БЛОК РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
VOLTAGE CONTROL UNIT FOR PASSENGER CARRIAGES

Изобретение относится к преобразовательным электротехническим устройствам и предназначено для преобразования переменного напряжения, снимаемого с автономного подвагонного генератора или с понижающего трехфазного трансформатора станционной сети или бортовой поездной магистрали в напряжение питания потребителей пассажирского вагона, и может быть использовано в системе обеспечения электроэнергией всех потребителей пассажирского вагона локомотивной тяги. Блок регулирования напряжения для пассажирских вагонов (далее по тексту - блок регулирования) обеспечивает питание системы кондиционирования воздуха, отопления, вентиляции и освещения и т.п., а также зарядку аккумуляторных батарей пассажирского вагона.
В качестве аналога рассмотрим стандартный модуль BLS, входящий в состав преобразователя SIBEST компании Siemens Transportation Systems. Модуль BLS представляет собой унифицированный блок, служащий для питания цепей постоянного тока пассажирского вагона и зарядки аккумуляторных батарей. Питание модуля BLS напряжением 560 В осуществляется от промежуточного звена постоянного тока преобразователя SIBEST.
Недостатком этого модуля является то, что он может работать только в составе преобразователя SIBEST, поскольку для его питания необходимо постоянное напряжение.
Имеются отечественные разработки аналогичной преобразовательной техники для транспорта, которые реализованы в соответствии с современными требованиями к устройствам электроснабжения пассажирских вагонов.
Предприятие ЗАО «ЭЛСИЭЛ» выпускает ограничитель - стабилизатор напряжения (ОСН) для ограничения и стабилизации входного постоянного напряжения 110…170 В в выходное напряжение 110 В для питания ответственных потребителей железнодорожного вагона (Материалы «2-й Международной выставки современной продукции, новых технологий и услуг железнодорожного транспорта «ExpoRail 2007», интернетовский сайт www.exporail.ru).
Недостатком этого аналога, как и в приведенном выше примере, является то, что для его питания необходимо постоянное напряжение, которое может быть получено только с поездной шины 110 В или с дополнительного AC/DC преобразователя.
В качестве второго аналога рассмотрим выпрямитель зарядно-разрядный ВЗР-80 предприятия ЗАО «ЭЛСИЭЛ» Выпрямитель зарядно-разрядный ВЗР-80 предназначен для заряда и разряда аккумуляторных батарей различных типов, например 90KL250P или 56PzS(M)-350P, и может использоваться для обслуживания аккумуляторных батарей вагонов в пассажирских депо. В режиме разряда аккумуляторной батареи получаемая энергия возвращается в сеть. ВЗР-80 в своем составе имеет понижающий трансформатор, управляемый выпрямитель и выходной LC-фильтр. Требуемые законы управления и алгоритмы регулирования, а также функции настройки, защиты и индикации реализуются системой управления.
Недостатками этого аналога являются жесткие требования к напряжению и частоте питающей сети.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков и функциональным возможностям является высоковольтный преобразователь напряжения для пассажирских вагонов (патент RU №2282933, приоритет от 07.09.2004 г.), содержащий высоковольтную входную и низковольтную выходную части, в котором высоковольтная входная часть соединена с клеммами главной поездной шины, предназначена для преобразования постоянного или переменного напряжения в напряжение питания потребителей пассажирских вагонов, а также обеспечивает работу агрегатов зарядки аккумуляторных батарей.
Недостатком этого преобразователя является то, что он работает только от главной поездной шины.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении заданных выходных параметров блока регулирования при питании от разных источников переменного тока в широком диапазоне изменения значений напряжения и частоты.
Технический результат достигается тем, что блок регулирования содержит низковольтную входную часть, осуществляющую выпрямление входного трехфазного напряжения переменного тока в постоянное стабилизированное напряжение на выходе при помощи двухканального импульсного преобразователя постоянного напряжения DC/DC, и низковольтную выходную часть, которая стабилизирует напряжение на уровне, достаточном для питания потребителей вагона, и обеспечивает оптимальный ток заряда вагонных аккумуляторов. Кроме того, с помощью дополнительного преобразователя DC/DC осуществляется управление током обмотки возбуждения для получения желаемого напряжения генератора.
Конструктивно блок регулирования содержит первый и второй трехфазные выпрямительные мосты, состоящие из первого и второго AC/DC преобразователей, вход первого, через защитное устройство, подключается к подвагонному электрогенератору, а второго - к понижающему трехфазному трансформатору станционной питающей сети. Выходы первого и второго выпрямительных мостов объединены, а напряжение используется для питания соответственно первого и второго DC/DC преобразователей, выходы которых также объединены и подключаются к силовым выходным клеммам, используемым для подключения нагрузки и цепей заряда аккумуляторов, и через сборку развязывающих диодов к дополнительному третьему преобразователю DC/DC, который осуществляет управление током обмотки возбуждения генератора для получения требуемого напряжения с его выхода, что увеличивает функциональные возможности блока регулирования, первый, второй и третий DC/DC преобразователи по шине CAN подключаются к внешнему устройству для диагностики и защиты электрооборудования, отображения состояния и режимов работы, обменов информацией с автоматикой. При этом блок регулирования расположен в корпусе, состоящем из основного кожуха, передней дверцы и задней стенки в виде радиатора и дополнительного кожуха. Внутри корпуса размещены на нижней поверхности кожуха пульт управления, установленный на стойках под наклоном, соответствующим оптимальному углу зрения, и основные платы, на задней стенке - силовые элементы, на боковых стенках кожуха - предохранители, патрубки для подвода силовых и сигнальных кабелей и клеммы для их подключения, а на верхней поверхности - блок дросселей.
