УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА

Полезная модель относится к электрооборудованию железнодорожного пассажирского вагона и является низковольтным устройством, работающим от подвагонного генератора во время движения поезда или от внешней промышленной сети переменного тока ~380 В, 50 Гц во время длительной стоянки. Устройство предназначено для электропитания бортовых потребителей пассажирского вагона, в том числе кондиционеров, и для подзаряда вагонных аккумуляторных батарей. Устройство конструктивно размещено в металлическом шкафу, который крепится под вагоном.
В систему электроснабжения современных пассажирских вагонов могут входить все или некоторые из электротехнических устройств, обеспечивающих подачу и преобразование электроэнергии от внешних источников питания, например:
подвагонный (трехфазный) генератор с приводом от оси колесной пары и регулятор напряжения этого подвагонного генератора,
аккумуляторная батарея;
высоковольтный преобразователь (при подключении к высоковольтной контактной сети железной дороги);
низковольтный трансформатор, преобразующий напряжение внешней трехфазной сети ~380 В, 50 Гц или выходное напряжение подвагонного генератора до нужного уровня;
выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное;
низковольтный преобразователь для формирования рабочих напряжений нагрузок.
Известное конструктивное воплощение системы электроснабжения пассажирского вагона, используемое в Днепровагонремстрое (http://dvrb.com.ua), предусматривает наличие под пассажирским вагоном следующих устройств в виде отдельных конструктивных элементов:
подвагонного генератора;
аккумуляторных батарей;
подвагонного высоковольтного аппаратного ящика;
высоковольтного статического преобразователя
понижающего низкочастотного крупногабаритного трансформатора;
аппаратного подвагонного ящика подключения внешнего напряжения трехфазной сети 380 В, 50 Гц;
низковольтного преобразователя для формирования питающих напряжений для вагонных потребителей.
Эта система обеспечивает возможность преобразования энергии для вагонных потребителей при поступлении внешнего питания от всех известных источников:
контактной железнодорожной сети, промышленного переменного сетевого напряжения, подвагонного генератора, аккумуляторных батарей.
Для питания пассажирских вагонов, не использующих подключение к высоковольтной контактной сети, а только лишь напряжение подвагонного генератора во время следования поезда и внешнюю трехфазную сеть ~380 В, 50 Гц на стоянках, требуется как минимум три подвагонных габаритных элемента, а именно:
низковольтный трансформатор с устройством подключения к внешней трехфазной сети ~380 В, 50 Гц;
выпрямитель с устройством подключения либо к подвагонному генератору, либо - к низковольтному трансформатору,
низковольтное преобразовательное устройство для формирования питания вагонных потребителей.
Известна полезная модель «Источник питания системы кондиционирования пассажирских вагонов» - RU №31075. Это устройство предназначено для работы в составе комплекса оборудования жизнеобеспечения пассажирских вагонов в качестве низковольтного преобразовательного устройства для формирования питания вагонных потребителей.
Источник питания выполнен в виде металлического шкафа прямоугольной вытянутой формы. Его задняя стенка имеет окна, в которых закреплены радиаторы ребристой стороной наружу. Внутри шкафа, на плоских поверхностях радиаторов закреплены съемные модули, содержащие схемные элементы статического преобразователя, обеспечивающего формирование требуемых видов питания для системы кондиционирования и/или других вагонных потребителей. Устройство содержит также платы без силовых элементов, которые закреплены на отдельных стойках перед силовыми элементами с возможностью поворота, чтобы обеспечить при необходимости доступ к силовым модулям.
Конструкция полезной модели позволяет использовать его в виде подвагонного устройства, при этом обеспечивает удобство технического обслуживания и ремонта.
Недостатком прототипа является ограниченное применение, обусловленное использованием лишь для питания вагонных потребителей, главным образом - кондиционеров.
Раскрытие полезной модели
Сущность заявляемой полезной модели заключается в создании единого низковольтного устройства электроснабжения железнодорожного вагона, совмещающего функции источника питания вагонных потребителей с функцией заряда аккумуляторных батарей. В конструкции также предусмотрено размещение внутри шкафа силовых элементов управления подвагонным генератором. Полезная модель может работать как от вагонных источников питания, так и от трехфазной промышленной сети ~380 В, 50 Гц, например, при стоянке в депо.
Устройство электроснабжения пассажирского вагона размещено в металлическом шкафу, который может крепиться под вагоном. Устройство служит для питания вагонных энергопотребителей, в том числе - системы кондиционирования вагона, а также для заряда аккумуляторных батарей. Шкаф содержит открывающиеся передние дверцы. В задней стенке прорезаны окна, в которых закреплены охлаждающие радиаторы ребрами наружу. Внутри ящика на радиаторах закреплены конструктивные модули, содержащие силовые элементы преобразователя напряжения, служащего для формирования питания вагонных потребителей. Кроме этих модулей на радиаторах размещены также элементы другого устройства - преобразователя напряжения зарядного устройства для вагонных аккумуляторных батарей (сокращенно - АБ), который содержит следующие блоки: входной выпрямитель, фильтр, высокочастотный инвертор, высокочастотный трансформатор и выходной выпрямитель. Эта цепочка работает при подключении шкафа к внешнему трехфазному питанию в депо. Причем один из выходов выходного выпрямителя предназначен для подачи напряжения к АБ, а другие могут служить в качестве источников питания различных вагонных потребителей. В боковой стенке шкафа предусмотрены отверстия с патрубками, через которые с помощью кабелей можно подсоединиться к внешним устройствам, расположенным вне шкафа.
