КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Полезная модель относится к электрооборудованию железнодорожного транспорта, конкретно к комплексу электрооборудования для пассажирских вагонов железнодорожного транспорта.
Известны комплексы электрооборудования для электропитания пассажирских вагонов последнего поколения напряжением 110 В /1÷3/.
Указанные комплексы из-за высокого напряжения электропитания обладают достаточной мощностью для электроснабжения современного оборудования пассажирских вагонов.
Вместе с тем, в железнодорожном транспорте России и стран СНГ продолжается эксплуатация большого количества вагонов советского производства с комплексами электрооборудования (источниками электропитания) напряжением 50 В /4/.
Указанный комплекс электрооборудования для пассажирских вагонов железнодорожного транспорта содержит пульт управления, низковольтный генератор трехфазного напряжения, аккумуляторную батарею напряжением 50 В и высоковольтный ящик - коммутатор для электропитания котла отопления вагона от подвагонной магистрали напряжением 3000 В, пульт управления выполнен в виде шкафа, на лицевой стороне которого установлена панель переключателей режимов работы комплекса и панель индикации, а внутри шкафа установлен выпрямительный мост, аппаратура коммутации и защиты электрооборудования, содержащая основной и дополнительный каналы электропитания, соединенные по выходу с клеммником для подключения низковольтных потребителей вагона, а по входу - с выходами аккумуляторной батареи и выпрямительного моста, соединенного по входу с выходами генератора, управляющий вход которого соединен с первым выходом панели переключателей, второй и третий выходы которой соединены соответственно с управляющими входами высоковольтного ящика и аппаратуры коммутации и защиты электрооборудования, сигнальный выход которой соединен с входом панели индикации, причем пульт управления снабжен клеммником аварийного подключения к межвагонной магистрали напряжением 50 В, а генератор трехфазного напряжения выполнен с возможностью вращения его ротора механическим приводом от колесной пары вагона.
При этом клеммник аварийного подключения межвагонной магистрали напряжением 50 В соединен с дополнительным каналом электропитания потребителей вагона через механические релейные элементы и перключатели.
Из-за низкого напряжения электропитания и увеличенных внутренних омических потерь, связанных с увеличенными токами в низковольтных источниках электропитания, а также из-за недостаточной надежностью механических релейных элементов развязки аварийного электропитания указанные комплексы не обеспечивают надежное электропитание систем жизнеобеспечения современных пассажирских вагонов. Кроме того элементная база этих комплексов электрооборудования устарела и промышленностью не выпускается.
В полезной модели поставлена задача продлить срок службы существующего парка вагонов советского производства путем реанимации его комплексов электрооборудования напряжением 50 В.
Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является повышение выходной мощности и надежности работы комплекса электрооборудования за счет снижения в нем омических (тепловых) потерь.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что комплекс электрооборудования для пассажирских вагонов железнодорожного транспорта, содержащий пульт управления, низковольтный генератор трехфазного напряжения, аккумуляторную батарею напряжением 50 В и высоковольтный ящик - коммутатор для электропитания котла отопления вагона от подвагонной магистрали напряжением 3000 В, пульт управления выполнен в виде шкафа, на лицевой стороне которого установлена панель переключателей режимов работы комплекса и панель индикации, а внутри шкафа установлен выпрямительный мост, аппаратура коммутации и защиты электрооборудования, содержащая основной и дополнительный каналы электропитания, соединенные по выходу с клеммником для подключения низковольтных потребителей вагона, а по входу - с выходами аккумуляторной батареи и выпрямительного моста, соединенного по входу с выходами генератора, управляющий вход которого соединен с первым выходом панели переключателей, второй и третий выходы которой соединены соответственно с управляющими входами высоковольтного ящика и аппаратуры коммутации и защиты электрооборудования, сигнальный выход которой соединен с входом панели индикации, причем пульт управления снабжен клеммником аварийного подключения к межвагонной магистрали напряжением 50 В, а генератор трехфазного напряжения выполнен с возможностью вращения его ротора механическим приводом от колесной пары вагона, согласно полезной модели он дополнительно содержит схему диодной, развязки установленную в цепи дополнительного канала электропитания, соединенную по входу с положительными электродами выпрямительного моста и аккумуляторной батареи, а по выходу - с входом дополнительного канала электропитания аппаратуры и с положительной клеммой подключения межвагонной магистрали напряжением 50 В, выпрямительный мост выполнен на выпрямительных модулях с пониженным омическим сопротивлением, а блок индикации - на светодиодных элементах.
