КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА С ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ

Область техники
Полезная модель относится к электрооборудованию транспортных средств, конкретно к пассажирским вагонам с централизованным электроснабжением и предназначена для подачи электроэнергии вагонным потребителям с использованием различных источников тока. Уровень техники.
Известен комплекс преобразователей [1], содержащий однопроводную высоковольтную поездную магистраль, вторым токопроводом которой является корпус вагона - рельсы, высоковольтная защитно-коммутационная аппаратура с демпферными резисторами, высоковольтные электронагреватели водяного отопления вагона, подключенные к однопроводной высоковольтной вагонной магистрали через высоковольтную защитно-коммутационную аппаратуру, двухканальный высоковольтный преобразователь ВСП, вход которого подключен к однопроводной высоковольтной поездной магистрали, через высоковольтную защитно-коммутационную аппаратуру, при этом высоковольтный преобразователь состоит из входного преобразовательного устройства, в котором имеется аппаратура автоматического управления и трансформаторный выход с двумя низковольтными обмотками, каждая из
которых подключена к соответствующему выходному выпрямителю, один из которых имеет стабилизированное напряжение - 160 В, а другой стабилизированное напряжение - 400 В и низковольтный преобразователь (НСП) с пятью преобразовательными каналами, из которых три своими входами подключены к первому выходному каналу - 160 В двухканального высоковольтного преобразователя, при этом первый с регулируемым выходным напряжением постоянного тока - 110...142 В для заряда аккумуляторной батареи с датчиком тока и датчиком температуры окружающего воздуха и питания потребителей постоянного тока вагона, второй с выходным однофазным напряжением переменного тока 220 В, 50 Гц для питания бытовых потребителей вагона и третий с выходным трехфазным напряжением переменного тока 230 В, 50 Гц для питания электродвигателя вентилятора и приточного воздуха вагона, а два других преобразовательных канала своими входами подключены ко второму каналу - 400 В двухканального высоковольтного преобразователя, при этом один их них с выходным переменным трехфазным регулируемым напряжением от 110 В до 308 Вис соответствующим регулированием частоты тока от 25 Гц до 70 Гц для питания электродвигателя конденсатора кондиционера, а другой с выходным переменным трехфазным регулируемым напряжением от 110 В до 308 В с соответствующем регулированием частоты тока от 25 Гц до 70 Гц для питания электродвигателя компрессора кондиционера, а также имеется пульт (аппаратура) управления вагона.
Недостатком данного комплекса является сложность конструкции высоковольтного преобразователя, большое количество низковольтных преобразователей и отключение питания кондиционера вагона при прохождении поездом на ж.д. переменного тока нейтральных вставок.
Сущность полезной модели
В основу полезной модели поставлена задача упрощения конструкции составных частей комплекса, повышение его надежности, электробезопасности и снижения себестоимости.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном комплексе электропитания потребителей пассажирского вагона с централизованным электроснабжением, содержащим однопроводную высоковольтную поездную магистраль, вторым токопроводом которой является корпус вагона - рельсы, высоковольтная защитно-коммутационная аппаратура, высоковольтные электронагреватели водяного отопления вагона, подключенные к однопроводной высоковольтной поездной магистрали, через высоковольтную защитно-коммутационную аппаратуру, высоковольтный преобразователь, вход которого подключен к однопроводной высоковольтной магистрали, через высоковольтную защитно-коммутационную аппаратуру, при этом высоковольтный преобразователь состоит из входного преобразовательного устройства, в котором имеется аппаратура автоматического управления и трансформаторный низковольтный выход, подключенный к выходному выпрямителю, являющемуся выходом высоковольтного преобразователя, аккумуляторную батарею с датчиком тока и датчиком температуры окружающего воздуха, а также пульт (аппаратура) управления вагона, согласно полезной модели выход высоковольтного преобразователя имеет регулируемое выходное напряжение и подключен параллельно, через датчик общего тока вагона к аккумуляторной батареи с датчиком тока, и к общим шинам постоянного тока вагона, к которым подключены все низковольтные потребители вагона, при этом первая группа низковольтных потребителей вагона, в том числе электродвигатели вентиляторов и электрокалориферы кондиционера и другие потребители запитаны либо непосредственно, либо
через специальные адаптеры, вторая группа низковольтных потребителей вагона, в основном бытовые потребители, запитаны через низковольтный(е) преобразователь(и) постоянного тока в переменный однофазный ток 220 В, 50 Гц, а третья группа - электродвигатели компрессоров кондиционера, через низковольтные(й) преобразователи(ь) постоянного тока в трехфазной переменный ток 220 В, 50 Гц с регулированием частоты тока и напряжения, выходы датчиков тока и датчиков температуры окружающего воздуха подключены, как к входам аппаратуры автоматического управления входного преобразовательного устройства высоковольтного преобразователя, так и к входам пульта (аппаратуры) управления вагона, при этом вышеуказанная аппаратура соединена друг с другом общей шиной управления и контроля.
