) keresztül vezetett fázisként a T fázis van kiválasztva. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy legalább egy további érzékelõ (6) egy fázisvezetõn vagy akörül, különösen külsõvezetõ fázison vagy akörül és ezen fázishoz képest ellentétes irányú visszatérõ vezetõn vagy akörül van elrendezve, ahol a fázisvezetõ és a visszatérõ vezetõ a további ér- 4

5 1 HU T2 2 zékelõ (6) alkalmazásával a forgásirány meghatározásához kerül kiértékelésre. 4. Az 1., 2. vagy 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a mindenkori fázisok, illetve a visszatérõ vezetõ az érzékelõkön (, 6) axiális irányban van átvezetve.. Az 1 4. igénypontok egyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy érzékelõként (, 6) áramváltók, illetve árammérõ fogók vannak alkalmazva. 6. Az 1. igénypontok egyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy több aszinkronmotor számára egy közös fojtó (4) van elrendezve. 7. Az 1 6. igénypontok egyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a fojtóhoz (4) csatlakozó vezetõ egyszeresen vagy vezetõmenetek alakjában többszörösen, a fázisvezetõvel ellentétesen, az érzékelõhöz () vagy az érzékelõn keresztül van vezetve.

6 HU T2 Int. Cl.: B61L 7/06 6

7 HU T2 Int. Cl.: B61L 7/06 7

8 HU T2 Int. Cl.: B61L 7/06 Kiadja a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest