УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ РАССРЕДОТОЧЕННЫХ НЕТЯГОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ (ВАРИАНТЫ)
POWER SUPPLY DEVICE FOR REDUCED NON-TRAINING CONSUMERS OF RAILWAYS (OPTIONS)

Изобретение относится к устройствам электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог, таких как нагрузки освещения остановочных пунктов и переездов, устройств связи, а также устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, регулирующих движение поездов.
Известны источники электропитания, в которых для питания нетяговых потребителей применяется система продольного электроснабжения (Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи / Вл. В. Сапожников, И.П. Ковалев, В.А. Кононов, А.М. Костроминов, Б.С. Сергеев. - М.: Маршрут, 2005. - С. 220, рис. 7.3), включающая в себя источники электроэнергии, трансформаторные подстанции, протяженные линии электропередачи, проложенные вдоль путей, однофазные понижающие трансформаторы, выходное напряжение которых подключается к нагрузке нетяговых потребителей.
Недостатком подобных источников и систем электропитания является их большая стоимость при строительстве протяженных линий электропередачи, а также высокие эксплуатационные расходы на высоковольтное оборудование.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является источник электропитания устройств железнодорожной автоматики (Патент RU 2706851 С1, МПК B61L 1/04, опубл. 21.11.2019, бюл. №33), содержащий выпрямитель, выход которого подключен к емкостному накопителю энергии и к нагрузке, и образованный проходящими колесными парами, первым и вторым рельсами железнодорожного пути одного направления движения поездов, между шейками которых введен постоянный магнит с полюсами N и S, на котором расположена катушка индуктивности, выводы которой соединены с входами выпрямителя.
Недостатком этого источника электропитания является необходимость сверления отверстий в шейках рельсов и выполнения магнита специальной формы с резьбовым креплением к шейкам рельсов. Это обусловливает снижение надежности работы рельсов, увеличение капитальных вложений и эксплуатационных расходов. Кроме того, наличие постоянного магнита в пределах нижнего габарита подвижного состава определяет возможность его повреждения, например, при движении над устройством снегоочистительного механизма или другого аналогичного устройства.
Технической задачей изобретения является создание устройства, способного обеспечить электропитанием устройства рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог.
Технический результат - повышение надежности работы устройства электропитания, уменьшение стоимости устройства электропитания и снижение эксплуатационных расходов.
Для достижения указанного технического результата разработано 2 варианта конструкции устройства электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог - для электрифицированных железных дорог и для неэлектрифицированных железных дорог.
Вариант №1
Устройство электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей для электрифицированных железных дорог, содержащее выпрямитель, выход которого подключен к накопителю электрической энергии и к нагрузке, постоянный магнит с полюсами N и S, на котором расположена катушка индуктивности, выводы которой соединены с входами выпрямителя, согласно изобретению, устройство образовано, по меньшей мере, одним цельнометаллическим кузовом вагона, проходящего по участку железнодорожного пути одного направления, при этом постоянный магнит имеет подковообразную форму и закреплен на опоре в горизонтальном габарите приближения строений железнодорожного пути таким образом, чтобы его полюса N и S были направлены в сторону боковой стены кузова вагона.
Постоянный магнит закреплен на опоре при помощи кронштейнов.
Вариант №2
Устройство электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей для неэлектрифицированных железных дорог, содержащее выпрямитель, выход которого подключен к накопителю электрической энергии и к нагрузке, постоянный магнит с полюсами N и S, на котором расположена катушка индуктивности, выводы которой соединены с входами выпрямителя, согласно изобретению, устройство образовано, по меньшей мере, одним цельнометаллическим кузовом вагона, проходящего по участку железнодорожного пути одного направления, при этом постоянный магнит имеет подковообразную форму и закреплен на опоре в вертикальном габарите приближения строений железнодорожного пути таким образом, чтобы его полюса N и S были направлены в сторону крыши кузова вагона.
Постоянный магнит закреплен на опоре при помощи кронштейнов.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена схема устройства электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог по варианту №1 конструкции; на фиг. 2 - схема устройства питания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог по варианту №2 конструкции.
Устройство электропитания по варианту №1 (фиг. 1) образовано, по меньшей мере, одним цельнометаллическим кузовом вагона 1, проходящего по участку железнодорожного пути 2 одного направления движения поездов, и постоянным магнитом 7 подковообразной формы с полюсами N и S, закрепленном на опоре 3, установленной в горизонтальном габарите приближения строений железнодорожного пути 6. Постоянный магнит 7 закреплен на опоре 3 при помощи кронштейнов 4 и 5 таким образом, чтобы его полюса N и S были направлены в сторону боковой стены кузова вагона 1. На постоянном магните 7 намотана катушка индуктивности 8, выводы которой соединены с входами выпрямителя 9. Параллельно выходам выпрямителя 9 подключен накопитель электрической энергии 10 и входы нагрузки 11. В качестве накопителя электрической энергии могут использоваться известные аккумуляторы или суперконденсаторы. Нагрузкой 11 являются устройства рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог. К ним относятся установки, принадлежащие всем службам дороги, механизмы и инструменты, для работы которых необходима электроэнергия, а также освещение платформ, переездов и других объектов.
