ШКАФ ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию транспортных средств, предназначенному для питания цепей управления бортовой сети электровоза как переменного, так и постоянного тока.
Известен шкаф питания (Патент РФ №2301157), содержащий преобразователь напряжения контактной сети в напряжение для заряда аккумуляторной батареи и питания низковольтных цепей. Параллельно преобразователю напряжения подключена аккумуляторная батарея. К положительным полюсам шкафа питания подключены низковольтные цепи, последовательно соединенные токоограничивающий резистор, диод и конденсатор, подключенный одним выводом к общему отрицательному полюсу преобразователя напряжения, аккумуляторной батареи и низковольтных цепей, а другим полюсом через токоограничивающий резистор и диод к их плюсовым выводам. Дополнительно в цепь между положительным выводом конденсатора и общим положительным выводом преобразователя, аккумуляторной батареи и низковольтных цепей включен электронный коммутатор с дополнительным токоограничивающим резистором, управляемый датчиком импульсного потребления мощности и датчиком напряжения. При этом первый вход электронного коммутатора соединен с выходом датчика импульсного потребления мощности, второй его вход соединен с выходом датчика напряжения, третий вход через дополнительный токоограничивающий резистор соединен с положительным полюсом конденсатора, первым входом датчика напряжения и катодом диода. Выход электронного коммутатора соединен с положительными полюсами преобразователя, аккумуляторной батареи и низковольтных цепей, первым входом датчика импульсного потребления мощности и через токоограничивающий резистор с анодом диода. Второй вход датчика
импульсного потребления мощности соединен со вторым входом датчика напряжения и общим отрицательным полюсом преобразователя, аккумуляторной батареи, конденсатора и низковольтных цепей.
Указанный шкаф питания предназначен для односекционного железнодорожного транспортного средства, не имеет каналов резервного питания потребителей другой секции, что ограничивает сферу его применения.
Наиболее близким по технической сущности является шкаф питания, цепей управления многосекционного электровоза, содержащий клеммы для подключения его к источнику переменного тока статическим преобразователем, соединенным с переключателями и клеммными разъемами с цепями управления (нагрузками) и аккумуляторной батареей, а к клеммным разъемам, кроме того, подключены входы от розетки, предназначенной для питания от источника депо, от выводов шкафов питания других секций, при этом переключатели и клеммные разъемы обеспечивают возможность питания цепей управления в положениях: «нормально» от преобразователя, «аварийно» от аккумуляторной батареи или входов в шкаф питания от аналогичного шкафа питания другой секции, в положении «источника депо» от входов с источника депо, в положении «отключено» (см. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации /Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. - М:. Транспорт 1992. - 480 с.: ил. табл. См. рис.3.5 на стр.33 и рис.7.46 на стр.177, а также стр.57-86).
Недостатком шкафа является возможность кратковременного прерывания электрообеспечения нагрузок при исчезновении питающего напряжения на входе шкафа. В этом случае, катушка контактора, теряя питание, замыкает контакт, который автоматически переключает цепи питания нагрузок, т.е. цепей управления с обесточенного основного канала питания (статического преобразователя) на аккумуляторную батарею. При этом время перехода (переключения каналов питания) составляет приблизительно 50-60 мс. В зависимости от значения напряжения и характера нагрузки, возможна кратковременная потеря питания
потребителей, что может привести к серьезным сбоям в работе многих элементов, особенно электронных: электронных блоков управления и систем безопасности, к которым относятся комплексные локомотивные устройства безопасности типа КЛУБ-У, система автоматического управления торможением САУТ и другие.
Задачей полезной модели является разработка шкафа питания, обеспечивающего бесперебойность электропитания цепей управления электровоза, возможность использования шкафа питания на многосекционных электровозах.
Поставленная задача решается тем, что шкаф питания цепей управления многосекционного электровоза, содержащий клеммы для подключения его к источнику переменного тока статическим преобразователем, соединенным с переключателями и клеммными разъемами с цепями управления (нагрузками) и аккумуляторной батареей, а к клеммным разъемам, кроме того, подключены входы от розетки, предназначенной для питания от источника депо, от выводов шкафов питания других секций, при этом переключатели и клеммные разъемы обеспечивают возможность питания цепей управления в положениях: «нормально» от преобразователя, «аварийно» от аккумуляторной батареи или входов в шкаф питания от аналогичного шкафа питания другой секции, в положении «источник депо» от входов с источника депо, в положении «отключено», содержит новые признаки - переключатели выполнены пакетными, многополюсными, с возможностью переключения в положения: «нормально», «аварийно», «источник депо» и «отключено», при этом от батареи к клеммам разъема, предназначенным для питания цепей управления систем безопасности во время аварийного переключения, подсоединен провод с напряжением, составляющим 0,7÷0,8 от полного напряжения батареи.
