СИСТЕМА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электроприводу электроподвижного состава (э.п.с.) и предназначена, в частности, для питания вспомогательных электрических машин и оборудования.
Известна система вспомогательных электроприводов, содержащая преобразователи для регулирования напряжения на нагрузках, представляющих вспомогательные электрические машины и оборудование собственных нужд, микропроцессорную систему управления ими. Каждая нагрузка получает питание по отдельному каналу. Выходы преобразователей соединены с нагрузками при помощи проводов. (Ю.А.Орлов и др./Концепция схем и конструкции грузового электровоза постоянного тока 2ЭС4К//Вестник ВЭлНИИ: Сб. науч. тр. ОАО "Всеросс. н-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ").- Новочеркасск, 2006. - Т. 1(50), с.64-74, рис.3).
Недостатком системы вспомогательных электроприводов, получающих питание по высоковольтным проводам, является удаленность нагрузки от преобразователей, а также сосредоточенность (в одном месте) системы управления, включая блоки управления вспомогательным приводом. В этом случае провода, соединяющие блок микропроцессорной системы управления с преобразователями энергии для питания вспомогательных машин и оборудования подвержены помехам вследствие наводок, требуют принятия специальных технических мер по повышению помехозащищенности.
Другим недостатком системы вспомогательных электроприводов является наличие протяженных силовых проводов, соединяющих
преобразователи и нагрузку. Ввиду значительной протяженности силовых проводов и вследствие явления «стоячей волны» в силовых проводах возникают перенапряжения, превышающие допустимые значения напряжения питания нагрузки. С целью снижения низкочастотных излучений силовых проводов, система вспомогательных электроприводов содержит сложные и габаритные устройства синус-фильтры.
Наиболее близким по технической сущности является система вспомогательных электроприводов, содержащая вспомогательные электрические машины и оборудование собственных нужд, получающие питание от преобразователей для регулирования значения питающего напряжения вспомогательных машин, микропроцессорную систему управления в виде электронных блоков управления, информационные провода которой подключены к указанным преобразователям. Вспомогательное оборудование объединено в две питаемые от отдельных каналов вспомогательного привода (ВП) группы нагрузок с регулируемыми или фиксированными на заданном уровне питающими напряжением и частотой. Применение двух независимых и одинаковых (конструктивно и по установленной мощности) каналов ВП обеспечивает повышение надежности. При этом предусмотрена централизованная вентиляция и централизованная система управления одного преобразователя на все нагрузки (двигатели). (Б.И.Хоменко, Г.И.Колпахчьян, И.В.Пехотский / Вспомогательные транзисторные преобразователи для перспективного ЭПС // Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО "Всеросс. н-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - Новочеркасск, 2003. - Т.45, с.185, рис.1).
Недостатком системы вспомогательных электроприводов является использование длинных проводов для передачи управляющих сигналов на преобразователи. Высоковольтные силовые провода ввиду большой протяженности также подвержены риску механических повреждений и т.п.
Другим недостатком системы вспомогательных электроприводов является, как и в аналоге, наличие протяженных силовых проводов соединяющих преобразователи и нагрузку, что приводит к расходу материалов на прокладку проводов, возникновению помех в проводах, предназначенных для передачи сигналов управления.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы
системы вспомогательных электроприводов. Второстепенной задачей
полезной модели является улучшение условий выявления неисправности блоков системы вспомогательных электроприводов.
Поставленная задача решается тем, что система вспомогательных электроприводов, содержащая клеммы для подключения преобразователей собственных нужд, к которым подключены несколько каналов нагрузок, представляющие собой преобразователи - инверторы напряжения, питающие вспомогательные электродвигатели и оборудование системы собственных нужд, управляемые блоками управления по командам системы управления, при этом указанные каналы нагрузок соединены проводами, отличающаяся тем, что преобразователь и блок управления преобразователем каждого канала питания нагрузки расположены непосредственно на корпусе двигателя или оборудования системы собственных нужд, что сокращает до минимума протяженность проводов между блоком управления и значительно сокращает длину питающих проводов, или позволяет использовать короткие шины между статическими преобразователями и нагрузками.
Положительный эффект полезной модели проявляется в том, что предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность силового электропитания и передачи сигналов управления, устранить влияние индуктивности в питающих проводах и появление эффекта «стоячей волны» в проводах за счет сокращения длины проводов и повысить легкость обнаружения неисправности блока управления.
На фигуре 1 показана схема системы вспомогательных электроприводов.
На фигуре 2 представлена компоновка оборудования канала питания мотор-вентилятора системы вспомогательных электроприводов.
Система вспомогательных электроприводов электроподвижного состава (фиг.1) содержит клеммы 1 и 2 для подключения к источнику питания преобразователей 3, 4, 5 и 6 для питания преимущественно
двигателей 7, 8, 9 и 10, блоки управления преобразователями 3, 4, 5 и 6, соответственно 11, 12, 13 и 14. Каждый из преобразователей 3, 4, 5 и 6, блок управления этим преобразователем и двигатель, либо иная нагрузка (оборудование), питающиеся от упомянутого преобразователя, образуют один канал пиния нагрузки. Например, в соответствие с фиг.1 двигатель 7, преобразователь 3 и блок управления 11 образуют один канал питания. Преобразователь питания нагрузки каждого канала 3, 4, 5 и 6 и блоки управления преобразователями (БУП) каждого канала, конструктивно, размещены в едином блоке и располагаются в непосредственной близости от нагрузки своего канала. Т.е корпусе двигателя, или оборудования системы собственных нужд.
