СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА В КАБИНЕ УПРАВЛЕНИЯ ЛОКОМОТИВА
LOCOMOTIVE CABIN AIR CONDITIONING SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе.
Известен комплекс устройств обогрева и кондиционирования воздуха в кабине управления электровозов 2ЭС5К, 2ЭС4К, состоящий из калориферов, нагревательные элементы которых через однополюсные автоматические выключатели и контакты промежуточных реле подключены к трехфазному высоковольтному источнику переменного напряжения локомотива (вторичной обмотке трехфазного трансформатора напряжения), однофазного трансформатора напряжения, первичная обмотка которого через предохранитель подключена к вторичной обмотке трехфазного трансформатора напряжения, плоских нагревательных панелей, нагревательные элементы которых через неуправляемый мостовой выпрямитель, однополюсные автоматические выключатели и силовые контакты двухполюсных контакторов подключены к вторичной обмотке однофазного трансформатора напряжения, преобразующего линейное напряжение трехфазного трансформатора в напряжение требуемой величины, датчика-реле температуры, выходной каскад которого через ряд промежуточных реле воздействует на цепи электропитания нагревательных элементов калориферов, кондиционера, подключенного через предохранители и силовые контакты двухполюсного контактора к вторичной обмотке трехфазного трансформатора напряжения (Электровоз 2ЭС4К. Руководство по эксплуатации. Книга 1. Описание и работа. Электрические схемы. ИДМБ.661141.004РЭ1 (3ТС.000.003 РЭ1) 2006 г., см. с.23-25, с.55-56 (рис.8 и 9). Электровоз 2ЭС5К. Руководство по эксплуатации. Книга 1. Описание, работа, электрические схемы. ИДМБ.661142.009 РЭ1).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению системы обеспечения микроклимата является комплекс устройств обогрева и кондиционирования воздуха. Система обеспечения микроклимата, содержащая кондиционер, подключенный через силовые контакты контактора к трехфазному высоковольтному источнику переменного напряжения локомотива, калориферы, представляющие собой нагревательные элементы, и вентиляторы с приводными двигателями, электрические печи, плоские нагревательные панели, нагревательные элементы которых через автоматические выключатели и силовые контакты контакторов подключены к трехфазному высоковольтному источнику переменного напряжения локомотива, имеет следующие отличия: контактор для подключения кондиционера к трехфазному высоковольтному источнику переменного напряжения локомотива выполнен трехполюсным и система дополнительно снабжена управляемыми трехфазными выпрямителями, тепловой завесой входной двери кабины управления, регулятором напряжения, микропроцессорным блоком, панелью-задатчиком температуры, при этом входные каналы управляемых трехфазных выпрямителей подключены к трехфазному низковольтному источнику переменного напряжения локомотива через силовые контакты трехполюсного контактора, к выходному каналу одного из управляемых трехфазных выпрямителей через контакты двухполюсного автоматического выключателя подключены нагревательные элементы дополнительно введенной тепловой завесы входной двери кабины управления, к выходному каналу другого управляемого трехфазного выпрямителя через контакты двухполюсного автоматического выключателя подключены нагревательные элементы калориферов, к выходному каналу третьего управляемого трехфазного выпрямителя через контакты двухполюсного автоматического выключателя подключены нагревательные элементы электрических печей, к выходному каналу четвертого управляемого трехфазного выпрямителя через контакты двухполюсного автоматического выключателя подключены нагревательные элементы плоских нагревательных панелей, при этом двухполюсные автоматические выключатели представляют собой конструкцию, состоящую из модуля дистанционного управления и спаренных с ним двух однополюсных автоматических выключателей, к дополнительно введенному регулятору напряжения подключены каналы управления управляемых трехфазных выпрямителей, а к дополнительно введенному микропроцессорному блоку подключены датчики температуры, измеряющие температуру воздуха в кабине управления, датчик температуры, измеряющий температуру воздуха за бортом локомотива, датчик влажности, измеряющий влажность в кабине управления, модули дистанционного управления и блокировочные контакты автоматических двухполюсных выключателей, приводные двигатели вентиляторов калориферов, электромагнитные катушки и блокировочные контакты трехполюсных контакторов, а также дополнительно введенная панель-задатчик температуры, при этом микропроцессорный блок электрически связан с регулятором напряжения, а интерфейсным каналом связи - с системой управления локомотива [1].
Данные системы обеспечения микроклимата имеют следующий недостаток - нет возможности регулировать химические параметры микроклимата.
В связи с этим задачей изобретения является разработка такой системы обеспечения микроклимата в кабине управления локомотива, которая бы исключала вышеописанный недостаток.
