СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относиться к области электротехники и может быть использована в качестве системы электроснабжения постоянного тока на стационарных и подвижных объектах.
Известна система электроснабжения постоянного тока, содержащая последовательно включенную сеть, шины переменного тока, выпрямительное устройство, зарядные шины постоянного тока к которым параллельно подключены аккумуляторные батареи: заряженные, и разряжаемые, соединенные с разрядными шинами постоянного тока, к которым подключены потребители [1]. В данной системе применена дублированная схема питания потребителей, она проста и технологична, поэтому ее применяют на многих объектах электрического железнодорожного транспорта, однако большое число батарей приводит к громоздкости, поэтому для их установки требуется специальные помещения. Кроме того, параллельная работа большого числа выпрямительных устройств предопределяет необходимость учета уравнительных токов. Помимо указанных недостатков можно отметить еще один, сущность которого сводится к попаданию помех, создаваемых сетью на разрядные шины постоянного тока и в цели подключения потребителей, что приводит к перенапряжению, пробою изоляции, пробою переходов в полупроводниковых приборах. Указанные недостатки ограничивают область применения системы в различных отраслях техники.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является система электропитания постоянного тока, содержащая шины переменного тока, выпрямительное устройство, зарядные шины, первый коммутатор цепи, содержащий полупроводниковый диод, аккумуляторную батарею, вентильный двигатель, общий вал, вентильный
генератор, разрядные шины и второй коммутатор цепи, содержащий полупроводниковый диод, при этом шины переменного тока, выпрямительное устройство и зарядные шины соединены между собой последовательно, аккумуляторная батарея соединена с зарядными шинами посредством первого коммутатора цепи, а с вентильным генератором - с помощью второго коммутатора цепи, причем первый выход упомянутого генератора соединен с разрядными шинами, вентильный двигатель подключен к зарядным шинам, а указанные двигатель и генератор соединены между собой общим валом. Назначения элементов схемы системы: шины переменного тока являются основным источником электрической энергии, выпрямительное устройство выполняет функции преобразования тока и зарядного устройства при настройках и наладках системы, зарядные шины являются источником электрической энергии для вентильного двигателя в основном режиме работы и их напряжение используется для зарядки аккумуляторной батареи перед началом работы системы, коммутатор цепи является бесконтактным, не позволяющим производить разряд аккумуляторной батареи при наличии напряжения на шинах. Вентильный двигатель является первичным двигателем вентильного генератора передающий вращение посредством общего вала, вентильный генератор предназначен для обеспечения разрядных шин, напряжением в основном режиме работы, а также для обеспечения подзаряда аккумуляторной батареи, который осуществляется с помощью диода второго коммутатора цепи. Данная система отличается простотой построения, бесперебойностью электроснабжения и значительным ресурсом работы, однако ей свойственны и недостатки, основными из которых является низкая стабильность напряжения питания потребителей особой и первой категории.
Технический результат полезной модели заключается в повышении стабильности напряжения на шинах.
Требуемый технический результат достигается тем, что в систему электроснабжения постоянного тока, содержащую сеть, выпрямительное
устройство, аккумуляторную батарею, коммутатор цепи, содержащий диод, промежуточные шины постоянного тока, вентильный двигатель, объединенный общим валом с вентильным генератором и основные шины постоянного тока, причем вход выпрямительного устройства подключен к сети, а выход - к промежуточным шинам постоянного тока, плюсовой вывод аккумуляторной батареи соединен с соответствующей шиной промежуточных шин постоянного тока через коммутатор цепи, а минусовой вывод - непосредственно, вентильный двигатель соединен общим валом с вентильным генератором, подключенным выходом к основным шинам постоянного тока, введен непрерывный последовательный стабилизатор постоянного тока, содержащий регулирующий элемент, выход которого соединен с вентильным двигателем, а вход - с промежуточными шинами постоянного тока, усилитель постоянного тока и измерительный элемент, содержащий устройство сравнения и источник опорного напряжения, при этом вход измерительного элемента подключен к основным шинам постоянного тока, а его выход соединен с входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом управления регулирующего элемента, причем первый вход устройства сравнения подключен к основным шинам постоянного тока, а источник опорного напряжения подключен ко второму входу устройства сравнения.