На фиг.2 представлена компоновка оборудования мотор-вентилятора: реактивно-индукторного двигателя 8 и расположенного на нем блока 16, включающего в свой состав: преобразователь питания 4 и БУП 12.
В зависимости от схемных решений преобразователи 3, 4, 5 и 6 могут состоять из корпуса, силовой панели, батареи конденсаторов, дросселей, охладителей силовых полупроводниковых приборов и других элементов.
Блоки управления 11, 12, 13 и 14 предназначены для преобразования напряжения питания вспомогательных двигателей соответственно 7, 8, 9 и 10 по заданию центрального блока управления (ЦБУ) 15. Информация от ЦБУ 15 к БУП 11, 12, 13 и 14 передается по интерфейсу, например CAN-интерфейсу. Обратные связи и датчики контролируемых параметров между нагрузкой и БУП на фиг.1 не показаны.
Источник питания системы вспомогательных электроприводов, подключаемый к клеммам 1 или 2 может быть как переменного, так и постоянного тока.
Тип схемы преобразователей 3, 4, 5 и 6 определяется, главным образом, родом тока источника питания системы вспомогательных электроприводов и типом нагрузок. В качестве вспомогательных двигателей 7, 8, 9 и 10 могут
применяться асинхронные, реактивно-индукторные, вентильные и другие двигатели, практически с любым числом фаз.
Структура, количество каналов и тип нагрузок системы вспомогательных электроприводов, представленного на фиг.1 соответствуют для одного из вариантов нагрузок э.п.с. - системы вспомогательных электроприводов секции двухсекционного электровоза переменного тока. В качестве нагрузок - вспомогательных реактивно-индукторных двигателей 7, 8, 9 и 10 применяются: 7 - приводной двигатель компрессора, 8 и 9 - приводные двигатели мотор-вентиляторов охлаждения тяговых двигателей, 10 - двигатель вентилятора охлаждения блока балластных резисторов.
Оборудование системы собственных нужд, также может включать в себя: шкаф питания цепей управления, зарядное устройство, трансформатор и т.п., являющееся также каналами питания нагрузок.
Система вспомогательных электроприводов работает следующим образом.
Питание с клемм 1 и 2 источника питания системы вспомогательных электроприводов подается на преобразователи 3, 4, 5 и 6. Команды с ЦБУ 15 системы вспомогательных электроприводов поступает на БУП 11, 12, 13 и 14, или некоторые из них, по информационным каналам (интерфейсу).
В соответствие с константами и постоянными, заложенными в память ЦБУ 15, режимом работы электроподвижного состава и сигналов датчиков оборудования э.п.с., поступающими в ЦБУ 15, ЦБУ 15 выдает команды БУП 11, 12, 13 и 14 задания значения напряжения и (или) частоты напряжения питания нагрузок системы вспомогательных электроприводов 7, 8, 9 и 10. БУП 11, 12, 13 и 14 реализуют заданные значения по алгоритмам регулирования напряжения и частоты, заложенным в память БУП, с учетом сигналов обратной связи.
Входными сигналами ЦБУ 15 являются сигналы с органов управления э.п.с. (задатчиков) пульта машиниста - в частности, команды на запуск
преобразователей, подготовку преобразователей к работе и отключение преобразователей.
Количество каналов питания нагрузок системы вспомогательных электроприводов может быть различным, в зависимости от типа э.п.с. Каждый из каналов системы вспомогательных электроприводов может питать несколько параллельно подключенных нагрузок. Нагрузкой канала может являться не только вспомогательный двигатель, но и трансформаторы с различным числом фаз первичной и вторичной обмоток. Также система вспомогательных электроприводов может содержать канал питания однофазных нагрузок постоянного или переменного напряжения. Примером такой нагрузки является шкаф питания цепей управления э.п.с.
Таким образом, предлагаемая система вспомогательных электроприводов позволяет:
1) Повысить надежность (помехоустойчивость) работы системы вспомогательных электроприводов за счет сокращения до минимума протяженности силовых и информационных проводов между блоком управления преобразователем и самим преобразователем для питания нагрузок системы вспомогательных электроприводов.
2) Значительно сократить длину проводов, или даже применить короткие шины, соединяющие преобразователи и нагрузки. Применение шин снижает паразитные индуктивности, практически исключает возникновение «стоячей волны», возникающей в гибких проводниках.
Все это расширяет функциональные возможности системы вспомогательных электроприводов.
Дополнительно система вспомогательных электроприводов позволит повысить быстродействие обработки и выдачи сигналов управления, поступающих с блоков управления преобразователями системы вспомогательных электроприводов на управляемые полупроводниковые приборы. При этом повышается эффективность диагностики неисправного канала питания нагрузок системы вспомогательных электроприводов.