УСТРОЙСТВО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ

Заявляемая полезная модель относится к средствам подачи электроэнергии, а именно к вспомогательному оборудованию железнодорожного транспорта, и может быть использована при обслуживании составов пассажирских поездов в пунктах их оборота и формирования.
Известны различные устройства для питания железнодорожных вагонов, содержащие аккумуляторные батареи, заряжаемые через силовой трехфазный выпрямитель от генератора переменного тока с приводом от оси колесной пары вагона (см. например, Егоров В.П. «Электрооборудование пассажирских вагонов» М., Транспорт 1987 г., патент РФ №21041174, МПК B60L 1/00). Если же вагоны находятся в отстое (в пунктах их оборота, формирования и технического обслуживания), аккумуляторные батареи через некоторое время разряжаются, и электроснабжение вагонов нарушается. Также указанные устройства не обеспечивают возможности питания средств техобслуживания (сварочные аппараты, различный электроинструмент) из-за ограничения мощности заряда.
Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является преобразовательное устройство системы электропитания пассажирского вагона по пат. №2326774, МПК В60L 1/12, обеспечивающее заряд аккумуляторов и питание вагонных потребителей постоянного и переменного тока. Преобразовательное устройство содержит схему преобразования переменного трехфазного напряжения 380 В в постоянное напряжение, в состав которой входит цепь гальванической развязки и зарядное устройство, к выходам которого могут подключаться аккумуляторные батареи и вагонные потребители постоянного тока. Кроме того, преобразовательное устройство содержит набор инверторов, обеспечивающих питание потребителей переменного тока от подвагонного генератора, или от высоковольтной поездной магистрали. Известное устройство обладает ограниченными возможностями, так как в условиях длительных стоянок не обеспечивает питание потребителей переменным напряжением 127/220/380 В, и не позволяет менять режимы заряда аккумуляторных батарей в зависимости от типа батарей и температуры.
Решаемая техническая задача- возможность энергоснабжения электрооборудования и технических средств обслуживания вагонов в условиях длительных стоянок от единого устройства с обеспечением оперативной настройки режимов заряда аккумуляторных батарей.
Указанная задача решается тем, что в устройство энергоснабжения оборудования и технических средств обслуживания пассажирских вагонов, содержащее автоматический вводной выключатель и схему преобразования трехфазного переменного напряжения внешней сети в напряжение питания аккумуляторных батарей, подключенную к клеммам потребителей постоянного тока, введен блок индикации и управления, а схема преобразования содержит три цепи преобразования напряжения соответствующей фазы входного трехфазного напряжения в напряжение питания аккумуляторных батарей, причем цепи преобразования объединены с блоком управления и индикации шинным интерфейсом и подключены через соответствующие разъемы к выходным контактам входного разъема и к блоку индикации и управления, однополярные выходы цепей преобразования объединены и соединены с клеммами потребителей постоянного тока.
При этом каждая цепь преобразования содержит последовательно включенные силовой выпрямитель, вход которого является входом цепи преобразования, корректор мощности, генератор высокой частоты, согласующий силовой трансформатор, выпрямитель и выходной фильтр, а также датчик выходного тока и датчик выходного напряжения, подключенные к генератору высокой частоты.
Также выходные контакты каждой фазы входного разъема соединены через устройства защитного отключения и блоки автоматического выключения с выходными клеммами для подключения потребителей переменного напряжения, а объединенные однополярные выходы цепей преобразования соединены с контактами реле через устройство защиты от переполюсовки, включающее реле, катушка которого подключена к блоку управления, диод, включенный между разнополярными выходами, и автоматический выключатель контакторов реле.
