Система гарантированного электропитания вагонов
GUARANTEED POWER SUPPLY SYSTEM FOR RAILWAY CARS

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве устройства гарантированного электропитания вагонов электропоезда.
Известна двухканальная система гарантированного электроснабжения вагонов, содержащая два ввода от внешней системы электроснабжения, общее устройство распределительное, два параллельно включенных понижающих трансформатора, второе общее устройство распределительное, два параллельно включенных преобразовательных трансформатора, два выпрямителя, устройство распределительное постоянного тока, сглаживающее устройство, питающий фидер, рельсовый фидер, контактную сеть и электрооборудование не тяговых потребителей, при этом указанные вводы выполнены от разных районных подстанций, каналы системы идентичны, при этом питающий фидер соединен с разными участками контактного провода, а рельсовый фидер соединен с рельсом через сглаживающее устройство [1]. Данная система нашло широкое применение на железнодорожном транспорте ряда стран, так как она отличается сравнительной простотой схемы и высокой надежностью, однако электрическую энергию контактной сети с высоким напряжением постоянного тока затруднительно использовать для электроснабжения вагонов по мерам безопасности и высокой стоимости кабельной сети, что ограничивает область применения системы.
Требуемый технический результат заключается в обеспечении гарантированного электропитания потребителей постоянного и переменного тока вагонов как при движении, так и на остановках.
Поставленный технический результат достигается тем, что в системе гарантированного электропитания вагонов, содержащей устройство распределительное постоянного напряжения, контактную сеть постоянного тока, потребители постоянного и переменного тока, введены последовательно соединенные: высоковольтный трехфазный инвертор с трансформаторным выходом, выпрямитель, блок разделительных диодов, содержащий п секций и шины гарантированного питания; энергомеханический блок, содержащий m каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные: дизель-генераторный агрегат и выпрямитель, и размещен в собственном вагоне, аккумуляторная батарея и низковольтный трехфазный инвертор с синусоидальным напряжением, при этом потребители постоянного тока подключены к шинам гарантированного питания, указанная батарея соединена с указанными шинами через первую секцию блока разделительных диодов, каждый из m каналов энергомеханического блока подключен к названным шинам через соответствующую секцию указанного блока диодов, а потребители переменного тока подключены к указанному низковольтному инвертору, подключенному непосредственно к шинам гарантированного питания.
На чертеже представлена структурная схема системы электропитания вагонов.
кс
к
AB
Система содержит устройство распределительное постоянного напряжения 1, контактную сеть постоянного тока 2, высоковольтный трехфазный инвертор с трансформаторным выходом 3, содержащим коммутатор тока с системой управления 3-1, трехфазный трансформатор 3-2, выпрямитель 4, блок разделительных диодов 5 с первой секцией 5-1, второй секцией 5-2, третьей секцией 5-3, четвертой секцией 5-4 и так далее до секции 5-n, шины гарантированного питания 6, энергомеханический блок (не обозначен), содержащий набор 7 от первого 7-1 до 7-m дизель-генераторного агрегата и совокупность выпрямителей 8 от первого 8-1 до 8-т, аккумуляторную батарею 9 подключенную к первой секции 5-1 блока разделительных диодов 5, низковольтный трехфазный инвертор с синусоидальным напряжением 10, причем указанный инвертор соединен с шинами гарантированного питания 6 непосредственно, высоковольтный трехфазный инвертор 3 выполняет несколько функций: понижение величины постоянного напряжения контактной сети до требуемого значения за счет коэффициента трансформации трансформатора 3-2; преобразование постоянного тока в трехфазный переменный ток и обеспечение гальванической развязки источника, в качестве которого используется контактная сеть от потребителя, подключенного к шинам 6. Выпрямитель 4 преобразует трехфазный ток инвертора 3 в постоянный ток, поэтому он основан на схеме Ларионова. Дизель-генераторные агрегаты 7 могут быть распределены по всем вагонам по одному, или группами в отдельных вагонах, при этом мощности всех от 7-1 до 7-m могут быть разными. Выпрямители 8 от первого 8-1 до 8-m основаны тоже на схеме Ларионова. Напряжения выпрямителя 4, выпрямителей 8 могут быть неодинаковыми, а именно: напряжение от контактной сети U должно быть выше напряжения выпрямителей от 8-1 до 8-т на 1…1,5 В, причем напряжения U каналов энергомеханического блока 8 выше напряжения аккумуляторной батареи 9 U также на 1…1,5 В. Поэтому правило выбора напряжения на шинах гарантированного питания 6 имеет вид
Выполнение неравенства (1) позволяет реализовать ступенчатый принцип обеспечения электрической энергией потребителей постоянного и переменного тока, что обеспечивает принцип непрерывности электроснабжения.