При проследовании по участку железнодорожного пути 2 вагона подвижного состава с кузовом 1 в конструкции показанной схемы возникает переменный магнитный поток 12, показанный пунктирной линией, который изменяется благодаря чередованию магнитной проницаемости кузовов вагонов подвижного состава при последовательном проследовании.
Устройство электропитания по варианту №2 (фиг. 2) образовано, по меньшей мере, одним цельнометаллическим кузовом вагона 1, проходящего по участку железнодорожного пути 2 одного направления движения поездов, и постоянным магнитом 7 подковообразной формы с полюсами N и S, закрепленном на опоре 3, установленной в вертикальном габарите приближения строений железнодорожного пути 6. Постоянный магнит 7 закреплен на опоре 3 при помощи кронштейнов 4 и 5 таким образом, чтобы его полюса N и S были направлены в сторону крыши кузова вагона 1. На постоянном магните 7 намотана катушка индуктивности 8, выводы которой соединены с входами выпрямителя 9. Параллельно выходам выпрямителя 9 подключен накопитель электрической энергии 10 и входы нагрузки 11. В качестве накопителя электрической энергии могут использоваться известные аккумуляторы или суперконденсаторы. Нагрузкой 11 являются устройства рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог. К ним относятся установки, принадлежащие всем службам дороги, механизмы и инструменты, для работы которых необходима электроэнергия, а также освещение платформ, переездов и других объектов.
При проследовании по участку железнодорожного пути 2 вагона подвижного состава с кузовом 1 в конструкции показанной схемы возникает переменный магнитный поток 12, показанный пунктирной линией, который изменяется благодаря чередованию магнитной проницаемости кузовов вагонов подвижного состава при последовательном проследовании.
Устройства электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог по вариантам №1 и №2 работают следующим образом.
При отсутствии кузова вагона 1 подвижного состава на участке железнодорожного пути 2, постоянный магнитный поток 12, создаваемый магнитом 7, замыкается через воздух, магнитная проницаемость которого равна единице. Выходное напряжение на катушке индуктивности 8 равно нулю. Напряжение на накопителе электрической энергии 10, а, следовательно, и на входе нагрузки 11 поддерживается неизменным за счет остаточного накопленного напряжения на накопителе электрической энергии 10, которое было накоплено во время движения кузова вагона 1 по участку железнодорожного пути 2.
При появлении кузова вагона 1 в магнитном поле постоянного магнита 7 замкнутый магнитный поток 12 увеличивается за счет большей магнитной проницаемости цельнометаллического кузова вагона 1. По мере последовательного продвижения кузовов вагонов подвижного состава в магнитном поле постоянного магнита, магнитный поток изменяется во времени. В соответствии с законом электромагнитной индукции на выводах катушки индуктивности 8 образуются импульсы разнополярного напряжения. После преобразования этого напряжения выпрямителем 9 импульсы напряжения подзаряжают накопитель электрической энергии 10, чем обеспечивается электропитание нагрузки 11.
Достаточная энергетическая эффективность рассматриваемой схемы устройства электропитания обеспечивается за счет того, что при продвижении по участку железнодорожного пути 2 кузовов вагонов 1 подвижного состава в магнитном поле постоянного магнита 7 количество этапов времени появления импульсов выходного напряжения составляет несколько десятков кузовов вагонов 1. Это будет соответствовать аналогичному увеличению мощности, накапливаемой в накопителе электрической энергии 10. Поэтому рассматриваемая схема может обеспечить нагрузку 11 электропитанием мощностью в несколько единиц-десятков ватт, что вполне достаточно для обеспечения работоспособности многих устройств рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог.
Повышение надежности приведенной схемы устройства электропитания достигается путем крепления постоянного магнита 7 на опоре 3 через кронштейны 4 и 5 в габарите приближения строений железнодорожного пути 6.
Таким образом, источником энергии для питания нагрузки 11 является процесс движения вагонов подвижного состава, которые движутся по участку железнодорожного пути 2 одного направления движения поездов в магнитном поле постоянного магнита 7 с катушкой индуктивности 8, выпрямителем 9, накопителем электрической энергии 10 и нагрузкой 11.
Следовательно, для питания нагрузки не требуется внешних источников электроснабжения, которые существуют в известных системах электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог. Этим достигается уменьшение стоимости устройства электропитания и снижение эксплуатационных расходов.