СИСТЕМА РЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
SYSTEM OF RAIL VEHICLES

Изобретение относится к системе рельсовых транспортных средств (железнодорожный состав) с набором вагонов, которые предусмотрены для перевозки пассажиров, причем набор имеет два головных вагона, по меньшей мере один безмоторный промежуточный вагон и, по меньшей мере один выполненный в виде моторного вагона промежуточный вагон по меньшей мере с одним узлом привода.
В современных конструкциях мотор-вагонных поездов широко распространена тяга, которая осуществляется посредством расположенного по меньшей мере в одном промежуточном вагоне привода. Таким образом, в системе рельсовых транспортных средств могут иметься различия между безмоторными промежуточными вагонами и снабженными приводом промежуточными вагонами, также называемыми моторными вагонами. В отношении подачи мощности на привод моторного вагона применяется принцип распределенной тяги, который состоит в том, что требуемые для осуществления привода компоненты тягового и высоковольтного оборудования распределены по нескольким вагонам в составе поезда.
Это имеет недостаток, состоящий в том, что линейное изменение мощности тяги может быть достигнуто лишь за счет регулировки нескольких вагонов.
В основе изобретения лежит задача, состоящая в том, чтобы обеспечить повышенную гибкость в компоновке системы рельсовых транспортных средств, в частности в отношении улучшенной возможности линейного изменения мощности тяги.
Для этого предлагается, чтобы моторный вагон содержал предусмотренный для узла привода узел энергоснабжения, который имеет по меньшей мере один узел преобразователя напряжения и узел преобразователя тока. Благодаря этому компоненты узла энергоснабжения, которые являются обязательными для функционирования узла привода, могут быть сосредоточены в моторном вагоне. Таким образом, за счет добавления или удаления моторного вагона в предлагаемом конструктивном исполнении мощность тяги может быть отрегулирована лучше, чем в случае распределенной тяги, благодаря чему могут быть достигнуты особенно широкие возможности линейного изменения мощности тяги. Благодаря использованию в системе рельсовых транспортных средств нескольких моторных вагонов, в случае избыточности существенная часть имеющейся мощности может быть сохранена, причем предписанные требования (в частности, сформулированные как международные нормы) могут быть соблюдены в полной мере. В особенно предпочтительном случае несколько моторных вагонов могут быть установлены последовательно друг за другом.
За счет сосредоточения необходимых для узла привода моторного вагона компонентов в этом моторном вагоне может быть, кроме того, повышена гибкость в использовании безмоторных вагонов, поскольку они - в противоположность принципу распределенной тяги - предпочтительно не содержат таких компонентов. Благодаря гибкому использованию безмоторных вагонов может быть обеспечена возможность широкого выбора в отношении длины состава (поезда).
Под «узлом энергоснабжения» для узла привода предпочтительно следует понимать узел, который предусмотрен для того, чтобы обеспечивать снабжение узла привода необходимой для его функционирования, в частности, переменной мощностью. Для этого узел энергоснабжения имеет узел преобразователя тока, который служит для регулирования свойств, таких как, в частности, частота и/или напряжение электрического тока в зависимости от требуемой мощности узла привода. Известные из уровня техники конструктивные исполнения основываются на использовании силовых компонентов с полупроводниковыми переключателями, в частности транзисторами, такими как, например, биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ), причем эти полупроводниковые переключатели управляются в соответствии с заданной стратегией переключения, которая определяется выдаваемой мощностью. Для преобразования высокого электрического напряжения в подходящее для функционирования узла преобразователя тока напряжения узел энергоснабжения имеет узел преобразователя напряжения. Узел преобразователя напряжения служит, в частности, для того чтобы преобразовывать получаемое из внешней сети энергоснабжения через токосъемник высокое напряжение в низкое напряжение. Узел преобразователя напряжения может быть выполнен, например, в виде трансформатора.
Кроме того, предлагается, что система рельсовых транспортных средств имеет устройство управления, а моторный вагон имеет интерфейс управления, посредством которого осуществляется связь с устройством управления, и интерфейс энергоснабжения, посредством которого осуществляется соединение с расположенной на железнодорожной линии сети энергоснабжения, причем узел привода за счет взаимодействия узла энергоснабжения с интерфейсом управления и интерфейсом энергоснабжения может быть автономным образом приведен в действие. Благодаря этому функционирование узла привода предпочтительно зависит исключительно от связи с устройством управления посредством интерфейса управления, от подачи электроэнергии через интерфейс энергоснабжения и от локального узла энергоснабжения. Это ограничение предпочтительно имеет место лишь в отношении подачи выдаваемой мощности, причем в моторном вагоне могут быть равным образом предусмотрены другие интерфейсы, как, например, интерфейс системы торможения, которые, тем не менее, не имеют отношения к получаемой мощности.
В эквивалентной формулировке узел привода в отношении своего функционирования является независимым от других силовых компонентов, которые расположены вне моторного вагона. За счет этого привод снабжаемого электроэнергией и управляющими сигналами моторного вагона может осуществляться независимо от использования других промежуточных вагонов. Это может быть достигнуто за счет соединения моторного вагона лишь со снабженным устройством управления головным вагоном.
Устройство управления предпочтительно предусмотрено, по меньшей мере, для того чтобы осуществлять управление узлом привода в зависимости от команд управления, которые подаются машинистом транспортного средства. Для этого оно целесообразно имеет интерфейс, который соединен с расположенным в головном вагоне устройством управления, например пультом управления. Кроме того, узел управления предпочтительно предусмотрен для того, чтобы автоматически вырабатывать команды управления для узла привода. Это может осуществляться предпочтительно в соответствии с правилами техники безопасности, например, для вынуждения торможения, и/или при обработке устройством управления поступаемых со стороны железнодорожной линии сигналов воздействия.
В следующем варианте осуществления системы рельсовых транспортных средств предлагается, что головные вагоны являются безмоторными.
Кроме того, функциональность моторного вагона может быть предпочтительно расширена за счет того, что моторный вагон имеет преобразователь, который предусмотрен для подачи вспомогательной рабочей мощности. Под «вспомогательной рабочей мощностью» следует понимать, в частности, мощность для функционирования электрических потребителей моторного вагона и/или по меньшей мере одного другого вагона системы рельсовых транспортных средств, которые отличны от узла привода.
Для увеличения резерва узла привода предлагается, что узел привода имеет по меньшей мере два приводных двигателя и предусмотрен преобразователь тока узла преобразователя тока для энергоснабжения по меньшей мере двух приводных двигателей.
В следующем варианте осуществления системы рельсовых транспортных средств предлагается, что узел привода имеет несколько приводных двигателей, причем количество приводных двигателей соответствует количеству осей моторного вагона. При этом пара приводных двигателей предпочтительно соответствует соответственно паре приводных осей ходовой тележки.
Кроме того, предлагается, что вагоны имеют соответственно участок линии, причем участки линии вместе образуют соединяемую с расположенной на железнодорожной линии сетью энергоснабжения проходящую по всему составу высоковольтную линию, а моторный вагон имеет по меньшей мере один выключатель, который предусмотрен для разъемного соединения узла энергоснабжения с высоковольтной линией. За счет этого конструктивно простым способом может осуществляться соединение или отсоединение моторных вагонов с или от высоковольтной линии энергоснабжения всей системы рельсовых транспортных средств. В случае неисправности узла привода моторного вагона он может быть легко отсоединен от высоковольтной линии энергоснабжения без возникновения какого-либо обратного действия на остальные вагоны.
Пример осуществления изобретения разъясняется при помощи фиг.1.
На фиг.1 схематически представлен вид сбоку, выполненной в виде мотор-вагонного поезда системы 10 рельсовых транспортных средств. Она содержит состав соединенных друг с другом вагонов 12.1-12.7, которые предусмотрены соответственно для перевозки пассажиров и для этого имеют соответственно помещение 13 для пассажиров. Количество вагонов 12 системы 10 рельсовых транспортных средств является примерным, причем является возможным большее или меньшее количество (вагонов).
Состав имеет два головных вагона 12.1 и 12.7, между которыми расположены промежуточные вагоны 12.2-12.6. В головных вагонах 12.1, 12.7 соответственно расположено предусмотренное для осуществления управления машинистом транспортного средства устройство 14.1 и 14.7 управления, а также батарейный блок 15. Оно (устройство управления) имеет пульт управления (детально не показан), при помощи которого машинист транспортного средства может давать команды управления.
Система 10 рельсовых транспортных средств сдержит два безмоторных промежуточных вагона 12.3 и 12.6, причем головные вагоны 12.1, 12.7 также являются безмоторными. Промежуточные вагоны 12.2, 12.4 и 12.5 снабжены соответственно узлом 16.2, 16.4 и 16.5 привода и называются моторными вагонами. Узлы 16.2, 16.4 и 16.5 привода выполнены, в частности, идентичными и содержат соответственно четыре приводных двигателя 18.a-18.d, которые соответствуют соответственно приводной оси 20.a-20.d соответствующего моторного вагона. Для различения приводных осей и бесприводных осей приводные оси изображены черным цветом. Моторные вагоны 12.2, 12.4 и 12.5 имеют четыре приводные оси 20, в то время как безмоторные промежуточные вагоны 12.3 и 12.6, а также головные вагоны 12.1 и 12.7 снабжены исключительно бесприводными осями.
Узлы 16.2, 16.4 и 16.5 привода схематически показаны под системой 10 рельсовых транспортных средств в виде схемного изображения, причем функциональные блоки схемного изображения сопоставлены различным моторным вагонам при помощи вертикальных штриховых линий. Набор приводных двигателей 18.a-18.d соответственно может быть разделен на две пары, каждая из которых сопоставлена одной из ходовых тележек соответствующего моторного вагона.
Выполненный в виде моторного вагона промежуточный вагон 12.2 имеет узел 22.2 энергоснабжения, который предусмотрен для подачи электрической мощности в узел 16.2 привода. Узел 12.2 энергоснабжения содержит узел 24.2 преобразователя напряжения, который служит для преобразования получаемого из внешней, расположенной на железнодорожной линии сети 26 энергоснабжения высокого напряжения в низкое напряжение, а также узел 28.2 преобразователя тока.
Получение высокого электрического напряжения осуществляется при помощи токосъемника 30.3 и/или 30.5, который расположен на крыше безмоторного промежуточного вагона 12.3 или выполненного в виде моторного вагона промежуточного вагона 12.5. В альтернативном варианте осуществления изобретения является возможным, что промежуточный и/или головной вагон 12 снабжен несколькими токосъемниками 30.
Для отсоединения узла 12.2 энергоснабжения от сети 26 энергоснабжения предусмотрены главные выключатели 32, которые имеются в промежуточном вагоне 12.3 и в выполненном в виде моторного вагона промежуточном вагоне 12.5.
Снабжение всей системы 10 рельсовых транспортных средств высоким напряжением осуществляется при помощи проходящей по всему составу высоковольтной линии 33 (на фиг.1 представлена лишь частично), которая проходит через всю систему 10 рельсовых транспортных средств. Каждый вагон 12.1-12.7 имеет - предпочтительно на крыше вагона - участок 33.1-33.7 линии, причем высоковольтная линия 33 образована за счет соединения монтажа системы 10 рельсовых транспортных средств, то есть за счет соединения вагонов 12.1-12.7 и, следовательно, участков 33.1-33.7 линии друг с другом. При этом главные выключатели 32 представляют собой место сопряжения между сетью 26 энергоснабжения и высоковольтной линией 33.
