УСТРОЙСТВО БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использована в качестве источника бесперебойного питания средств сигнализации, централизованного управления стрелочными переводами, светофорами, а также аппаратуры блокировки движения поездов с резервированием электроэнергии накопителем энергии.
Известно устройство бесперебойного питания компьютера, содержащее корпус, в котором размещены: зарядное устройство, аккумуляторная батарея, инвертор, блок коммутации (устройство управления), фильтр, RU 44006 U1, опубл. 10.02.2005.
Недостатком данного устройства является невысокая надежность ввиду отсутствия дублирования управляющих цепей, что недопустимо при обеспечении питания объектов железнодорожной автоматики и телемеханики.
Известно устройство для обеспечения бесперебойного питания средств железнодорожной автоматики, а именно, электродвигателей стрелочных переводов. Устройство содержит аккумуляторную батарею, инвертор, трансформатор, блок коммутации, выпрямитель, Сороко В.И., Милюков В.А., Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики. Справочник: в 2 кн. М, 2000, кн. 2, с. с. 626-627.
Недостатком данного устройства является отсутствие средств заряда аккумуляторной батареи. Кроме того, оно не обеспечивает питание светофоров и других средств железнодорожной автоматики и телемеханики.
Известно устройство бесперебойного питания объектов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, содержащее корпус, состоящий из трех отсеков; в корпусе размещены: инвертор, аккумуляторные батареи, соединенные с ними водородные топливные элементы блока заряда аккумуляторных батарей, блок контроля наличия напряжения на выходе инвертора, представляющий собой электронное реле (31) напряжения, блок коммутации, содержащий электронные контакторы (22, 23), RU 103426 U1, опубл. 10.04.2011.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Недостатком данного технического решения является его взрыво- и пожароопасность ввиду наличия водородных топливных элементов, соединенных с баллонами, содержащими водород, посредством трубопроводов с вентилями. В этом случае утечки водорода, практически, неизбежны, какие-либо средства контроля утечек в устройстве-прототипе отсутствуют. Кроме того, в случае выхода из строя блока (16) заряд аккумуляторных батарей прекращается и инвертор получает питание от батарей до их разряда, после чего инвертор отключается, и питание внешних цепей (32) осуществляется напрямую от внешнего источника (17) электропитания. Таким образом устройство бесперебойного питания теряет функцию обеспечения бесперебойности, и в случае перебоев напряжения от внешнего источника (17) элементы железнодорожной автоматики, телемеханики и связи остаются без электропитания до восстановления блока (16) заряда аккумуляторных батарей.
К числу недостатков прототипа также относится отсутствие выхода постоянного тока, который в настоящее время используется для питания ряда объектов железнодорожной автоматики и телемеханики.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности и безопасности устройства.
Согласно полезной модели устройство бесперебойного питания объектов железнодорожной автоматики и телемеханики, снабженное выходом переменного тока, содержащее корпус, в котором размещены: инвертор, аккумуляторная батарея, блок заряда аккумуляторной батареи, блок контроля наличия напряжения на выходе инвертора, блок коммутации, при этом вход блока заряда аккумуляторной батареи подключен к внешней сети переменного тока, а его выход подключен ко входу-выходу аккумуляторной батареи, который подключен ко входу инвертора, выход которого подключен к первому входу блока коммутации и ко входу блока контроля наличия напряжения на выходе инвертора, выход блока контроля наличия напряжения на выходе инвертора подключен ко второму входу блока коммутации, к третьему входу которого подключена внешняя сеть переменного тока, а выход блока коммутации подключен к выходу переменного тока устройства, дополнительно содержит два параллельно соединенных выпрямителя, входы которых соединены с внешней сетью переменного тока, а выходы соединены со входом-выходом аккумуляторной батареи; устройство может быть снабжено дополнительным блоком контроля наличия напряжения на выходе инвертора, при этом вход дополнительного блока контроля наличия напряжения на выходе инвертора соединен с выходом инвертора, а его выход соединен с четвертым входом блока коммутации; устройство может быть снабжено выходом постоянного тока, соединенным с выходами выпрямителей.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «Новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.
