МАНЕВРОВЫЙ ЭЛЕКТРОВОЗ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к электрическому подвижному составу железных дорог с индукторными тяговыми двигателями, получающими питание от сети постоянного или переменного тока.
Известны контактно-аккумуляторные маневровые электровозы для работы в черте городов при отсутствии шума и дыма на участках как с постоянным напряжением сети (электровоз серии ВЛ26), так и с переменным (электровоз серии ВЛ41). Силовые цепи этих электровозов содержат токосъемные устройства, тиристорные преобразователи, питаемые либо непосредственно от сети постоянного тока, либо от тягового трансформатора при питании от сети переменного тока, аккумуляторные батареи, которые заряжаются от контактной сети, и питают тяговые двигатели на неэлектрифицированных участках пути. Основной недостаток маневровых контактно-аккумуляторных электровозов - большие потери электроэнергии. (В.А. Раков Локомотивы и мотор-вагонный подвижной состав. М.: Транспорт.1979 г. 213 с.)
Известен, также, маневровый электровоз типа Ее 922, который является экономичным, с точки зрения потребления электроэнергии. Данный электровоз предназначен для работы на электрифицированных участках пути при питании от сети переменного тока.
Силовые цепи такого электровоза содержат тяговый трансформатор, сетевой регулятор, тяговый инвертор, питающий параллельно включенные асинхронные двигатели. (Маневровый электровоз Ее 922 для SBB. Журнал «Железные дороги мира» - 2009 - №12, с.44-46).
Недостатком маневрового электровоза является ограниченный диапазон действия.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, принятому за прототип, является электровоз, содержащий тяговые статические полупроводниковые преобразователи для питания тяговых индукторных двигателей от контактной сети однофазного тока, бортовой преобразователь для питания тяговых индукторных двигателей от источника питания депо, при этом, бортовой преобразователь, со стороны входа, подключен через подкузовную розетку к источнику питания депо, а со стороны выхода - к обмоткам тяговых двигателей через контакты переключателя, который содержит двухпозиционные, перекидные, механически связанные группы контактов, из которых нормально закрытые контакты включены в цепь питания двигателей от источника питания депо, а нормально открытые контакты включены в цепь питания тяговых индукторных двигателей от контактной сети. (Патент на полезную модель RU №54868, МПК B60L 15/04, B60L 9/30 (2006.01).
Недостатком такого электровоза является ограниченный диапазон действия, так как он не может осуществлять технологические операции на участках пути при питании от сети постоянного тока и на неэлектрифицированных участках пути.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение эксплуатационных характеристик маневрового электровоза с индукторными тяговыми двигателями.
Для решения поставленной задачи маневровый электровоз содержит тяговые статические полупроводниковые преобразователи для питания тяговых индукторных двигателей, бортовой преобразователь, переключатель, который содержит двухпозиционные нормально открытые и нормально закрытые механически связанные группы контактов. Кроме того, в отличие от прототипа он дополнительно снабжен сетевым регулятором, вход которого через токоприемник соединен с контактной сетью, а выход через силовые шины соединен с входами статических полупроводниковых преобразователей для питания тяговых индукторных двигателей, а также он дополнительно снабжен накопителем энергии, который через нормально открытые контакты переключателя подключается к силовым шинам, а через нормально закрытые контакты переключателя соединен с первыми выводами бортового преобразователя, вторые выводы которого соединены с силовыми шинами.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение диапазона действия маневрового электровоза, за счет возможности осуществлять технологические операции на участках пути при питании от сети постоянного тока и на неэлектрифицированных участках пути.
Технический результат достигается за счет дополнительного оборудования электровоза сетевым регулятором, который позволяет осуществить энергоснабжение электровоза при смене рода тока в контактной сети, и накопителем энергии, который позволяет осуществить энергоснабжение электровоза в автономном режиме работы. Все это расширяет диапазон действия маневрового электровоза: он может работать как на участках линий электрифицированных на постоянном или переменном токе, так и на станциях, где есть стыки между участками линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, а также - осуществлять технологические операции на неэлектрифицированных участках пути.
На фигуре 1 показана структурная схема системы питания маневрового электровоза. Схема содержит сетевой регулятор 1, вход которого через токоприемник 2 соединен с контактной сетью, а выход соединен через силовые шины 3 с входами статических полупроводниковых преобразователей 4 для питания тяговых индукторных двигателей 5, накопитель энергии 6, который через нормально открытые контакты 7.1 и 7.2 переключателя 7 подключается к силовым шинам 3, а через нормально закрытые контакты 7.3 и 7.4 переключателя 7 соединен с первыми выводами бортового преобразователя 8, вторые выводы которого соединены с силовыми шинами 3.