Моторный вагон 12.2 имеет интерфейс 31.2 энергоснабжения, который служит для осуществления соединения узла 22.2 энергоснабжения с сетью 26 энергоснабжения. При этом интерфейс 31.2 энергоснабжения содержит выключатель 35.2, посредством которого моторный вагон 12.2 может быть подсоединен к высоковольтной линии 33 и, таким образом, к сети 26 энергоснабжения, или отсоединен от этих элементов. В случае неисправности моторный вагон 12.2 может быть отсоединен от высоковольтной линии 33 без возникновения негативных последствий для остальных вагонов 12 системы рельсовых транспортных средств.
Узел 28.2 преобразователя тока имеет первый преобразователь 34 тока и второй преобразователь 36 тока. Первый преобразователь 34 тока предусмотрен для снабжения первой пары приводных двигателей 18.a, 18.b, в то время как второй преобразователь 36 тока сопоставлен второй паре приводных двигателей 18.c, 18.d. При необходимости, например при выходе из строя второго преобразователя 36 тока, первый преобразователь 34 тока может быть сопоставлен второй паре приводных двигателей 18.c, 18.d. Это также относится соответственно и к второму преобразователю 36 тока, который может быть сопоставлен первой паре приводных двигателей 18.a, 18.b.
Система 10 рельсовых транспортных средств имеет по меньшей мере одно устройство 37 управления, которое, в частности, предусмотрено для распределения по всему составу команд управления для функционирования узлов 16 привода, в частности узла 16.2 привода. При этом выполненный в виде моторного вагона промежуточный вагон 12.2 имеет интерфейс 38.2 управления, посредством которого узел 22.2 энергоснабжения соединен с устройством 37 управления. Это осуществляется при помощи проходящей по всему составу линии 40 управления, которая, например, соответствует магистральной шине транспортного средства, которая соединяет устройство 37 управления с интерфейсом 38.2 управления моторного вагона. Может быть предусмотрено - как примерно показано на чертеже - несколько устройств 37 управления. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения устройства 37 управления расположены соответственно в головных вагонах 12.1, 12.7. Устройства 37 управления посредством линии 40 управления соединены, соответственно, с устройствами 14.1 или 14.7 управления, за счет чего команды управления машиниста транспортного средства через устройство 37 управления и линию 40 управления подаются в узел 16.2 привода через интерфейс 38.2 управления. Кроме того, устройство 37 управления соединено с устройством для осуществления содействия машинисту (детально не показано), которое принимает и обрабатывает команды управления расположенной на железнодорожной линии системы воздействия.
Узел 16.2 привода моторного вагона при помощи узла 22.2 энергоснабжения может быть полностью автономно приведен в действие, поскольку все компоненты узла 22.2 энергоснабжения, которые необходимы для функционирования узла 16.2 привода, расположены исключительно локально в моторном вагоне. При этом эти компоненты управляются при помощи сигналов управления, которые подаются устройством 37 управления и передаются через проходящую по всему составу линию 40 управления, а также через интерфейс 38.2 на узел 22.2 энергоснабжения, и они снабжаются электроэнергией, поступающей через интерфейс 31.2 энергоснабжения.
Кроме того, моторный вагон имеет другой преобразователь 42.2 тока, который предусмотрен для подачи вспомогательной рабочей мощности. Эта вспомогательная рабочая мощность служит для обеспечения функционирования отличных от узла 16.2 привода электрических потребителей, таких как, например, холодильных агрегатов, которые подключены к так называемой бортовой сети.
Узел 22.2 энергоснабжения с узлом 24.2 преобразователя напряжения и узлом 28.2 преобразователя тока, а также другие выключатели 42.2 расположены в моторном вагоне под полом.
Выполненные в виде моторных вагонов промежуточные вагоны 12.4 и 12.5 выполнены  в отношении конструкции и управления узлов 22.4, 22.5 энергоснабжения идентично промежуточному вагону 12.2, так что во избежание ненужного повторения в этом отношении следует сослаться на приведенное выше описание. За счет добавления или удаления моторных вагонов, конструктивное исполнение которых соответствует конструктивному исполнению промежуточного вагона 12.2, мощность тяги системы 10 рельсовых транспортных средств может быть линейно изменена особенно простым образом.