Выполнение схемы преобразования на базе трех цепей преобразования напряжения фаз трехфазного напряжения внешней сети переменного тока 380 В позволяет упростить схему, исключив из нее зарядное устройство, используемое в прототипе для регулировки тока и напряжения, и реализовать возможность регулировки режимов заряда аккумуляторных батарей за счет введения блока управления и датчиков тока и напряжения, а также обеспечить энергоснабжение электрооборудования напряжением переменного тока 220 и 380 В через цепи защиты (блоки защитного отключения и блоки автоматического отключения) по фазам входного трехфазного напряжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
Питание от внешней сети трехфазного напряжения 380 В, 50 Гц подается на автоматический вводной выключатель 1. Выходные контакты каждой фазы выключателя 1 соединены через устройства защитного отключения 2, 2 и блоки автоматического отключения 3, 3 с выходными клеммами 4, 4 для подключения потребителей переменного тока 380 В и 220 В. Устройства защитного отключения 2, 2 обеспечивают отключение потребителей при превышении тока утечки опасных для человека величин. Устройства автоматического отключения 3, 3 - отключение при коротком замыкании.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Каждый выходной контакт фазы выключателя 1 подключен также через соответствующий автоматический выключатель 5, 5, 5 к соответствующей цепи преобразования 6, 6, 6, обеспечивающей преобразование напряжения фазы в постоянное напряжение заряда аккумуляторных батарей и питания потребителей постоянного тока. Каждая цепь преобразования 6 содержит выпрямитель 7, корректор мощности 8, генератор высокой частоты 9, согласующий силовой трансформатор 10, выпрямитель 11, выходной фильтр 12, датчик тока 13, датчик напряжения 14, преобразователь интерфейса 15. Блок управления и индикации 16 через шинный интерфейс 17 (RS 485) и преобразователи интерфейса 15 связаны с генераторами высокой частоты 9 каждой цепи преобразования 6. Входы питания блока управления и индикации 16 через автоматические выключатели 5, 5, 5 подключены к выходным контактам выключателя 1. Блок управления и индикации 16 выполнен на базе микропроцессора и обеспечивает возможность задания параметров тока и напряжения, отображения их текущих значений и индикацию состояния аккумуляторных батарей. Объединенные однополярные выходы цепей преобразования 6, 6, 6 являются выходом питания потребителей постоянного тока и аккумуляторных батарей. Для защиты от переполюсовки при неправильном подключении потребителей на выходе устройства включены диод 18, автоматический выключатель 19 и реле 20, катушка 21 которого подключена к блоку управления и индикации 16. Индикация текущих значений выходного напряжения и тока в блоке 16 осуществляется по цепям 22 и 23. Подключение к кабелям внешней сети питания осуществляется через медные шины 24, что позволяет при необходимости подключать к ним несколько аналогичных устройств энергоснабжения.
Устройство работает следующим образом.
1
2
1
2
1
2
При подключении к внешней сети 380 В автоматический выключатель 1 на выходных клеммах 4, и 4 формирует напряжение ~380 В и ~220 В для питания технических средств обслуживания (дрель, сварочный аппарат и т.п.) При повреждении изоляции срабатывает блок защитного отключения 2 или 2, а при коротком замыкании или резком увеличении тока потребления - блок автоматического отключения 3 или 3.
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
3
С блока управления и индикации 16 по интерфейсу 17 оператор задает режимы заряда аккумуляторных батарей, (максимально допустимый ток и напряжение заряда) и подключает через выключатели 5, 5, 5 цепи преобразования 6, 6 к внешней сети 380 В 50 Гц. В каждой цепи преобразования 6, 6, 6 на выходе силового выпрямителя 7 формируется выпрямленное напряжение частотой 100 Гц, которое последовательно корректором мощности 8 преобразуется в постоянное напряжение 400 В, генератором частоты 9 - в импульсное напряжение 400 В частотой 100 кГц, согласующим силовым трансформатором 10 - в напряжение частотой 100 кГц, с амплитудой 200 В, выпрямителем 11 - в постоянное напряжение требуемого диапазона. Выходной фильтр 12 формирует на выходе цепи 6 постоянную составляющую выпрямленного напряжения. Преобразователь интерфейса 15 преобразует цифровые сигналы заданных оператором значений максимального тока и напряжения в аналоговые сигналы управления генератором высокой частоты 9, формирующим выходное напряжение, скорректированное с учетом несущих значений тока и напряжения, данные о которых поступают с датчиков тока и напряжения 13, 14. На объединенных однополярных выходах цепей 6, 6, 6 суммируются токи каждой цепи (~20-25А), что обеспечивает на выходе параметры тока и напряжения для питания аккумуляторных батарей и вагонных потребителей (~70А, 150 В).