Поставленная задача достигается тем, что предложенная система обеспечения микроклимата, содержащая кондиционер, подключенный через силовые контакты контактора к трехфазному высоковольтному источнику переменного напряжения локомотива, калориферы, представляющие собой нагревательные элементы, и вентиляторы с приводными двигателями, электрические печи, плоские нагревательные панели, нагревательные элементы которых через автоматические выключатели и силовые контакты контакторов подключены к трехфазному высоковольтному источнику переменного напряжения локомотива, имеет следующие отличия: в воздуховод системы кондиционирования воздуха вмонтирован инфракрасный излучатель и контейнер для биологического сырья (ИК-аэрофит), обдуваемый базовым вентилятором системы кондиционирования воздуха. Инфракрасный излучатель ИК-аэрофита через контакты двухполюсного автоматического выключателя подключен к управляемому трехфазному выпрямителю, подключенному к трехфазному низковольтному источнику переменного напряжения локомотива через силовые контакты трехполюсного контактора, к микропроцессорному блоку дополнительно подключен газовый анализатор и блокировочный контакт двухполюсного контактора инфракрасного излучателя ИК-аэрофита.
Положительный эффект изобретения проявляется в том, что предлагаемое техническое решение системы обеспечения микроклимата за счет введения ИК-аэрофита, управляемого трехфазного выпрямителя, двухполюсного автоматического выключателя, газового анализатора позволит:
- изменять химический состав воздуха кабины управления локомотива;
- плавно регулировать подачу биологически активных веществ в кабину управления локомотива;
- эмитировать в кабине управления локомотива природный фитоорганический фон.
На чертеже (фиг.1) показана структурная схема системы обеспечения микроклимата в кабине управления локомотива.
Для обеспечения электропитанием устройств обогрева и кондиционирования, входящих в состав системы обеспечения микроклимата, на локомотиве предусмотрены высоковольтный и низковольтный трехфазные источники переменного напряжения (не показаны).
Система обеспечения микроклимата в кабине управления содержит нагревательные элементы калориферов 1 (фиг.1), нагревательные элементы электрических печей 2, нагревательные элементы тепловой завесы 3 входной двери кабины управления, нагревательные элементы плоских нагревательных панелей 4, инфракрасный излучатель устройства, регулирующего химические параметры воздуха кабины 5, которые через соответствующие контакты двухполюсных автоматических выключателей 6, 7, 8, 9 и 10 подключены к выходным каналам управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14, 15, входные каналы которых через силовые контакты трехполюсного контактора 18 подключены к трехфазному низковольтному источнику переменного напряжения локомотива. Каналы управления управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 подключены к регулятору напряжения 19. Кондиционер 16 через силовые контакты трехполюсного контактора 17 подключен к трехфазному высоковольтному источнику переменного напряжения локомотива. К микропроцессорному блоку 20 подключены датчики температуры 21 и 22, предназначенные для измерения температуры воздуха в кабине управления, датчик температуры 23, предназначенный для измерения температуры воздуха за бортом локомотива, датчик влажности 24, предназначенный для измерения влажности в кабине управления, газовый анализатор 25, предназначенный для анализа химического состава воздуха, панель-задатчик температуры 26, интерфейсный канал связи, предназначенный для обмена информацией между системой обеспечения и системой управления локомотива, модули дистанционного управления и блокировочные контакты 27, 28, 29, 30 и 31 автоматических двухполюсных выключателей 6, 7, 8, 9 и 10, приводные двигатели вентиляторов калориферов 1 и кондиционера 16 (не показаны), электромагнитные катушки и блокировочные контакты 32, 33 трехполюсных контакторов 18 и 17.
Регулятор напряжения 19 конструктивно может представлять собой независимый блок или входить в структуру микропроцессорного блока 20.
Для функционирования системы обеспечения микроклимата к микропроцессорному блоку 20 подведено электропитание от сети локомотива (не показано).
Двухполюсные автоматические выключатели 6, 7, 8, 9 и 10 представляют собой законченную конструкцию, состоящую из модуля дистанционного управления и спаренных с ним двух однополюсных автоматических выключателей, содержащих главные и блокировочные контакты 27, 28, 29, 30 и 31. Такая конструкция автоматического выключателя объединяет в себе удобство дистанционного включения, выключения и перезапуска автоматического выключателя. В случае необходимости не утрачивается возможность и ручного управления автоматическим выключателем. Одной из компаний, производящих автоматические выключатели с подобной конструкцией, является компания Mors Smitt.
Двухполюсные автоматические выключатели 6, 7, 8, 9, 10 в предлагаемой системе обеспечения микроклимата выполняют не только функцию защиты от перегрузок и коротких замыканий, но и функцию дистанционного подключения (отключения) нагревательных элементов устройств обогрева и инфракрасного излучателя 1, 2, 3, 4 и 5 к выходным каналам управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15.
Работа системы обеспечения микроклимата в кабине управления локомотива заключается в следующем.