Таким образом, введенное электрооборудование в систему гарантированного электропитания позволяет достичь требуемого результата, при этом элементы устройства выбраны по рекомендациям [1], [2], [3] и [4].
Система работает следующим образом.
После полного монтажа электрооборудования устройства оно может находиться в нескольких режимах, при этом первым из них является полный режим. В этом режиме включены все источники электрической энергии. При включении коммутаторов тока в устройстве распределительном 1 постоянное напряжение поступает на контактную сеть 2, откуда оно подается на высоковольтный трехфазный инвертор 3, где постоянный ток преобразуется в трехфазный переменный ток с напряжением в форме неполного прямоугольника, поскольку первичная обмотка (не обозначена) трансформатора 3-2 соединена в звезду. Выходное пониженное напряжение инвертора поступает на схему выпрямления выпрямителя 4, где оно преобразуется из трехфазного переменного напряжения в постоянное. Выпрямленное напряжение через вторую секцию 5-2 блока разделительных диодов поступает на шины гарантированного питания 6, ввиду того, что диод секции открыт.Потребители постоянного тока, подключенные к указанным шинам, начинают функционировать. При наличии напряжения на шинах 6 начинает работать низковольтный трехфазный инвертор 10 с синусоидальным выходным напряжением, что позволяет функционировать и потребителям переменного тока, поскольку в данном инверторе постоянный ток преобразуется в трехфазный переменный ток, качество напряжения которого определяется схемой формирования синусоидального напряжения, например, фильтром гармоник (не показан). Через заданное время запускаются дизель-генераторные агрегаты 7-1, 7-2, 7-m набора 7, напряжения трехфазных синхронных генераторов которых поступают на совокупность выпрямителей 8 и выпрямленные напряжения выпрямителей 8-1, 8-2, 8-m поступают через соответствующие секции 5-3, 5-4, 5-n на шины гарантированного питания 6, если отсутствует напряжение на контактной сети. Это условие определяется неравенством (1). Через определенный интервал включается аккумуляторная батарея 9 и ее напряжение может появиться на шинах гарантированного питания 6, если будет отсутствовать напряжение от контактной сети 2 и не включатся дизель-генераторные агрегаты 7-1, 7-2, 7-m. Описанный механизм позволяет раскрыть условия образования напряжения на шинах гарантированного питания 6 при условиях работоспособности всех трех источников электрической энергии, или при работоспособности двух или даже одного. Таким образом при исправном состоянии хотя бы одного источника из трех потребители постоянного и переменного тока будут обеспечены электрической энергией заданного качества.
Источники, принятые во внимание
[1] Слепцов М.А., Савина Т.Н. Электроснабжение электрического транспорта. М., МЭИ., 2001, стр. 14, рис. 2.
[2] Марквардт К.Г. Электроснабжение железных дорог. М., Транспорт, 1965, 464 с.
[3] Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М. Энергоатомиздат, 1986, 376 с.
[4] Источники электропитания РЭА. Справочник. Под ред. Г.С. Найвельта. М., Радио и связь, 1986, 576 с.