Технический результат:
1) обеспечение бесперебойности энергоснабжения при переключении штатного (нормального) питания нагрузки на питание от аккумуляторной
батареи (АБ) за счет подключения вывода части АБ к цепи питания основного канала. При этом, вывод части АБ выбирают таким образом, чтобы напряжение между промежуточным выводом и клеммой крайнего аккумулятора с отрицательным потенциалом напряжения имело значение выше минимального напряжения по условиям нормальной работы цепей нагрузки, но ниже номинального напряжения выходной цепи ШП в нормальном режиме работы, во избежание нецелесообразного разряда АБ;
2) возможность заряда аккумуляторной батареи, подключенной к ШП другой секции электровоза;
3) обеспечение бесперебойности энергоснабжения и канала питания ответственных нагрузок ШП, таких как: электронных блоков управления, систем безопасности электровоза и других.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого шкафа питания.
На фиг.2 представлена схема межсекционного соединения шкафов питания каждой секции двухсекционного электровоза.
Шкаф питания содержит клеммы 1 и 2 источника переменного тока, двухполюсный контакт 3 контактора 25, трансформатор 4, первичная обмотка которого подключена к двухполюсному контакту 3, а вторичная обмотка подключена в диагональ моста статического преобразователя 5, состоящего из диодов 6, 7, 8 и 9. Статический преобразователь 5 может быть выполнен и по другой схеме, с другой элементной базой. К каждой из клемм вторичной обмотки трансформатора 4 подключены тиристоры 10 и 11, катодами соединенные между собой и подключенные к входу сглаживающего дросселя 18 нормальной цепи питания цепей управления. Выход дросселя 18 через контакт «нормально» третьего полюса пакетного переключателя 27 подключен к клемме 70 разъема 29 и проводом 35 к нагрузке (нагрузка на фигуре не показана). Общая точка соединения анодов диодов 8 и 9 преобразователя 5 подключена через контакт «нормально» первого полюса переключателя 27 к клемме 71 разъема 29 и проводом 36 к цепям управления.
Переключатели 27, 28 и клеммные разъемы 29 обеспечивают возможность питания цепей управления в положениях переключателей: «нормально» от преобразователя, «аварийно» от аккумуляторной батареи или входов в шкаф питания от аналогичного шкафа питания другой секции, в положении «источник депо» от входов с источника депо, в положении «отключено». Переключатели 27 и 28 выполнены пакетными, многополюсными, с возможностью переключения в положения: «нормально», «аварийно», «источник депо» и «отключено», при этом от батареи 30 к клеммам разъема 72 подсоединен провод 46 с напряжением 0,7÷0,8 от полного напряжения батареи 30, предназначенный для питания цепей управления систем безопасности во время аварийного переключения.
Диоды 6 и 7, подключенные анодами к вторичной обмотке трансформатора 4 катодами, соединены в общую точку, подключенную к зашунтированному резистором 16 нормально замкнутому контакту 15 контактора 17, катушка которого подключена последовательно с зашунтированным контактом 15, выход которого подключен к общей точке соединения анодов диодов 8 и 9.
К точке соединения анодов диодов 8 и 9 преобразователя 5 анодом подключен диод 12, катодом подключенный к общей точке соединения тиристоров 10 и 11. К общей точке соединения катодов тиристоров 10 и 11 и катода диода 12 анодом подключен тиристор 14. Диод 12 и тиристор 14 шунтированы диодом 13, катод которого подключен к катоду тиристора 14. К общей точке соединения анодов диода 13 и тиристора 14 подключен дроссель 20 цепи заряда АБ 30. К выходу дросселя 20 анодом подключен диод 21. К общей точке соединения выхода дросселя 20 и анода тиристора 21 анодом подключен диод 23, катод которого подключен к клемме 73 разъема 29. К выходу клеммы 73 разъема 29 подключен провод 38 питающий цепи управления. Между выходом дросселя 18 и катодом диода 21 подключен контакт 19 контактора 17. К выходу дросселя 18 подключена одна часть контактной пары выключателя 22, другой частью подключенная к клемме 74 разъема 29, и далее к проводу 39, к катушке контактора 25 и к проводу 40 (на