Для создания нормированных параметров микроклимата в зимнее время года в системе обеспечения микроклимата предусмотрены калориферы 1, подающие подогретый воздух к ногам локомотивной бригады и вдоль боковых стен кабины управления, электрические печи 2, тепловая завеса 3, создающая вдоль двери кабины управления поток теплого воздуха, плоские нагревательные панели 4, встроенные в обшивку пола и стен кабины управления, инфракрасный излучатель 5, встроенный в воздуховод системы кондиционирования воздуха для подогрева биологического сырья с целью выделения фитонцидов. Для исключения перегрева поверхности обшивки стен и пола кабины управления плоские нагревательные панели 4 оборудуются встроенными датчиками-реле температуры (не показаны), которые при достижении температуры на поверхности обшивки 43±2°С отключают плоские нагревательные панели 4 от электропитания.
Для создания нормированных параметров микроклимата в летнее время года в системе обеспечения микроклимата предусмотрен кондиционер 16, позволяющий эффективно охлаждать воздух в кабине управления. Кондиционер также имеет функции подогрева воздуха, регулирования влажности воздуха, используется в зимнее время года для подогрева свежего воздуха. При установке инфракрасного излучателя 5 и емкости с биологическим сырьем в воздуховод кондиционера (на чертеже не указана) появляется возможность подачи в кабину фитонцидов, выделяемых при нагревании биологического сырья в режимах вентиляции и обогрева.
Управление всеми вышеперечисленными устройствами обогрева и кондиционирования осуществляется микропроцессорной системой управления, конструктивно представляющей блок 20.
Управление калориферами 1, электрическими печами 2, тепловой завесой 3 и плоскими нагревательными панелями 4 осуществляется следующим образом. В зимнее время года микропроцессорная система управления включает трехполюсный контактор 18, подключая тем самым входные каналы управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 к трехфазному низковольтному источнику переменного напряжения локомотива. Затем посредством модулей дистанционного управления, конструктивно входящих в состав двухполюсных автоматических выключателей 6, 7, 8, 9 и 10, микропроцессорная система управления включает двухполюсные автоматические выключатели. Контроль включения (выключения) двухполюсных автоматических выключателей 6, 7, 8, 9 и 10, а также трехполюсного контактора 18 осуществляется микропроцессорной системой управления по их блокировочным контактам 27, 28, 29, 30, 31, 32, подключенным к блоку 20.
Автоматические выключатели 6, 7, 8, 9, 10 включают (отключают) систему обеспечения микроклимата только в тот момент, когда напряжение на выходных каналах управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 отсутствует. Таким образом, нагревательные элементы устройств обогрева и инфракрасный излучатель 1, 2, 3, 4 и 5 подключаются (отключаются) к выходным каналам управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14, 15 без тока.
В зависимости от показаний датчиков температуры 21, 22, 23, датчика влажности 24, газового анализатора 25 и заданий, поступивших в систему обеспечения микроклимата через панель-задатчика температуры 26 или интерфейсный канал связи, микропроцессорная система управления формирует определенный сигнал для регулятора напряжения 19. Последний по полученному сигналу формирует сигналы управления для управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15. В зависимости от параметров сигнала управления, выданного регулятором напряжения 19, на выходе управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 возникает постоянное напряжение определенной величины.
Постоянное напряжение, полученное в результате выпрямления трехфазного переменного напряжения, прикладывается к нагревательным элементам калориферов 1, электрических печей 2, тепловой завесы 3, плоских нагревательных панелей 4 и инфракрасного излучателя 5.
Одновременно с включением двухполюсного автоматического выключателя 6 микропроцессорная система включает приводные двигатели вентиляторов калориферов 1, с включением инфракрасного излучателя 5 включается вентилятор системы кондиционирования воздуха в режиме обогрева или вентиляции.
Регулирование напряжения на выходе управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 осуществляется микропроцессорной системой управления следующим образом.
В случае необходимости снизить температуру воздуха или уменьшения подачи фитонцидов в кабине управления микропроцессорная система управления формирует сигнал для регулятора напряжения 19 на уменьшение угла открытия вентилей управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15. Регулятор напряжения 19 в свою очередь формирует определенный сигнал для управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15. После этого напряжение на выходе управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 и соответственно тепловая энергия, выделяемая нагревательными элементами устройств обогрева 1, 2, 3, 4 и 5 уменьшаются.
В случае необходимости повысить температуру воздуха и количество фитонцидов в кабине управления микропроцессорная система управления формирует сигнал для регулятора напряжения 19 на увеличение угла открытия вентилей управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15. Регулятор напряжения 19 в свою очередь формирует определенный сигнал для управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15. После этого напряжение на выходе управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 и соответственно тепловая энергия, выделяемая нагревательными элементами устройств обогрева 1, 2, 3, 4 и 5, увеличиваются.