Введение схемы диодной развязки, установленной в цепи дополнительного канала электропитания, соединенного по входу с положительными электродами выпрямительного моста и аккумуляторной батареи, а по выходу - с входом дополнительного канала электропитания аппаратуры и с положительной клеммой подключения межвагонной магистрали напряжением 50 В, а также выполнение выпрямительного моста на выпрямительных модулях с пониженным омическим сопротивлением, а панели индикаторов - на светодиодных элементах позволяет снизить внутренние омические потери энергии в комплексе электрооборудования и, как следствие, увеличить полезную нагрузку на комплекс и повысить надежность работы последнего за счет снижения тепловой нагрузки на электрические элементы комплекса.
Повышение надежности комплекса электрооборудования, а также снижение внутренних электрических потерь при фиксированной мощности первичных источников энергии (подвагонного генератора и аккумулятора) в свою очередь позволяет повысить мощность полезной нагрузки, использовать в вагонах дополнительное электрооборудование для повышения комфортабельности жизнеобеспечения вагонов, реанимировать и продлить сроки эксплуатации последних на российских железных дорогах (РЖД).
На фигуре представлена функциональная схема комплекса электрооборудования для пассажирских вагонов железнодорожного транспорта напряжением 50 В.
Комплекс электрооборудования для пассажирских вагонов железнодорожного транспорта, содержит пульт 1 управления, низковольтный генератор 2 трехфазного напряжения, аккумуляторную батарею 3 напряжением 50 В и высоковольтный ящик - коммутатор 4 для электропитания котла отопления вагона от подвагонной магистрали напряжением 3000 В. Пульт 1 управления выполнен в виде шкафа, на лицевой стороне которого установлена панель 1.1 переключателей режимов работы комплекса и панель 1.2 индикации, а внутри шкафа установлен выпрямительный мост 1.3, аппаратура 1.4 коммутации и защиты электрооборудования, схема 1.5 диодной развязки. Аппаратура 1.4 содержит клеммник 1.6 для подключения низковольтных потребителей вагона, основной 1.7 и дополнительный 1.8 каналы электропитания (ЭП), соединенные по выходу с клеммником 1.6, а по входу - с положительными электродами аккумуляторной батареи 3 и выпрямительного моста 1.3. Мост 1.3 соединен по входу с выходами генератора 2, выполненного с возможностью вращения его ротора механическим приводом от колесной пары вагона. Управляющий вход генератора 2 соединен с первым выходом панели 1.1 переключателей. Второй и третий выходы панели 1.1 соединены соответственно с управляющими входами высоковольтного ящика 4 и аппаратуры 4 1. коммутации и защиты электрооборудования. Сигнальный выход аппаратуры 1.4 соединен с входом панели 1.2 индикации пульта 1. Пульт 1 управления снабжен клеммником аварийного подключения к межвагонной магистрали напряжением 50 В, соединенного через схему 1.5 диодной развязки с входом аппаратуры 1.4. Схема 1.5 установлена в цепи дополнительного канала 1.8 электропитания и соединена по входу с положительными электродами выпрямительного моста 1.3 и аккумуляторной батареи 3, а по выходу - с входом дополнительного канала 1.8 электропитания аппаратуры и с положительной клеммой 1.9 подключения межвагонной магистрали напряжением 50 В. Выпрямительный мост 1.3 выполнен на выпрямительных модулях серии «АЛЕИ» с пониженным омическим сопротивлением, а панель индикации 1.2 - на светодиодных элементах. Соединительные линии комплекса по сигналам управления и индикации выполнены на многожильных кабелях.