Работа маневрового электровоза состоит в следующем. В режиме тяги при питании от контактной сети на вход сетевого регулятора 1 через токоприемник 2 подается напряжение контактной сети, при этом автоматически определяется род питающего тока и производится соответствующее изменение структуры силовой схемы. На выходе сетевого регулятора 1 формируется постоянное напряжение, которое по силовым шинам 3 подается на входы тяговых статических полупроводниковых преобразователей 4, питающих реактивные индукторные двигатели 5. Бортовой преобразователь 8, в зависимости от режима работы, осуществляет двунаправленную передачу энергии между устройствами 1, 4, подключенными к силовым шинами 3, и накопителем энергии 6. Переключатель 7, через контакты 7.1-7.4, подключает накопитель энергии 6 либо к бортовому преобразователю 8, либо - к силовым шинам 3. В частности, заряд накопителя энергии 6 от бортового преобразователя 8 производится на стоянке под контактным проводом, а также в режиме тяги, когда тяговые статические полупроводниковые преобразователи 4, питающие тяговые индукторные двигатели 5 потребляют энергию, снимаемую с силовых шин 3, но при этом существует резерв по мощности. В режиме торможения энергия, генерируемая тяговыми индукторными двигателями 5, поступает на силовые шины 3 и через замкнутые контакты 7.1, 7.2 переключателя 7 передается непосредственно в накопитель энергии 6 или в контактную сеть через сетевой регулятор 1 (при полном заряде накопителя энергии 6). Если напряжение на силовых шинах 3 недостаточно для передачи энергии в накопитель 6 непосредственно через замкнутые контакты 7.1, 7.2 переключателя 7, то производится его переключение. При этом накопитель энергии 6 подключается через замкнутые контакты 7.3, 7.4 переключателя 7 к первым выводам бортового преобразователя 8, на которых напряжение, снимаемое с силовых шин 3, повышается до заданного значения. В автономном режиме работы контакт токоприемника 2 с сетью отсутствует, а сетевой регулятор 1 отключен. В режиме тяги предварительно заряженный накопитель энергии 6 через контакты 7.1, 7.2 переключателя 7 подключается к силовым шинам 3 и подает питание на тяговые статические полупроводниковые преобразователи 4, питающие индукторные тяговые двигатели 5. При снижении напряжения на силовых шинах из-за частичного разряда накопителя энергии 6 производится переключение переключателя 7 и накопитель энергии 6 через контакты 7.3, 7.4 подключается к бортовому преобразователю 8, который повышает напряжение, снимаемое с силовых шин 3, до номинального значения, обеспечивая реализацию заданного режима работы маневрового электровоза при частичном разряде накопителя энергии 6. В режиме торможения энергия, генерируемая тяговыми индукторными двигателями 5, поступает на силовые шины 3 и через замкнутые контакты 7.1, 7.2 переключателя 7 передается в накопитель энергии 6. Если напряжение на силовых шинах 3 недостаточно для передачи энергии в накопитель 6 непосредственно через замкнутые контакты 7.1, 7.2 переключателя 7, то производится его переключение. При этом накопитель энергии 6 подключается через замкнутые контакты 7.3, 7.4 переключателя 7 к первым выводам бортового преобразователя 8, на которых напряжение, снимаемое с силовых шин 3, повышается до заданного значения.
Сетевой регулятор может быть выполнен по схеме комбинированного четырехквадрантного выпрямителя-импульсного регулятора постоянного тока (А.В. Вольвич, В.П. Янов. Преобразователи современных тяговых единиц. \\ Электровозостроение: Сб. науч. тр. Всероссийского научно-исследовательского проектно-конструкторского института электровозостроения (ОАО «ВЭлНИИ») - Новочеркасск, 1999. - Т41. - с.72-90, рис.7).
Бортовой преобразователь может быть выполнен по схеме повышающе-понижающего двунаправленного преобразователя постоянного напряжения в постоянное (Остриров В.Н. Разработка серии силовых электронных преобразователей постоянного напряжения. \\ Журнал «Компоненты и технологии» - 2002 - №8, рис.3).
Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения проявляется в повышении эксплуатационных характеристик маневрового электровоза.