СХЕМА ПИТАНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК ЛОКОМОТИВА
LOCOMOTIVE AUXILIARY LOAD SUPPLY CIRCUIT

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу электроподвижного состава, и может быть использовано, в частности, для питания вспомогательных трехфазных нагрузок локомотивов.
Известна схема питания нагрузок локомотива, содержащая тяговый трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную к питающей сети, обмотку собственных нужд с концевыми и промежуточными выводами, преобразователь частоты, состоящий из четырех тиристоров и блока управления, соединенного своими выходами с управляющими входами тиристоров. Тиристоры соединены в две группы по два последовательно включенных тиристора и подключены к концевым выводам обмотки собственных нужд. Одна группа тиристоров включена согласно с направлением обмотки, а вторая - встречно. Асинхронный трехфазный электродвигатель подключен первой фазой к общей точке соединения тиристоров второй группы, а третьей фазой - к промежуточному выводу обмотки собственных нужд (Патент РФ №2285328).
Недостатком схемы является необходимость применения силовых полупроводниковых приборов и асинхронного двигателя с напряжением изоляции, равным напряжению вторичной обмотки трансформатора, что значительно ухудшает условия их работы, массогабаритные показатели и при этом увеличивает стоимость преобразователя в целом. Кроме того, указанный преобразователь не обеспечивает резервирования питания нагрузок.
Наиболее близкой по технической сущности является схема питания вспомогательных нагрузок локомотива, содержащая несколько параллельно подключенных к зажимам источника постоянного напряжения трехфазных инверторов напряжения, на выходе каждого трехфазного инвертора напряжения подключен трехфазный трансформатор для питания трехфазных нагрузок по схеме «треугольник-звезда», к вторичной обмотке каждого трехфазного трансформатора подключена группа вспомогательных нагрузок, при этом каждый из параллельно подключенных к зажимам источника постоянного напряжения трехфазных инверторов напряжения образует отдельный независимый канал питания нагрузок, по крайней мере один из которых содержит нагрузки с постоянной частотой питающего напряжения, по крайней мере, один из которых содержит группу нагрузок с регулируемой (изменяющейся) частотой питания (Б.И.Хоменко, Г.И.Колпахчьян, И.В.Пехотский / Вспомогательные транзисторные преобразователи для перспективного ЭПС. // Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО "Всеросс. н-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - Новочеркасск, 2003. - Т.45, с.187, рис.2.2).
Недостатком прототипа является отсутствие возможности резервирования питания нагрузок в случае наступления неисправности одного из каналов питания. То есть при неисправности канала его нагрузки остаются обесточенными.
Другим недостатком схемы питания вспомогательных нагрузок является отсутствие заземлителя, обеспечивающего безопасность обслуживания блока питания. Например, при отсутствии заземлителя существует опасность прикосновения к клеммам, находящимся под напряжением (это может произойти, например, по причине случайного включения схемы питания, а также создаваться энергией, запасенной в конденсаторах с большой емкостью, имеющихся в составе преобразователя). Наличие заземлителя создает путь для отвода аварийного тока.
Еще одним недостатком прототипа является невозможность питания вспомогательных нагрузок при отсутствии напряжения на входе преобразователя. Такой режим может потребоваться при наладке и испытаниях, а также в условиях сервисного обслуживания в случае отсутствия источника питания с напряжением, равным входному напряжению преобразователя.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей локомотива за счет повышения надежности схемы питания вспомогательных нагрузок и обеспечения безопасности, а также удобства обслуживания электровоза техническим персоналом.