Кроме этого:
- дополнительно введено преобразовательное устройство для питания вагона от внешнего источника переменного трехфазного тока 380 В, 50 Гц, имеющее выход постоянного тока с регулятором напряжения, подключенным параллельно с выходом высоковольтного преобразователя, а также в нем предусмотрен дополнительный выход однофазного переменного тока 220 В, 50 Гц, подключенный к входу второй группы низковольтных потребителей вагона, а на входе преобразовательного устройства установлен дифференциальный автоматический выключатель.
Введение отличительных признаков в предлагаемом техническом решении позволяет упростить конструкцию высоковольтного преобразователя, снизить количество низковольтных преобразователей и повысить надежность и электробезопасность и, одновременно, снизить себестоимость комплекса в целом.
Краткое описание чертежа
На фиг. представлена функциональная схема предлагаемого комплекса.
Позициями на фиг. обозначены:
1 - однопроводная высоковольтная поездная магистраль;
1.1 - второй токопровод высоковольтной поездной магистрали 1 (корпус вагона - рельсы);
2 - высоковольтная защитно-коммутационная аппаратура;
3 - высоковольтные электронагреватели водяного отопления вагона;
4 - высоковольтный преобразователь;
5 - входное преобразовательное устройство высоковольтного преобразователя 4;
5.1 - аппаратура автоматического управления входного преобразовательного устройства 5;
5.2 - трансформаторный выход преобразовательного устройства 5;
6 - выходной выпрямитель высоковольтного преобразователя 5;
7 - датчик общего тока вагона;
8 - аккумуляторная батарея;
9 - датчик тока аккумуляторной батареи;
10 - низковольтные потребители вагона;
10.1 - первая группа низковольтных потребителей вагона 10;
10.2 - вторая группа низковольтных потребителей вагона 10;
10.3 - третья группа низковольтных потребителей вагона 10;
11 - низковольтный(е) преобразователь(и) постоянного тока;
12, 13 - низковольтные(й) преобразователи(ь) постоянного тока в переменный трехфазный 220 В, 50 Гц с регулятором частоты тока и напряжения;
14 - датчик температуры окружающего воздуха;
15 - пульт (аппаратура) управления вагона;
16 - общая шина управление и контроля;
17 - преобразовательное устройство для питания вагона от внешнего источника переменного трехфазного тока 380 В, 50 Гц;
17.1 - выход постоянного тока с регулятором напряжения преобразовательного устройства 17;
17.2 - выход переменного однофазного тока 220 В, 50 Гц преобразовательного устройства 17;
17.3 - дифференциальный автоматический выключатель преобразовательного устройства 17;
Лучший вариант осуществления
Комплекс электропитания потребителей пассажирского вагона с централизованным электроснабжением состоит из однопроводной высоковольтной поездной магистрали 1, вторым токопроводом 1.1, который является корпус вагона - рельсы, высоковольтной защитно-коммутационной аппаратуры 2, в которую могут входить и демпферные резисторы, высоковольтные электронагреватели водяного отопления вагона 3, подключенные к однопроводной высоковольтной поездной магистрали 1, через высоковольтную защитно-коммутационную аппаратуру 2, высоковольтный преобразователь 4, вход которого подключен к однопроводной высоковольтной поездной магистрали 1, через высоковольтную защитно-коммутационную аппаратуру 2, при этом высоковольтный преобразователь 4 состоит из входного преобразовательного устройства 5, в котором имеется аппаратура автоматического управления 5.1 и трансформаторный выход 5.2, подключенный к выходному выпрямителю 6, являющемуся выходом высоковольтного преобразователя 4, который имеет регулируемое напряжение, и подключен через датчики общего тока 7 к аккумуляторной
батареи 8 с датчиком тока 9 и к общим шинам постоянного тока вагона, к которым подключены все низковольтные потребители вагона 10, при этом первая группа низковольтных потребителей вагона 10.1, в том числе электродвигатели вентиляторов и электрокалориферов кондиционера и другие потребители запитаны либо непосредственно, либо через специальные адаптеры, вторая группа низковольтных потребителей вагона 10.2 (в основном бытовые потребители) запитана через низковольтный(е) преобразователь(и) постоянного тока в переменный однофазный ток 220 В, 50 Гц 11, а третья группа низковольтных потребителей 10.3 (электродвигатели компрессоров кондиционера) запитана через низковольтные(й) преобразователи(ь) постоянного тока в переменный трехфазный ток 220 В, 50 Гц с регулятором частоты тока и напряжением 12, 13.
