УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ВАГОНА ОТ ВНЕШНЕЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электрооборудованию транспортных средств, конкретно железнодорожных пассажирских вагонов, и предназначена для подачи электроэнергии от внешней сети переменного тока к вспомогательному оборудованию вагона.
Уровень техники
Известно устройство для подключения вагона к внешней сети ~380 В, 50 Гц [1], содержащее вводной разъем, трехфазный понижающий трансформатор, первичная обмотка которого имеет несколько отводов подключенных через электромагнитные контакторы и защитный коммутационный аппарат к соответствующим контактам вводного разъема, а вторичная обмотка подключена к трехфазному диодному мосту, выход которого подключен к общим шинам постоянного тока электропотребителей и аккумуляторной батареи вагона, а также аппаратуру ручного управления электромагнитными контакторами.
Поочередное ручное подключение соответствующих отводов первичной обмотки трехфазного понижающего трансформатора к сети ~380 В, 50 Гц обеспечивает ступенчатое изменение напряжения на выходе трехфазного диодного моста для постепенного заряда аккумуляторной батареи вагона.
Недостатком данного устройства является малый срок службы электромагнитных контакторов, которые коммутируют большие пусковые токи в первичной обмотке трехфазного трансформатора.
Сущность полезной модели
В основу полезной модели поставлена задача создания устройства электропитания вагона от внешней сети переменного тока повышенной надежности и долговечности, а также обеспечивающего автоматический заряд аккумуляторной батареи и защиту электропотребителей и источников тока от аварийных ситуаций.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве электропитания вагона от внешней сети, содержащее вводной разъем, трехфазный понижающий трансформатор, первичная обмотка которого через защитно-коммутационный аппарат подключена к соответствующим контактам вводного разъема, согласно полезной модели вторичная обмотка трехфазного понижающего трансформатора имеет несколько отводов, при этом отводы, имеющие одинаковые по величине напряжения подключены к входам соответствующих трехфазных тиристорных (оптотиристорных) мостов, выходы которых соединены параллельно и подключены к общим шинам постоянного тока электропотребителей и аккумуляторной батареи вагона, а также введено устройство управления тиристорами (оптотиристорами) вышеуказанных мостов, к выходам которого подключены элементы управления тиристоров (оптотиристоров).
Кроме того, предусмотрены дополнительные решения по усовершенствованию устройства, а именно:
- трехфазный понижающий трансформатор имеет вторую вторичную обмотку, подключенную через защитно-коммутационную аппаратуру к электродвигателям кондиционера вагона;
- вход питания устройства управления тиристорами (оптотиристорами) мостов подключен к отводам вторичной обмотки трехфазного понижающего трансформатора;
- дополнительно в устройство управления тиристорами (оптотиристорами) мостов введен блок защиты электропотребителей и аккумуляторной батареи от недопустимого повышения напряжения на общих шинах постоянного тока, вход которого подключен к вышеуказанным шинам;
- дополнительно введен датчик тока аккумуляторной батареи, выход которого подключен к входу блока автоматического заряда аккумуляторной батареи, вновь введенного в устройство управления тиристорами (оптотиристорами) мостов;
- дополнительно введен датчик общего тока всех электропотребителей постоянного тока вагона, выход которого подключен к входу блока автоматического заряда аккумуляторной батареи.
Введение отличительных признаков в предлагаемой полезной модели позволяет повысить надежность и долговечность устройства, а также без использования специального разделительного трансформатора обеспечить питание устройства управления тиристорами (оптотиристорами) мостов, автоматизировать процесс заряда аккумуляторной батареи, обеспечить быстродействующую электронную защиту источников тока от токовых перегрузок и защиту электропотребителей вагона от недопустимого повышения напряжения на общих шинах постоянного тока. Кроме этого возможно питание электродвигателей кондиционера вагона, минуя специальные преобразователи постоянного тока в переменный.
