СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОСТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве системы электропитания поста электрической централизации крупных станций железнодорожного транспорта.
Известна система электропитания переменного тока, содержащая трехфазный источник электрической энергии, подключенный к сети, соединенный с трехфазными потребителями непосредственно и с однофазными потребителями посредством преобразователя числа фаз [1]. Данная система позволяет обеспечить электрической энергией трехфазные и однофазные потребители, подключенные к трехфазному источнику одновременно, однако она отличается высокой стоимостью, особенно при большом числе однофазных потребителей.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является система электропитания переменного тока, содержащая общие шины трехфазного трансформатора, к которым параллельно подключены потребители переменного тока по четырехпроводной схеме и первичная обмотка изолирующего трехфазного трансформатора, к вторичной обмотке которого подключены параллельно трехфазные потребители, однофазные потребители, работающие при линейном напряжении и однофазные потребители, работающие при фазном напряжении, причем однофазные потребители, работающие при линейном напряжении подключены к первой и второй, к первой и третей фазам вторичной обмотки изолирующего трансформатора непосредственно, а однофазные потребители, работающие при фазном напряжении подключены ко второй и третей фазам указанной трехфазной обмотке через однофазный трансформатор [2]. Данная система нашла широкое применение на крупных станциях железнодорожного транспорта ввиду ее простоты и компактности, однако ей присущи и недостатки, среди которых можно отметить наличие несимметрии трехфазной системы напряжения из-за одновременного включения трехфазных и разнотипных однофазных потребителей к одному трехфазному
источнику, сравнительно большие потери мощности, сложность системы включения однофазных потребителей, работающих при фазном напряжении и ограниченные возможности подключения к трехфазному источнику однофазных потребителей при увеличении их числа.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества напряжения на зажимах трехфазных потребителей и расширение функциональных возможностей системы. Поставленный технический результат достигается тем, что в системе электропитания поста электрической централизации, содержащей источник трехфазного тока, к которому подключены по четырехпроводной схеме трехфазные потребители, изолирующий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к указанному источнику, а вторичная обмотка - к трехфазным потребителям, однофазные потребители, работающие при линейном напряжении и однофазные потребители, работающие при фазном напряжении, введены трехфазные шины, однофазные шины с линейным напряжением и однофазные шины с фазным напряжением, а изолирующий трансформатор выполнен в виде статора и ротора электрической машины, содержащим внешний сердечник, в пазах которого размещены первичная трехфазная обмотка, вторичная трехфазная обмотка, подключенная к трехфазным шинам, однофазная обмотка с коэффициентом трансформации равным единице, соединенная с однофазными шинами с линейным напряжением, однофазная обмотка с коэффициентом трансформации равным 1/√3 от номинального значения, подключенная к однофазным шинам с фазным напряжением, и соосный ему внутренний сердечник, выполненный в виде кольца.
На чертеже представлена схема системы электропитания поста электрической централизации. Система содержит источник 1 трехфазного тока, к которому подключены по четырех проводной схеме трехфазные потребители 2, изолирующий трансформатор 3 в виде статора и ротора электрической машины, содержащий первичную однофазную обмотку 3-1, вторичную трехфазную обмотку 3-3 с коэффициентом трансформации, равным единице, однофазную обмотку 3-4 с коэффициентом трансформации, равным 1/√3, внешний сердечник
3-5 с пазами (не показаны) в которых размещены указанные обмотки, соосный внешнему внутренний сердечник 3-6 выполненный в виде кольца, шины 4 трехфазного тока, шины 5 однофазного тока с линейным напряжением, шины 6 однофазного тока с фазным напряжением, при этом первичная обмотка 3-1 подключена к источнику 1 трехфазного тока, вторичная обмотка 3-2 соединена с шинами 4 трехфазного тока, однофазная обмотка 3-3 соединена с однофазными шинами 5 с линейным напряжением, однофазная обмотка 3-4 подключена к однофазным шинам 6 с фазным напряжением.
Система электропитания работает следующим образом. В статическом режиме при отсутствии напряжения на зажимах источника 1 трехфазного тока потребители 2 не работают, а изолирующий трансформатор 3 обесточен и в его обмотках 3-1, 3-2, 3-3 и 3-4 ЭДС отсутствует, так как в соосных сердечниках 3-5 и 3-6 отсутствует магнитный поток, при этом на шинах 4, 5 и 6 напряжение отсутствует. При наличии напряжения на зажимах источника 1 трехфазного тока оно подается на потребители трехфазного тока 2 по четырех проводной схеме и они начинают работать, и на первичную обмотку 3-1 изолирующего тороидального трансформатора 3. Под действием токов, протекающих по фазам обмотки 3-1 и при соблюдении условий образования вращающегося кругового магнитного поля в сердечниках 3-5 и 3-6 появляется магнитный поток, который пересекает витки фаз обмоток 3-2, 3-3 и 3-4, наводя в них соответствующие ЭДС, определяемые по формулам
3-2
3-3
3-4
03-2
03-3
03-4
где W, W и W - числа витков фаз указанных обмоток, а К, К, к - их обмоточные коэффициенты. Напряжения на шинах 4 трехфазного тока, шинах 5 однофазного тока и шинах 6 однофазного тока зависят от коэффициентов трансформаций.
3-1
где W - число витков фазы первичной обмотки 3-1.
1
2
3
Так как n=1, то напряжение на шинах 4 трехфазного тока будет равно напряжению источника 1 трехфазного тока. Напряжение на однофазных 5 шинах будет равно линейному напряжению ввиду того, что n=1, а напряжение на однофазных 6 шинах будет равно фазному, так как коэффициент трансформации n=1/√3.
Таким образом, введение трехфазных шин 4 и однофазных шин 5 с линейным и однофазных шин 6 с фазным напряжением упрощает подключение соответствующих потребителей, так как исключается подбор мощностей однофазных потребителей для равномерной загрузки фаз источника 1 трехфазного тока. Кроме того, выполнение однофазных обмоток 3-3 и 3-4 при равномерном распределении числа пазов в числе пазов трехфазной обмотки 3-1 и 3-2 позволяет исключить несимметрию трехфазной системы напряжений, так как любая нагрузка в однофазных обмотках будет симметричной нагрузкой трехфазных обмоток.
В предложенной системе изолирующий трансформатор позволяет получить фазное напряжение без дополнительных трансформаторов, а КПД трансформатора в виде статора и ротора электрической машины выше КПД трансформаторов других конструкций при любом числе обмоток, при этом в трехфазном трансформаторе обычной конструкции затруднительно выполнение одновременно загруженных одно- и трехфазных обмоток при при симметричной нагрузке трехфазной обмотки.
Источники, принятые во внимание:
[1]. Шидловский А.К., Борисов Б.П., Симметрирование однофазных и двухплечевых электротехнологических установок. Киев, Наукова думка, 1977, рис.9а, с.29.
[2]. Сергеев Б.С., Чечулина A.M. Источники электропитания электронной аппаратуры железнодорожного транспорта, М. Транспорт, 1998, рис.6.2., стр.196.