Поставленная задача решается тем, что схема питания вспомогательных нагрузок локомотива содержит несколько параллельно подключенных к зажимам источника постоянного напряжения трехфазных инверторов напряжения, являющихся входными преобразователями схемы питания. На выходе каждого трехфазного инвертора напряжения подключен трехфазный трансформатор для питания трехфазных нагрузок по схеме «треугольник-звезда». К вторичной обмотке каждого трехфазного трансформатора подключена группа вспомогательных нагрузок. При этом каждый из параллельно подключенных к зажимам источника постоянного напряжения трехфазных инверторов напряжения образует отдельный независимый канал питания нагрузок, по крайней мере, один из которых содержит нагрузки с постоянной частотой питающего напряжения и, по крайней мере, один из которых содержит группу нагрузок с регулируемой (изменяющейся) частотой питания. Схема питания вспомогательных нагрузок отличается тем, что все независимые каналы питания с регулируемой и нерегулируемой частотой питания имеют электрическую связь через коммутирующие элементы, подключенные на стороне трехфазного напряжения с возможностью переключения нагрузок с каналов с регулируемой частотой питания на каналы питания нагрузок с постоянной частотой. При этом разделительный трехфазный трансформатор выполнен с нейтральным проводником вторичной обмотки. Причем в цепь положительного потенциала каждого из трехфазных инверторов напряжения подключены контакты заземлителя, выход каждого из указанных контактов подключен к «земле», при этом нагрузки схемы питания имеют электрическую связь со сторонним источником напряжения через специальную розетку.
Нагрузкой преобразователя чаще всего могут являться трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, а также однофазные потребители, подключенные одной клеммой к нейтрали, а другой клеммой - к одному из проводов трехфазной группы.
В качестве нагрузок схемы питания вспомогательных нагрузок локомотива могут выступать, например, двигатели мотор-вентиляторов, мотор-компрессоров, маслонасосов или трехфазные потребители с нулевым проводом для питания однофазных нагрузок.
Техническим результатом предлагаемого решения является расширение функциональных возможностей - повышение условий безопасной работы и удобства эксплуатации, возможность питания индивидуальных нагрузок, обеспечение резервирования питания нагрузок в случае неисправности входных преобразователей.
На фигуре 1 показана схема питания вспомогательных нагрузок локомотива.
Схема питания вспомогательных нагрузок локомотива содержит несколько параллельно подключенных к зажимам положительного и отрицательного потенциала соответственно 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8 источника постоянного напряжения трехфазных инверторов напряжения (соответственно 9, 10, 11 и 12), на выходе каждого трехфазного инвертора напряжения (9, 10, 11 и 12) подключен трехфазный трансформатор по схеме «треугольник-звезда» (13, 14, 15 и 16) для питания трехфазных нагрузок, к вторичной обмотке каждого трехфазного трансформатора (13, 14, 15 и 16) подключена группа вспомогательных нагрузок 17, 18, 19, 20 и 21 через контакторы соответственно 22, 23, 24, 25 и 26. При этом каждый параллельно подключенный к зажимам источника постоянного напряжения трехфазный инвертор напряжения образует отдельный независимый канал питания нагрузок, по крайней мере, один из которых содержит нагрузки с постоянной частотой питающего напряжения и, по крайней мере, один из которых содержит группу нагрузок с регулируемой (изменяющейся) частотой питания. Схема отличается тем, что каналы с регулируемой и нерегулируемой частотой питания имеют электрическую связь через коммутирующие элементы 27 и 28, подключенные на стороне трехфазного напряжения с возможностью переключения нагрузок с каналов с регулируемой частотой питания на каналы питания нагрузок с постоянной частотой, при этом разделительные трехфазные трансформаторы 13-16 выполнены с нейтральным проводником вторичной обмотки.
Схема питания вспомогательных нагрузок локомотива имеет новый признак - в цепь положительного потенциала каждого из трехфазных инверторов напряжения соответственно 9-12 подключены контакты заземлителя соответственно 29, 30, 31 и 32, а выход каждого из указанных контактов подключен к «земле».
Схема питания вспомогательных нагрузок локомотива содержит еще один новый признак - нагрузки схемы питания имеют электрическую связь со сторонним источником напряжения через специальную розетку 33 через контакты контакторов 34 и 35, причем контактор 34 подключен между розеткой 33 и вторым каналом питания нагрузок, а контактор 35 подключен между розеткой 33 и четвертым каналом питания нагрузок. Учитывая, что второй канал питания нагрузок имеет электрическую связь через контактор 27 с первым каналом питания нагрузок, а четвертый канал имеет электрическую связь с третьим каналом питания нагрузок через контактор 28, предлагаемая схема питания вспомогательных нагрузок обеспечивает питание от розетки 33 практически всех потребителей.