Кроме того, в этом подвагонным шкафу могут быть размещены силовые элементы выпрямителя подвагонного генератора.
Техническое решение, исключающее потребность в крупногабаритном низкочастотном трансформаторе при подключении к трехфазному напряжению ~380 В в депо при формировании требуемого напряжения питания для различных вагонных потребителей, а также для зарядного устройства АБ вагона, обеспечивает существенное сокращение массогабаритных показателей подвагонных устройств.
Размещение внутри шкафа силового элемента, связанного с преобразованием напряжения подвагонного генератора обеспечивает сокращение количества единиц подвагонных элементов.
Кроме того, в боковой стенке шкафа имеется конструктивное устройство подключения к внешнему источнику трехфазного напряжения ~380 В, 50 Гц, выполненное в виде разъема с защитной дверцей, снабженной фиксатором положения. Дверца плотно закрыта во время следования поезда и зафиксирована в открытом положении при соединении с источником внешней промышленной сети в депо. Это улучшает условия эксплуатации устройства электроснабжения пассажирского вагона.
Описание графических фигур
На фиг.1 представлен внешний вид закрытого подвагонного шкафа с разъемом для подключения к внешней трехфазной сети ~380 В в нижней части правой боковой стенки.
На фиг.2 представлено конструктивное размещение внутренних элементов устройства электроснабжения пассажирского вагона на радиаторах, закрепленных в окнах задней стенки шкафа (передние дверцы шкафа сняты).
Осуществление полезной модели
Низковольтное устройство электроснабжения пассажирского вагона размещено в металлическом шкафу 1, содержащем открывающиеся передние дверцы 2 и окна в задней стенке шкафа. В окнах закреплены охлаждающие радиаторы 3-6 ребрами наружу, плоской поверхностью - внутрь. На радиаторах 3,4 закреплены конструктивные модули 7, входящие в состав преобразователя напряжения для питания вагонных потребителей. На радиаторе 5 размещен преобразователь зарядного устройства вагонных аккумуляторных батарей, включающий входной выпрямитель 8, фильтр 9, высокочастотный инвертор 10, трансформатор 11 и выходной выпрямитель 12, один из выходов которого может соединяться с аккумуляторными батареями кабелем, пропущенным через один из патрубков (13-16) в стенке шкафа 1, а другие - внутренними соединениями - с соответствующими блоками преобразователя напряжения для питания вагонных потребителей, размещенными на радиаторах 3,4. Полезная модель подключается к внешнему источнику трехфазного напряжения ~380 В/50 Гц через устройство подключения 17. Это устройство подключения снабжено защитной дверцей 18, которая фиксируется в открытом положении при питании шкафа от внешней трехфазной сети и закрыта при питании от других источников вагонного питания. На радиаторе 6 размещены элементы 19, входящие в состав устройства преобразования выходного напряжения подвагонного генератора, кабельная связь с которым осуществляется через один из патрубков (13-16) в боковой стенке шкафа 1. На вертикальной стойке 20, расположенной в середине шкафа перпендикулярно плоскости радиаторов, могут быть размещены прочие элементы 21 схемы и вентиляторы 22 для принудительного охлаждения нагревающихся модулей.
Заявленное техническое решение обеспечивает следующие преимущества:
- расширение функциональных возможностей устройства электроснабжения пассажирского вагона за счет введения конструктивных элементов, обеспечивающих полномерное функционирование всех вагонных потребителей при использовании различных источников внешнего питания;
- сокращение общих массогабаритных показателей подвагонных устройств;
- улучшение условий эксплуатации подвагонного устройства электроснабжения пассажирского вагона;
- упрощение технического обслуживания и ремонта за счет компактного размещения в одном подвагонном шкафу трех функциональных блоков вместо одного.
В качестве примера конкретного исполнения устройства электроснабжения для пассажирского транспорта можно привести разработанный авторами статический преобразователь ПЧ-24-01.
Металлический шкаф 1 выполнен из стали.
Радиаторы 3-6 выполнены из сплава алюминия типа АД-31.
На радиаторах 3 и 4 размещены силовые модули, посаженные на теплопроводную пасту КПТ-8 для более плотного прилегания и улучшения теплопередачи.
На радиаторе 5 на той же пасте посажен выпрямитель 8 на тиристорных модулях типа МТТ-160-12-62.
Фильтр 9 состоит из конденсаторов типа ERWE-401-LGC682.
В качестве высокочастотного инвертора используется транзисторно-диодный модуль SKM 300 IB 124D.
В нижней части радиатора 5 установлен высокочастотный трансформатор 11, выполненный из высокочастотного намоточного провода на П-образном ферритовом сердечнике, залитый компаундом ПК-68.
Выходной выпрямитель 12 выполнен по схеме диодного моста типа М2ДЧ2.
К элементам управления подвагонным генератором относится входной выпрямитель на базе диодных модулей MDD 320-12.
На боковой стенке справа имеются патрубки, через которые осуществляется кабельное соединение устройства электроснабжения с внешними устройствами вагона.
Разъем 17 закрыт крышкой 18 прямоугольной формы, выполненной из стали. Крышка снабжена защелкиваемым стальным держателем.
Статический преобразователь ПЧ-24-01 предназначен для использования на пассажирских вагонах в качестве источника питания всех бортовых потребителей, включая кондиционеры, а также - для подзаряда вагонных аккумуляторов.