УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ С ИНВЕРТОРОМ ДЛЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области энергетики и электротехники, в частности к устройствам для преобразования электромеханической энергии в электрическую, и может быть использовано в качестве источника электроснабжения в системах электропитания автономных электроэнергетических комплексах.
Система электропитания, являясь одной из основных частей автономных объектов, определяет их надежность, эффективность, ремонтопригодность и сроки активного функционирования.
Перспективным направлением является разработка и внедрение энергетических установок на основе системы автономного электроснабжения (САЭ) с генераторно-приводной установкой от оси колесной пары тележки подвижного состава.
Известна система автономного электроснабжения железнодорожных грузовых вагонов и/или платформ от оси колесной пары (патент RU 130557 U1). Рефрижераторный подвижной состав и платформы для перевозки рефрижераторных контейнеров должны иметь источник электроснабжения, которым может являться подвагонный генератор, обеспечивающий возможность автономного электроснабжения платформ или вагонов при прохождении прямых и криволинейных участков пути, а также отключение привода при порожних пробегах.
Известны также генераторно-приводные установки для трехэлементных грузовых тележек фитинговых платформ (Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, №5, 2014 г.). В состав САЭ входит синхронный трехфазный генератор и преобразователь частоты, обеспечивающие работу двух стандартных холодильных модулей общей электрической мощностью 16 кВт во всем скоростном диапазоне движения платформы от 30 до 120 км/час.
Известны системы МИКРОГЭС со статическим преобразователем частоты (Журнал «Современные проблемы науки и образования», №6, 2014 г.). К основным показателям качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 относятся параметры выходного напряжения, характеризуемые номинальной величиной и частотой. Поэтому, важнейшим элементом САЭ является система стабилизации, обеспечивающая статически устойчивый режим работы системы и стабилизацию выходного напряжения.
Задачей представленной полезной модели является обеспечение динамической устойчивость системы при переходных режимах, возникающих при скачках нагрузки.
Техническим результатом является повышение эффективности установки и стабильности напряжения на шине переменного тока нагрузок.
Поставленный технический результат достигается тем, что напряжение синхронного генератора (СГ) нестабильной частоты поступает на вход инверторного преобразователя частоты (ПЧ), выход которого через фильтр высших гармоник (ФВГ) питает стабильным напряжением блок коммутации нагрузок (БКН) (рефрижераторов). Синхронность работы генератора на общей шине переменного тока и покрытие редких пиковых потреблений мощности обеспечивается за счет аккумуляторной батареи (АБ), подключенной к блоку питания собственных нужд (БПСН). При накоплении излишней генерируемой энергии через зарядное устройство (ЗУ) происходит подзаряд аккумулятора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
Признаки и преимущества настоящего технического решения станут очевидными из приводимого ниже подробного описания и прилагаемого чертежа, на котором изображена структурная схема устройства (рис. 1).
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
GF1...GF4 - автоматические выключатели;
1. Сеть;
2. БПСН - блок питания собственных нужд;
3. СГ - синхронный генератор;
4. ОВ - обмотка возбуждения генератора с контактными кольцами;
5. БРВ - блок регулятора возбуждения;
6. БК - блок коммутации;
7. БРБН - блок регулированных балластных нагрузок;
8. ПЧ - блок преобразователя частоты;
9. ФВГ - фильтр высших гармоник;
10. БП - цепь байпаса;
11. БКН - блок коммутации нагрузки;
12. КГ - контактор генератора;
13. АБ - аккумуляторная батарея;
14. ЗУ - зарядное устройство;
15. К - контроллер системы управления;
16. ИУШ - измерительно-управляющая шина контроллера;
17. Н - нагреватель;
18. В - вентилятор.
Описываемое Устройство стабилизации напряжения с преобразователем частоты имеет три режима работы:
режим питания от синхронного генератора;
режим питания от внешней промышленной трехфазной сети 380 В, 50 Гц;
режим питания по цепи байпас.
Режим питания от подвагонного синхронного генератора с приводом от оси колесной пары является основным и используется во время движения платформы. При этом автоматические выключатели GF2 и GF4 включены, a GF1 GF3 выключены. В начальный момент напряжение от сети поступает на блок питания собственных нужд (БПСН) 2 и обеспечивает питание постоянным напряжением +110 В блока регулятора возбуждения (БРВ) 5. После начала движения платформы сеть 1 размыкается и напряжение +110 В на выходе БПСН поддерживается энергией аккумуляторной батареи (АБ) 13. Если состав набирает скорость и в течение установленного времени скорость не падает, то включается контактор генератора (КГ) 12, подключая генератор на вход преобразователя частоты (ПЧ) 8. Фильтр высших гармоник (ФВГ) 9 позволяет исключить высокочастотные гармоники порядка 5, 7, 11 от основной гармоники 50 Гц на выходе преобразователя, обеспечивая суммарный коэффициент гармоник в выходном напряжении не более 5%. Во всех режимах работы напряжение поступает на блок питания собственных нужд (БПСН) 2, который на стоянке при питании от сети обеспечивает заряд аккумуляторной батареи (АБ) 13 через зарядное устройство (ЗУ) 14 и питание контроллера (К) 15, При движении состава питание блока питания собственных нужд (БПСН) 2 поддерживается переменным выходным напряжением генератора (СГ) 3 380 В через замкнутый автомат (GF4). Блок регулируемых балластных нагрузок (БРБН) 7 (нагреватель 17 и вентилятор 18) питается от БПСН 2 постоянным напряжением + 110 В. Блок коммутации нагрузок (БКН) 11 обеспечивает поочередное или совместное подключение через свои контакторы рефрижераторов (холодильные модули). При включении первого контактора производится измерение мощности, потребляемой одним рефрижератором. Затем первый холодильный модуль отключается, включается второй и также происходит замер потребляемой мощности. Если суммарная мощность потребления не превышает мощность на выходе преобразователя частоты, то включаются оба рефрижератора, если превышает - рефрижераторы включаются поочередно. Блок регулирования возбуждения (БРВ) 5, меняя ток в обмотке возбуждения (ОВ) 4, поддерживает напряжение на выходе генератора с заданной точностью во всем диапазоне скорости состава.
Режим питания от внешней трехфазной сети используется при длительных стоянках платформы. Этот режим активируется включением автоматов GF2 и GF3 при этом автоматы GF1, GF4 должны быть выключены. Блок коммутации (БК) 6 подключает питание сети 1 на вход преобразователя частоты (ПЧ) 8 для проверки работоспособности преобразователя на стоянке.
В режиме байпас нагрузка подключается к внешней сети автоматом GF1 без подключения к преобразователю частоты (ПЧ) 8. При этом автоматы GF3, GF4 должны быть выключены.
Контроллер (К) 15 системы управления устройства со своей измерительно-управляющей шиной (ИУШ) 16 обеспечивает необходимый алгоритм работы устройства.