Отдельные каналы питания нагрузок могут содержать нейтральный провод, что позволит питать некоторые нагрузки с напряжением в  раз меньше, чем значение линейного напряжения трехфазной системы. Например, при линейном напряжении 380 В между любым из трехфазных проводников схемы питания и нейтральным проводом будет разность потенциалов 220 В.
Схема питания вспомогательных нагрузок локомотива работает следующим образом.
В нормальном режиме работы вспомогательных нагрузок все выходные каналы преобразователей исправны, причем каждый выходной канал преобразователя питает свою индивидуальную группу нагрузок.
Например, первый канал (преобразователь 9) питает двигатель вентилятора 17, второй канал питает двигатель насоса 19, требующего постоянной (фиксированной) частоты питания напряжения.
Третий канал питает двигатели вентиляторов, требующих регулируемой частоты напряжения, изменяющейся в диапазоне от 0 до 50 Гц для регулирования их производительности. Четвертый канал питает нагрузки с фиксированной частотой питающего напряжения.
В случае неисправности какого-либо из выходных каналов преобразователя он отключается, а группа его нагрузок переключается на другой канал дополнительно к его нагрузкам и схема переходит в аварийный режим работы. При этом может быть снижена общая мощность группы нагрузок канала, выполняющего резервирование.
Например, при выходе из строя преобразователя 9 он отключается, а его нагрузка - двигатель 17 подключается через контактор 27 к выходу преобразователя 10 через трансформатор 14.
В аварийном режиме работы обе нагрузки - двигатели 17, 18 и 19 получают питание с напряжением и частотой, соответствующим напряжению и частоте питания второго канала.
Схемой могут быть реализованы и другие комбинации резервирования питания нагрузок.
Важным преимуществом предложенной схемы питания вспомогательных нагрузок является ее многоканальность, что дает возможность питать и резервировать нагрузки с разным напряжением или частотой. Например, первый канал питает нагрузку (двигатель) с напряжением 380 В частотой 60 Гц, а второй канал питает нагрузку (двигатель) с напряжением 380 В частотой 50 Гц. В случае неисправности первого канала второй канал может питать кроме своих нагрузок также и нагрузки первого канала с напряжением 380 В и частотой 50 Гц, что является приемлемым, т.к. позволяет нагрузкам работать несмотря на меньшую производительность.
Для питания нагрузок 17-21 от стороннего источника питания подключают вилку стороннего источника питания к розетке 33, замыкают контакторы 34 или 35 в зависимости от того, какую группу нагрузок необходимо запитать, и замыкают контакты контакторов в цепи каждой нагрузки.
Например, в случае замыкания контактов контактора 22 получает питание двигатель 17.
При проведении технического обслуживания отключают преобразователи 9-12, размыкают контакторы 27, 28 и замыкают заземлители 29-32.
В этом случае обеспечивается безопасность при проведении технического обслуживания нагрузок вспомогательных машин и устройств.
Положительный эффект схемы питания вспомогательных нагрузок локомотива заключается в том, что предлагаемое техническое решение позволит повысить надежность схемы питания за счет возможности резервирования каналов путем переключения нагрузок с отказавшего канала питания на исправный канал питания при помощи коммутирующих элементов. При этом могут быть применены несколько различных схем резервирования. Вторым положительным эффектом схемы питания вспомогательных нагрузок локомотива является обеспечение безопасности схемы питания вспомогательных нагрузок локомотива при обслуживании за счет введения в схему заземлителя. Третьим положительным эффектом схемы питания вспомогательных нагрузок локомотива является применение в схеме розетки для питания нагрузок от стороннего источника питания, в случае отсутствия напряжения на входном преобразователе схемы или в случае отсутствия источника с таким напряжением.
Все это расширяет функциональные возможности схемы питания вспомогательных нагрузок локомотива: повышает надежность схемы питания и обеспечивает безопасность и удобство обслуживания электровоза персоналом.