«землю»). Ко второму полюсу переключателя 28 анодом подключен диод 26, катодом к общей точке соединения выхода дросселя 18 и третьего полюса переключателя 27. К третьему полюсу переключателя 28 подключен датчик тока 24, выход которого подключен к общей точке соединения анодов диодов 8 и 9 преобразователя 5. К клеммам 75 и 76 разъема 29 проводами 41 и 42 подключена розетка 43 для питания цепей управления ШП от источника депо. К клемме 77 подключен провод 44 («земля»). К клемме 71 подключен провод 36 для питания цепей управления. К клемме 78 подключен провод 45 для питания цепей управления от АБ 30. К клемме 72 подключен провод 46 для питания нагрузок от вывода АБ 30 с напряжением 0,7÷0,8 от напряжения всей АБ. К клемме 79 проводом 47 подключен «минус» АБ 30. К клеммам 80 и 81 разъема 29 проводами 48 и 49 подключена розетка 50 для заряда АБ от источника депо. К клемме 84 подключен минусовой провод 44 для питания АБ 30 от другой секции. К клемме 82 подключен плюсовой провод 51 для питания АБ 30 от ШП другой секции. К клемме 74 проводом 39 подключена катушка 25 контактора для подключения своими контактами 3 ШП к клеммам 1 и 2 источника переменного напряжения ШП. К клемме 73 подключен провод 38 для заряда АБ 30 другой секции. АБ 30 может не входить в состав (конструктив) ШП. Тиристоры 10 и 11 предназначены для стабилизации напряжения на нагрузке путем фазового регулирования входного напряжения. Тиристор 14 предназначен для заряда АБ 30. Диод 21 препятствует разрядке АБ 30 при напряжении на АБ 30 больше, чем напряжение цепей управления. Диод 23 препятствует протеканию тока к источнику питания от ШП другой секции. Диод 26 развязывает цепь питания и «подхвата» питания при исчезновении питающего напряжения на входе ШП, что исключает провал питающего напряжения. Клеммы разъема 29 могут быть размещены в нескольких других разъемах, при сохранении суммарного количества необходимых клемм ШП. Допускается также другая маркировка и обозначение клемм разъема. Такое техническое решение может быть принято исходя из конструктивных особенностей ШП.
Провода, подключенные к разъему 29, могут быть объединены в жгут (пучок) 60. Тиристоры 10, 11 и 14, диоды 12, 13,21 и 23 также могут входить в состав преобразователя 5.
В качестве переключателей 27 «цепи управления» и 28 «батарея» может быть использован пакетный переключатель серии ПП, например ПП3-100-Н3 (см. www.paketnik.ru, многоканальный тел./факс: (495) 676-33-25). Преимуществами данного переключателя над использовавшимися переключателями типа «рубильник» в ШП являются: изолированность токоведущих частей, способность коммутировать несколько цепей за счет нескольких полюсов. Использование пакетного переключателя позволяет устанавливать его в 4 положения. Под переключением понимается изменение положения рукоятки и всей подвижной системы на 90 градусов.
Смысловые и поясняющие надписи маркировок клемм разъема 29 ШП могут носить условный характер и могут иметь другое обозначение.
Соединение ШП каждой секции осуществляется проводами по межэлектровозным соединениям (фиг.2). Монтаж проводов в пределах каждой секции электровоза организован путем так называемого «крещения», согласно которому провод 35 соединяют с проводом 52, провод 38 с проводом 51. Остальные провода 36 и 44 соединяют с одноименными. Соединение проводов выполняют при помощи межсекционных розеток 54÷59.
К системам безопасности электровоза, получающим питание от шкафа питания, относятся: радиостанция, комплексное локомотивное устройство безопасности типа КЛУБ-У, система автоматического управления торможением САУТ, радиостанция и другие устройства и системы.
Шкаф питания работает следующим образом.
Режим штатного питания цепей управления
В этом режиме переключатели 27 (SA1 «Цепи управления») и 28 (SA2 «Батарея») находятся в положении «Нормально». При этом путь тока цепи питания нагрузки (цепей управления) составит: вход ШП клемма 1 или 2, трансформатор 4, преобразователь 5, выходной дроссель 18 нормальной цепи
питания ШП, контакты пакетного переключателя 27 «нормально», выход ШП клемма 70 разъема 29, провод 35, цепи управления, провод 36, клемма 71 разъема 29 ШП, контакт переключателя 27 «нормально», диоды 8 или 9 преобразователя 5, трансформатор 4, клемма 2 или 1.
Режим замещения источника питания, вследствие исчезновения питающего напряжения на входе ШП (автоматический переход на питание цепей управления от АБ).
При исчезновении питающего напряжения катушка контактора 17 теряет питание, контакты 15 и 19 контактора 17 замыкаются и питание цепей управления (нагрузок) осуществляется по цепи: клемма аккумуляторной батареи 30 с положительным потенциалом +, клемма 78 выходного разъема 29 ШП, контакты переключателя 28, клеммы «нормально», контакт 19 контактора 17, контакты переключателя 27 в положении «нормально» - клеммы нормально - клемма 70 разъема 29, провод 35 - нагрузка, провод 36, клемма 71 разъема 29 - контакт «нормально» первого полюса переключателя 27 - датчик тока 24 - контакт «нормально» третьего полюса переключателя 28, клемма 79 разъема 29, провод 47 - минус АБ 30.