Выходы датчиков тока 7, 9 и датчика температуры окружающего воздуха 14 подключены, как к входам аппаратуры автоматического управления 5.1 входного преобразовательного устройства 5 высоковольтного преобразователя 4, так и к входам пульта (аппаратуры) управления вагона 15, при этом вышеуказанная аппаратура управления 5.1 и пульт (аппаратура) управления вагона! 5 соединены общей шиной управления и контроля 16.
Предусмотрено также преобразовательное устройство 17 для питания вагона от внешнего источника переменного трехфазного тока 380 В, 50 Гц, имеющее выход постоянного тока с регулятором напряжения 17.1, подключенного параллельно выходу высоковольтного преобразователя и выход переменного однофазного тока 220 В, 50 Гц 17.2, подключенного ко входу второй группы низковольтных потребителей вагона 10.2.
Кроме этого для повышения электробезопасности обслуживающего персонала на входе преобразовательного устройства 17 установлен дифференциальный автоматический выключатель 17.3.
Работа устройства
Комплекс работает следующим образом. Высоковольтный преобразователь 2, подключенный через высоковольтную защитно-коммутационную аппаратуру 2 своим входом к однопроводной высоковольтной магистрали 1 и корпусу вагона, который является вторым токопроводом 1.1 вышеуказанной магистрали, осуществляет заряд аккумуляторной батареи 8 стабилизированным током заданной величины, по сигналам датчика тока аккумуляторной батареи 9, одновременно питая низковольтные потребители вагона 10. При достижении определенного уровня зарядного напряжения, которое зависит от температуры окружающего воздуха, контролируемой датчиком температуры 14, например, 140...142 В аппаратура автоматического управления 5.1 входного преобразовательного устройства 5 переводит работу выхода высоковольтного преобразователя 4 в режим стабилизации достигнутого уровня зарядного напряжения, при этом вышеуказанный алгоритм работы высоковольтного преобразователя 4 может задаваться, как пультом (аппаратурой) управления вагона 15 по общей шине управления и контроля 16, так и аппаратурой автоматического управления 5.1 входного преобразовательного устройства 5 высоковольтного преобразователя 4, путем регулирования напряжения на первичной (высоковольтной) стороне трансформаторного выхода 5.2 входного преобразовательного устройства 5, при этом высоковольтные электронагреватели водяного отопления вагона 3 получают питание непосредственного от однопроводной высоковольтной поездной магистрали 1 через высоковольтную защитно-коммутационную аппаратуру 2.
Питание первой группы низковольтных потребителей вагона 10.1 осуществляется непосредственно от общих шин постоянного тока, второй группы 10.2 через низковольтный(е) преобразователь(и) постоянного тока в
переменный однофазный ток 220 В, 50 Гц, а третьей группы 10.3 через низковольтные(й) преобразователи(ь) постоянного тока в переменный трехфазный 220 В, 50 Гц с регулированием частоты тока и напряжения, например, по закону U/f=const, обеспечивая соответственно изменение производительности кондиционера вагона, при этом обеспечена возможность работы одного или двух компрессоров в зависимости от тепловой нагрузки кондиционера.
Для возможности питания вагона от сети переменного трехфазного тока ~ 380 В, 50 Гц предусмотрено преобразовательное устройство 17, обеспечивающее преобразование вышеуказанного напряжение в постоянное регулируемое напряжение на выходе 17.1, который подключен параллельно выходу высоковольтного преобразователя 4, автоматика которого работает по сигналам датчиков тока 7, 9 и датчика температуры окружающего воздуха 14.
Контроль общей загрузки и защита от перегрузки высоковольтного преобразователя 4 и выхода 17.1 преобразовательного устройства 17 осуществляется с помощью датчика общего тока вагона 7.
Для экономии моторесурса низковольтного преобразователя постоянного тока в переменный 220 В, 50 Гц при питании вагона от внешнего источника переменного трехфазного тока 380 В, 50 Гц, питание второй группы низковольтных потребителей вагона 10.2 осуществляется от выхода переменного однофазного тока 220 В, 50 Гц 17.2 преобразовательного устройства 17.
Защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током обеспечивается дифференциальным автоматическим выключателем 17.3 на входе преобразовательного устройства 17.
Введение отличительных признаков в предлагаемый комплекс позволит упростить конструкцию высоковольтного преобразователя, уменьшит количество низковольтных преобразователей, что снизит
себестоимость комплекса, а также исключит отключение кондиционера при прохождении поезда на ж.д. переменного тока нейтральных вставок, при этом одновременно повысит надежность и безопасность комплекса в целом.
Промышленная применимость Разработана техническая документация на комплекс.
Источники информации
1. Преобразователь высоковольтный статический ПВС - 40 - У1. руководство] по эксплуатации. МИЮН. 435361.001 РЭ, приложение В, стр.32, ВСП Схема структурная, приложение Г, стр.33, НСП Схема структурная, Схема электрическая подключений МИЮН. 435361.00175. Описание работы стр.3...13. - , 2003 г. (прототип).