Как следует из вышеописанного, предлагаемая система обеспечения микроклимата осуществляет плавное регулирование напряжения на выходах управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14, 15 и соответственно на нагревательных элементах устройств обогрева 1, 2, 3, 4 и инфракрасном излучателе 5 установки регулирования химических параметров воздуха, исключая тем самым броски тока и перенапряжения в цепях электропитания этих устройств, оказывая благоприятное воздействие на здоровье локомотивной бригады.
Выходная мощность трехфазных управляемых выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 определяется мощностью нагревательных элементов, подключенных к их выходным каналам. К каждому из управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 может быть подключено разное количество нагревательных элементов, имеющих различную мощность потребления. Поэтому в целях унификации управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 и 15 элементы, входящие в их состав, выбраны по параметрам наиболее нагруженного выпрямителя.
Управление кондиционером 16 осуществляется следующим образом. Как в летнее, так и в зимнее время года микропроцессорная система управления включает трехполюсный контактор 17, подключая тем самым кондиционер 16 к трехфазному высоковольтному источнику переменного напряжения локомотива. Только в зимнее время года кондиционер работает для подогрева свежего забортного воздуха, а в летнее время года - для охлаждения воздуха в кабине управления, также имеется режим вентиляции. Контроль включения (выключения) трехполюсного контактора 16 осуществляется микропроцессорной системой управления по его блокировочному контакту 33 и газовому анализатору 25, подключенным к блоку 20.
3
Для обеспечения нормируемой величины влажности воздуха в кондиционере 16 предусмотрены заслонки, регулирующие скорость подачи свежего забортного воздуха в кабину управления. Заслонки имеют три положения, которым соответствуют следующие значения скоростей подачи воздуха: 90, 60 и 45 м/час.
В зимнее время года в зависимости от температуры воздуха за бортом локомотива и показаний датчика влажности 24 система обеспечения микроклимата выдает кондиционеру 16 сигнал о необходимости переключить заслонки в одно из трех положений.
В летнее время года в зависимости от температуры воздуха за бортом локомотива и показаний датчика влажности 24 система обеспечения микроклимата выдает кондиционеру 16 сигнал о необходимости перейти в режим вентиляции или кондиционирования. При этом регулировка заслонок кондиционера 16 не требуется.
Таким образом предлагаемая система обеспечения микроклимата позволяет создать нормированные параметры как по физическим, так и по химическим показателям микроклимата в кабине управления локомотива с минимальным вмешательством локомотивной бригады в ее работу за счет автоматического управления устройствами обогрева и кондиционирования воздуха.
Система обеспечения микроклимата имеет интерфейсный канал связи с микропроцессорной системой управления локомотивом. По интерфейсному каналу связи система обеспечения микроклимата передает в систему управления локомотивом следующую информацию:
- значение температуры, заданное локомотивной бригадой;
- значение температуры, измеренное в кабине управления посредством датчиков температуры 21 и 22;
- значение температуры, измеренное за бортом локомотива посредством датчика температуры 23;
- значение влажности, измеренное в кабине управления посредством датчика влажности 24;
- значение химического состава воздуха, измеренного посредством газового анализатора 25;
- неисправность регулятора напряжения 19;
- неисправность одного из управляемых трехфазных выпрямителей 11, 12, 13, 14 или 15;
- наличие короткого замыкания в цепях нагревательных элементов 1, 2, 3, 4 или 5;
- отключение одного из устройств обогрева 1, 2, 3, 4 или 5 от выходного канала управляемого трехфазного выпрямителя 11, 12, 13, 14 или 15;
- различного рода диагностическую информацию о функционировании микропроцессорной системы управления.
Всю вышеперечисленную информацию локомотивная бригада или ремонтный персонал могут просмотреть на дисплее, функционально входящем в структуру системы управления локомотивом.
Посредством панели-задатчика температуры 26 локомотивная бригада может осуществлять контроль текущей температуры в кабине управления, контроль температуры за бортом локомотива, задавать комфортную для себя температуру в диапазоне регулирования от плюс 18°С до плюс 28°С и осуществлять проверку заданного значения температуры воздуха в кабине.
В случае неисправности или по желанию локомотивной бригады функции отображения и задания температуры, выполняемые панелью-задатчиком температуры 26, может взять на себя дисплей, имеющий клавиатуру ввода и функционально входящий в структуру системы управления локомотивом. Дисплей, как и панель-задатчик температуры 26, устанавливается на пульте управления локомотива.
Источники информации
1. Патент на изобретение RU 2392144, опубликован 20.06.2010, МПК B61D 27/00 (2006.01) (54) Система обеспечения микроклимата в кабине управления локомотива.