В момент времени, когда катушка контактора 17 теряет питание, напряжение на нагрузке, поступающее от преобразователя 5, исчезает, а напряжение с АБ 30 через контакт 19 еще не поступает. Такой процесс, по экспериментальным наблюдениям, составляет в среднем 50÷60 мс, однако электроснабжение нагрузок не прекращается, поскольку напряжение с части АБ 30, составляющее 0,7÷0,8 от напряжения АБ 30, через клемму 72 разъема 29, переключатель 28, диод 26 прикладывают к цепям управления. Значение этого напряжения является достаточным для «подхвата» питания и обеспечения непрерывности протекания тока. После переключения контакта 19 в замкнутое положение полное (100%) напряжение АБ 30 прикладывается к цепям управления и диод 26 запирается. Напряжение 0,7÷0,8 от напряжения АБ продолжает «дежурить» на входе цепей управления. В нормальном режиме питания цепей управления через диод 26 ток не протекает, а следовательно, АБ 30 не разряжается.
Режим заряда АБ от источника депо
Для заряда АБ 30 от источника питания депо подключают вилку источника питания депо в розетку 50 («Заряд батареи») и переводят переключатель 28 в положение «Источник депо». Путь тока составит: положительный потенциал розетки 50, провод 49 - клемма 81 разъема 29, первый полюс переключателя 28, клемма «источник депо» - клемма 78 разъема 29, провод 45, положительная обкладка АБ 30 - отрицательная обкладка АБ 30, провод 47, клемма 79 разъема 29 ШП, третий полюс переключателя 28, клемма «источник депо», клемма 71, клемма 80 разъема 29, провод 48, отрицательный потенциал розетки 50. При этом возможно также питание нагрузок ШП по проводам 35 и 36 от заряжаемого в буферном режиме ШП.
Для питания цепей управления и прочих нагрузок ШП от стороннего источника питания подключают в розетку 43 «Депо» вилку стороннего источника постоянного тока. Переводят переключатель 27 в положение «Источник депо». Путь тока в этом случае составит: клемма розетки 43 с положительным потенциалом напряжения, провод 41, клемма 75 разъема 29 ШП, третий полюс переключателя 27 («Цепи управления») в положении «Источник депо», клемма 70 разъема 29 ШП, провод 35, нагрузки ШП, провод 36, клемма 71 разъема 29 первого и второго полюсов переключателя 27 в положении «Источник депо», клемма 76 разъема 29, провод 42, отрицательный потенциал напряжения розетки 43.
В предлагаемом ШП питание цепей управления, подключенных к неисправному ШП, возможно от другого (исправного ШП).
Наиболее вероятной причиной неисправности ШП может являться отсутствие электропитания на стороне переменного тока, выход из строя преобразовательной части ШП.
Питание потребителей ШП одной секции (резервирование) от ШП другой секции в случае неисправности одного из ШП
На двухсекционном электровозе в каждой секции установлено по одному ШП. В случае отказа ШП одной из секций электровоза, питание его нагрузок осуществляется от аккумуляторной батареи.
В случае неисправности одного из ШП, на неисправном ШП переключатель 27 переключается в положение «Аварийно». В этом случае питание нагрузок секции электровоза с неисправным ШП выполняют по цепи: исправный ШП - провод 35, розетка 55 (56), розетки 55 (56)секции электровоза с неисправным ШП - провод 52 - клемма 83 разъема 29, третий полюс переключателя 27 «Аварийно», клемма 70 разъема 29 - провод 35, нагрузка - провод 44 - клемма 77 разъема 29, первый и второй полюсы переключателя 27 в положении «аварийно» - клемма 84 разъема 29 - провод 44.
Заряд АБ другой секции при неисправном ШП другой секции
Заряд АБ другой секции при неисправном ШП другой секции от ШП данной секции осуществляется по цепи: клемма 1 (2) источника питания, контакты 3 контактора 25 исправного ШП, трансформатор 4, тиристоры 10 (11), 14, дроссель 20, диод 23, клемма 73 разъема 29, провод 38, розетка 57, розетки 58, 59 секции с неисправным ШП, цепи неисправного ШП: провод 51, разъем 82, переключатель 28, клеммы «аварийно», клеммы 78 разъема 29, провод 45, АБ 30 (подлежащая заряду), провод 47, клемма 79 разъема 29, переключатель 28 клемма «аварийно», разъем 85, провод 44, исправный ШП, провод 44, клемма 77 разъема 29, переключатель 27 клемма «нормально», преобразователь 5, трансформатор 4, контакты 3 контактора 25, клемма 2 (1) источника питания.
Таким образом, представленное техническое решение обеспечивает бесперебойность электропитания цепей управления электровоза и возможность использования шкафа питания на многосекционных электровозах.