На фиг.1 изображена структурная схема блока регулирования напряжения для пассажирских вагонов. На фиг.2 изображен чертеж блока регулирования напряжения для пассажирских вагонов: вид спереди, вид сверху. На фиг.3 изображен чертеж блока регулирования напряжения для пассажирских вагонов: вид на внутреннюю верхнюю поверхность, вид на внутреннюю боковую стенку.
На фиг.1 представлена структурная схема блока регулирования напряжения для пассажирских вагонов, содержащего входные подключающие устройства 1 и 2 внешних источников энергии к блоку регулирования, защитное устройство 3, состоящее из индикатора наличия фаз и блока быстродействующих предохранителей, первый AC/DC преобразователь 4 и второй AC/DC преобразователь 5, выходы которых объединены и подаются на входы первого и второго DC/DC преобразователей 6 и 7 соответственно, элементы защиты 8 и 9 в виде предохранителей и силовые выходные клеммы 10 и 11, сборка развязывающих диодов 12, третий DC/DC преобразователь 13 и выходная клемма 14 для подключения к обмотке возбуждения подвагонного генератора.
Блок регулирования расположен в металлическом корпусе (см. фиг.2), конструктивно он состоит из основного кожуха 15, открывающейся передней дверцы 16, задней стенки 17 в виде радиатора и дополнительного кожуха 18, расположенного на боковой стенке основного кожуха 15. На дверце 16 установлен замок 19, который предотвращает несанкционированный доступ, а наличие герметизирующей прокладки 20 по периметру дверцы 16 и прижимных элементов 21 обеспечивает герметизацию блока регулирования.
Внутри корпуса на нижней поверхности основного кожуха 15 на общем экране 22 расположены пульт управления 23, установленный на стойках 24 под наклоном, соответствующим оптимальному углу зрения для отображения информации и подачи команд, и основные платы 25, составляющие блок регулирования. Данная конструкция обеспечивает беспрепятственный доступ и позволяет при ремонте или замене электрической схемы менять как отдельные элементы, так и весь блок плат целиком. К задней стенке 17 с внутренней стороны на тонкий слой теплопроводящей пасты или теплопроводящих прокладок устанавливаются и крепятся винтами силовые элементы 26, что обеспечивает наиболее эффективный отвод тепла. На боковых стенках основного кожуха 15 установлены патрубки 27, а с внутренней стороны клеммы 28 для подвода и подключения силовых и сигнальных кабелей также устанавливаются предохранители 29. На дополнительном кожухе 18 установлены патрубки 30 для подвода проводов возбуждения и рабочей обмотки генератора. К верхней поверхности кожуха 15 с внутренней стороны крепится блок дросселей 31, данная конструкция обеспечивает дополнительный теплоотвод и быструю замену всего блока дросселей при ремонте.
Блок регулирования работает следующим образом.
При помощи подключающих устройств 1 или 2 блок управления подключают к выходам трехфазного подвагонного генератора переменного тока или к понижающему 380В/88В трехфазному трансформатору станционной питающей сети соответственно. С клемм подключающего устройства 1 напряжение генератора поступает на вход защитного устройства 3, состоящего из индикатора наличия фаз и блока быстродействующих предохранителей. С выхода защитного устройства 3 напряжение поступает на вход первого AC/DC преобразователя 4. Аналогично, с клемм подключающего устройства 2 напряжение трансформатора поступает на вход второго AC/DC преобразователя 5. Первый и второй AC/DC преобразователи 4 и 5 представляют собой трехфазные выпрямительные мосты с емкостными фильтрами, постоянное напряжение с их выходов поступает на входы первого и второго DC/DC преобразователей 6 и 7, с выходов которых через защитные устройства 8 и 9 выходное напряжение поступает на силовые выходные клеммы подключающих устройств потребителей 10 и аккумуляторной батареи 11. При этом осуществляется поддержание установленных параметров заряда аккумуляторной батареи 11 с требуемой точностью.
Третий DC/DC преобразователь 13 получает питание с выходов первого и второго AC/DC преобразователей 4 и 5 или с выходов DC/DC преобразователей 6 и 7, или, при отсутствии внешних питающих напряжений, от вагонной аккумуляторной батареи 11 и через сборку развязывающих диодов 12 передается на силовые выходные клеммы подключающего устройства 14, а дальше на обмотку возбуждения подвагонного генератора.
Первый, второй и третий DC/DC преобразователи 6, 7 и 13 по шине CAN подключаются к внешнему устройству, входящему в состав локомотивной автоматики, выдавая данные о состоянии и режима работы, обмене информацией и осуществляя диагностику и защиту электрооборудования.
Наличие этих существенных признаков позволяет использовать блок регулирования напряжения при значительном разбросе значений напряжений питающих сетей.