Устройство содержит корпус 1, выполненный из стали, толщина стенок - 1,5 мм. В корпусе 1 размещены инвертор 2, в конкретном примере типа Meanwell TS-3000-224 (Тайвань), аккумуляторная батарея 3, блок 4 заряда аккумуляторной батареи, типа Michael Riedel RPL2410WL (Германия), блок 5 и дополнительный блок 11 контроля наличия напряжения на выходе инвертора 2, представляющие собой реле контроля напряжения РНПП-301 (Россия), блок 6 коммутации, представляющий собой совокупность контакторов типа ABB A75-30-00 (Германия), а также два параллельно соединенных выпрямителя 8, 9 типа Meanwell RSP-3000-24 (Тайвань). Вход блока 4 заряда аккумуляторной батареи подключен к внешней сети переменного тока через клеммный вход 15, а его выход подключен ко входу-выходу аккумуляторной батареи 3, который подключен ко входу инвертора 2; выход инвертора 2 подключен к первому входу блока 6 коммутации и ко входу блока 5 контроля наличия напряжения на выходе инвертора 2; выход блока 5 контроля наличия напряжения на выходе инвертора 2 подключен ко второму входу блока 6 коммутации, к третьему входу которого подключена внешняя сеть переменного тока, а выход блока 6 коммутации подключен к клеммному выходу 7 переменного тока устройства. Входы выпрямителей 8, 9 соединены с внешней сетью переменного тока через блоки 12, 13 защиты, представляющие собой автоматические выключатели, а выходы выпрямителей 8, 9 соединены со входом-выходом аккумуляторной батареи 3 через силовой диод 16, в конкретном примере Д132-250-16. При этом диод 16 включен таким образом, что ток от аккумуляторной батареи проходит ко входу инвертора 2 и не проходит к ней от выпрямителей 8, 9. Вход дополнительного блока 11 контроля наличия напряжения на выходе инвертора 2 соединен с выходом инвертора 2, а его выход соединен с четвертым входом блока 6 коммутации. Устройство снабжено выходом 10 постоянного тока, соединенным с выходами выпрямителей 8, 9 через блок 14 защиты, представляющий собой автоматический выключатель.
Устройство работает следующим образом.
В нормальной ситуации на клеммный вход 15 подается синусоидальное напряжение внешней сети. Через блоки 12, 13 защиты напряжение подается на входы выпрямителей 8 и 9, соответственно. Выпрямители преобразуют переменное синусоидальное напряжение в постоянное напряжение, которое подается на вход инвертора 2. Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное синусоидальное, которое с выхода инвертора 2 подается на первый вход блока 6 коммутации. Качество напряжения на выходе инвертора 2 контролируется блоком 5 и дополнительным блоком 11 контроля напряжения, которые в случае, если напряжение соответствует норме, включают контакторы блока 6 коммутации. При этом инвертор 2 через блок 6 коммутации подключается к клеммному выходу 7, через который осуществляется питание приборов и устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. От клеммного выхода 10 постоянного тока получают питание элементы железнодорожной автоматики и телемеханики, работающие на постоянном токе, в частности, релейные блоки, устройства резервного питания и др. Блок заряда аккумуляторной батареи 4 получает питание от клеммного входа 15 устройства и осуществляет постоянный подзаряд аккумуляторной батареи 3. В случае, когда напряжение внешней сети пропадает, выпрямители 8, 9 и блок 4 заряда аккумуляторной батареи 3 обесточиваются, напряжение на вход инвертора 2 подается со входа-выхода аккумуляторной батареи 3. Инвертор 2 преобразует постоянное напряжение в переменное синусоидальное, которое с выхода инвертора 2 подается на первый вход блока 6 коммутации. Качество напряжения на выходе инвертора 2 так же, как и в нормальной ситуации, контролируется блоками 5, 11 контроля напряжения. Со входа-выхода аккумуляторной батареи 3 напряжение постоянного тока подается через блок 14 защиты к клеммному выходу 10 устройства, от которого получают питание нагрузки постоянного тока железнодорожной автоматики и телемеханики. В случае когда при наличии напряжения внешней сети на клеммном входе 15 блоки 5, 11 контроля напряжения фиксируют пропадание напряжения на выходе инвертора 2 или отклонение его от нормы, блоки 5, 11 включают контакторы блока 6 коммутации, при этом третий вход блока 6 коммутации подключается к клеммному выходу 7. Таким образом напряжение внешней сети поступает на клеммный выход 7 устройства и нагрузки переменного тока железнодорожной автоматики и телемеханики получают питание напрямую от внешней сети. При неисправности одного из блоков 5, 11 контакторы блока 6 включаются одним исправным блоком 5 или 11. Таким образом, повышается надежность работы устройства за счет наличия дополнительного блока контроля напряжения.
Благодаря наличию двух параллельно соединенных выпрямителей, входы которых соединены с внешней сетью переменного тока, а выходы через силовой диод 16 соединены со входом-выходом аккумуляторной батареи 3, достигается технический результат, состоящий в том, что питание инвертора 2 осуществляется также и в случае выхода из строя зарядного устройства. При этом инвертор не отключается, как это имеет место после разряда батарей в устройстве-прототипе, а получает питание от выпрямителей, что позволяет сохранить функцию обеспечения бесперебойного питания железнодорожной автоматики и телемеханики. Таким образом существенно повышается функциональная надежность устройства. Кроме того, уменьшается взрыво- и пожароопасность устройства ввиду исключения водородных топливных элементов.
Опытный образец устройства изготовлен и испытан в ЗАО «АТИС», Санкт-Петербург. Опытная эксплуатация устройства будет осуществлена в 2014 году на станции Верево Октябрьской железной дороги ОАО «Российские железные дороги».