Комплекс электрооборудования для пассажирских вагонов железнодорожного транспорта работает следующим образом.
При движении вагона со скоростью не менее 45 км в час кинетическая энергия вращения колес вагона преобразуется генератором 2 в электрическую энергию трехфазного тока. Далее переменный ток генератора 2 выпрямительным мостом 1.3 преобразуется в постоянный ток с напряжением не менее 50 В. При этом через диодную схему 1.5 развязки напряжение с моста 1.3 подается на аппаратуру 1.4 и одновременно на зарядку батареи 3. Аппаратура 3 в зависимости от положения переключателей режимов работы панели 1.1 (основное, дополнительное и/или дежурное освещение) выдает через включенные с панели 1.1 контакторы и клеммы 1.6 пульта 1 электропитания на соответствующие режиму работы электропотребители вагона (освещение, пожарная и охранная сигнализация, санитарно-техническое оборудование, системы вентиляции и кондиционирования и др.). Сигналы о включении соответствующего электропитания отображаются на панели 1.2 индикаторов. При этом загорается соответствующий включенному режиму светодиод.
При включении тумблера «Отопление» на панели 1.1 на высоковольтный ящик 4 выдается сигнал на подключение напряжения 3000 В от внешней высоковольтной магистрали на котел отопления вагона. При включении высоковольтных контакторов ящика 4 и подключении электропитания на котел отопления срабатывает соответствующий датчик (на фигуре не показано) и на блоке 1.2 индикации загорается светодиод «Отопление включено».
При снижении скорости движения вагона ниже 45 км/час напряжение на выходе выпрямительного моста 1.3 снижается U<50 В и при остановке поезда до нуля (U=0 В). При этом электропитание низковольтных потребителей вагона автоматически переходит на параллельно подключенную аккумуляторную батарею. В аварийном режиме работы (при выходе собственных источников 1.3 и 3 электропитания из строя) схема 1.5 диодной развязки автоматически подключает аварийное электропитание от межвагонной магистрали 50 В. При этом автоматически предотвращается возможность отключения в вагоне дежурного освещения, систем пожарной и охранной сигнализации. Этим, а также снижением внутренних тепловых потерь (уменьшение омического сопротивления элементов моста 1.3 и панели 1.2 индикации) обеспечивается повышение надежности заявленного комплекса электроснабжения и бесперебойная его работа.
При повторном движении транспорта процесс энергоснабжения потребителей повторяется.
Полезная модель разработана на уровне опытного образца. Результаты его испытаний показали возможность реанимации электрооборудования напряжением 50 В без замены кабельного хозяйства и без доработки внешней конструкции шкафов пульта 1 управления, ящиков для аккумуляторной батареи, высоковольтных ящиков и клеммных коробок для них. При этом надежность работы комплекса электрооборудования повысилась не менее, чем на 12%, а среднее время на отказ, по сравнению с прототипом, увеличилось практически в 2 раза.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Комплекс электроснабжения пассажирского вагона. RU 37678, МПК: B60L 1/00, 2004
2. Комплекс электропитания потребителей пассажирского вагона с централизованным электроснабжением, RU 52367, МПК: B60L 1/00, 2006.
3. Устройство электрооборудования пассажирского вагона (варианты). RU 61655, МПК: B60R 16/04, 2007
4. Комплект электрооборудования ЭВ 10.02.29. Техническое описание. Инструкция по эксплуатации. ИДНЮ. 566121.013РЭ. Индекс 004. Рига, Изд-во: «ГП «Рижский электромашиностроительный завод», 1993