На чертеже представлена структурная схема системы электроснабжения постоянного тока.
Система электроснабжения содержит сеть 1, выпрямительное устройство 2, аккумуляторную батарею 3, коммутатор цепи, содержащий диод 4, промежуточные шины постоянного тока 5, непрерывный последовательный стабилизатор постоянного тока 6, содержащий регулирующий элемент 6-1, усилитель постоянного тока 6-2 и измерительный элемент 6-3, содержащий устройство сравнения 6-4 и источник опорного напряжения 6-5, вентильный двигатель 7, объединенный
общим валом (не обозначен) с вентильным генератором 8 и основные шины постоянного тока 9, причем вход выпрямительного устройства 2 подключен к сети 1, а выход - к промежуточным шинам постоянного тока 5, плюсовой вывод (не обозначен) аккумуляторной батареи соединен с соответствующей шиной промежуточных шин постоянного тока 5 через коммутатор цепи 4, а минусовой вывод (не обозначен) - непосредственно регулирующий элемент 6-1 непрерывного последовательного стабилизатора постоянного тока 6 подключен входом к промежуточным шинам постоянного тока 5, причем его выход (не обозначен) соединен с входом (не обозначен) вентильного двигателя 7, который с помощью общего вала (не обозначен) механически соединен с вентильным генератором 8, соединенным с основными шинами постоянного тока 9. Регулирующий элемент 6-1 соединен входом управления с выходом усилителя постоянного тока 6-2, вход которого подключен к выходу устройства сравнения 6-4, первый вход которого подключен к основным шинам постоянного тока 9, при этом источник опорного напряжения 6-5 подключен ко второму входу устройства сравнения 6-4. Все элементы схемы серийно выпускаются отечественной промышленностью, при этом схема непрерывного последовательного стабилизатора 6 постоянного тока подробно описана в [3].
Система электроснабжения постоянного тока работает следующим образом.
з
РЭ
ВД
При наличии напряжения в сети 1 оно поступает на вход выпрямительного устройства 2, где преобразуется в постоянное и на промежуточных шинах постоянного тока 5 появляется напряжение заданного качества U. Ввиду того, что оно по величине больше напряжения аккумуляторной батареи 3, то диод-коммутатор цепи 4 будет закрыт, и аккумуляторная батарея не будет разряжаться. Ввиду того, что регулирующий элемент 6-1 представляет собой некоторое управляемое сопротивление, то на нем появляется падение напряжения Ц и на входе вентильного двигателя 7 появится напряжение U, равное
РЭ
Под действием указанного напряжения вентильный двигатель 7 начнет вращаться, а вентильный генератор 8 будет выдавать ЭДС, под действием которой на основных шинах постоянного тока 9 появляется напряжение для питания потребителей. При изменении напряжения на основных шинах постоянного тока 9 измерительный элемент 6-3 выдает сигнал рассогласования, который формируется на устройстве сравнения 6-4 с помощью источника опорного напряжения 6-5. Сигнал измерительного элемента 6-3 усиливается в усилителе постоянного тока 6-2 и поступает на регулирующий элемент 6-1. В зависимости от знака рассогласования и его величины регулирующий элемент 6-1 обеспечивает такое изменение падения напряжения U при котором изменится напряжение питания вентильного двигателя 7 в нужную сторону. Частота вращения вала двигателя 7 будет соответствовать номинальному значению напряжения на основных шинах постоянного тока 9 и сигнал рассогласования измерительного элемента 6-3 станет равным нулю.
Таким образом, введение непрерывного последовательного стабилизатора постоянного тока позволяет обеспечить необходимую стабильность напряжения питания потребителей особой и первой категории.
Источники, принятые во внимание
[1]. Багуц В.П., Ковалев Н.П., Костроминов A.M. Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. М., Транспорт, стр.31, рис.2.2.
[2]. Патент на полезную модель №62747 от 23.11.2006//Система электроснабжения постоянного тока//Кириллов Н.П., Мельников ИВ., Катаржин А.В., заявка №2006141373/22.
[3]. Источники электропитания РЭА. Справочник. Под ред. Г.С.Найвельта М, Радио и связь, 1986, стр.29, рис.1.4.