Краткое описание чертежа
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Позициями на фиг.1 обозначены:
1 - вводной разъем;
2 - трехфазный понижающий трансформатор (2.1 - первичная обмотка, 2.2 - первая вторичная обмотка с отводами, 2.3 - вторая вторичная обмотка);
3 - защитно-коммутационный аппарат;
4.1, 4.2, 4.3...4.n - трехфазные тиристорные (оптотиристорные) мосты;
5 - электропотребители;
6 - аккумуляторная батарея;
7 - устройство управления тиристорами (оптотиристорами) мостов 4.1, 4.2, 4.3...4.n;
7.1 - вход питания устройства управления тиристорами 7 мостов;
7.2 - блок автоматического заряда аккумуляторной батареи;
7.3 - блок защиты электропотребителей от недопустимого повышения напряжения на общих шинах постоянного тока;
8 - защитно-коммутационная аппаратура электродвигателей;
9 - электродвигатели кондиционера вагона;
10 - датчик тока аккумуляторной батареи 6;
11 - датчик общего тока всех электропотребителей постоянного тока
Лучший вариант осуществления
Устройство электропитания вагона от внешней сети переменного тока состоит из вводного разъема 1, трехфазного понижающего трансформатора 2, первичная обмотка 2.1 которого подключена через защитно-коммутационный аппарат 3 к соответствующим контактам вводного разъема 1, а вторичная обмотка 2.2 имеет несколько отводов, при этом отводы, имеющие одинаковые по величине напряжения, подключены к входам соответствующих трехфазных тиристорных (оптотиристорных) мостов 4.1, 4.2, 4.3...4.n, выходы которых соединены параллельно и подключены к общим шинам постоянного тока электропотребителей 5 и аккумуляторной батареи 6, а также устройства управления тиристорами (оптотиристорами) 7 мостов 4.1, 4.2, 4.3...4.n; вторая вторичная обмотка 2.3 трехфазного понижающего трансформатора 2 подключена через защитно-коммутационную аппаратуру 8 к электродвигателям кондиционера 9 вагона.
Вход питания 7.1 устройства управления тиристорами (оптотиристорами) 7 подключен к отводам вторичной обмотки 2.2 трехфазного понижающего трансформатора 2. Имеется датчик тока 10 аккумуляторной батареи 6 и датчик общего тока 11 электропотребителей постоянного тока, выходы которых подключены к входу блока автоматического заряда 7.2 аккумуляторной батареи 6, входящего в устройство управления тиристорами (оптотиристорами) 7. В устройстве управления тиристорами (оптотиристорами) 7 предусмотрен блок защиты 7.3 электропотребителей 5 от недопустимого повышения напряжения на общих шинах постоянного тока, вход которого подключен к вышеуказанным шинам.
Работа устройства
При подаче напряжения от внешней сети переменного трехфазного тока ~380 В, 50 Гц на контакты вводного разъема 1, оно поступает через защитно-коммутационный аппарат 3 на первичную обмотку 2.1 понижающего трансформатора 2 и трансформируется на его вторичных обмотках 2.2 и 2.3. От вторичной обмотки 2.3 питаются электродвигатели кондиционера 9 вагона через защитно-коммутационную аппаратуру 8.
При ручном управлении зарядом аккумуляторной батареи 6, с помощью устройства управления тиристорами (оптотиристорами) 7 напряжение сначала подается на элементы управления тиристорами (оптотиристорами) моста 4.1, на выходе которого наиболее низкое напряжение. По мере заряда аккумуляторной батареи 6 ее ток снижается и при достижении его определенной величины, включается мост 4.2 (с большим выходным напряжением), после чего управление с тиристоров (оптотиристоров) моста 4.1 снимается и так далее до полного заряда аккумуляторной батареи 6, при этом обеспечивается бесперерывная коммутация ступеней напряжения на выходе мостов 4.1, 4.2, 4.3...4.n.
При автоматическом заряде аккумуляторной батареи 6 переключение мостов 4.1,4.2,4.3...4.n происходим автоматически по сигналам блока автоматического заряда 7.2 аккумуляторной батареи б по информации, получаемой с датчика тока 10 аккумуляторной батареи 6.
При превышении напряжения на общих шинах постоянного тока выше определенной величины, по команде блока защиты 7.3 устройство управления тиристорами (оптотиристорами) 7 снимает управление с тиристоров (оптотиристоров) всех мостов 4.1, 4.2, 4.3...4.n, тем самым, защищая электропотребители 5 от недопустимого превышения напряжения на их входах.
При увеличении общего тока всех потребителей постоянного тока выше допустимого, по сигналу датчика тока 11 и блока автоматического заряда 7.2 аккумуляторной батареи 6 блок управления тиристорами (оптотиристорами) 7 также снимает управление, с тиристоров (оптотиристоров) мостов 4.1, 4.2, 4.3...4.n, защищая их от чрезмерного тока.
При этом возможен вариант, при котором снимается управление со всех мостов, кроме первого 4.1 и, если ток после этого становится нормальным, устройство остается работать в этом режиме, а если ток и в этом случае больше номинального, то отключается и этот мост.
Промышленная применимость
Изготовлен и прошел испытания опытный образец устройства, готовится его серийное производство.
Источники информации
1. Руководство по эксплуатации комплекса электрооборудования Э-12АК Э-12.09.00.00.000 АК РЭ. Приложение Д, листы 20, 21, рис.Д1 (схема электрическая принципиальная), 2004 г., НПЦ "Экспресс", г. Тверь (прототип).