КОМПЛЕКС ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА Российский патент 2001 года по МПК B61L1/12 H02J7/16 

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, конкретно к устройствам подачи электроэнергии к вспомогательному оборудованию железнодорожных пассажирских вагонов с использованием различных источников питания.

Известно устройство для питания электрической сети вагона [1], содержащее аккумуляторную батарею, переключатель аккумуляторной батареи, генератор переменного тока, имеющий две силовые обмотки, основной выпрямитель и вольтодобавочный зарядный выпрямитель, при этом первая силовая обмотка генератора подключена к входу основного выпрямителя, выход которого подключен к потребителям вагона, а вторая обмотка - к входу вольтодобавочного зарядного выпрямителя, включенного последовательно с основным выпрямителем, а выход вольтодобавочного зарядного выпрямителя через переключатель аккумуляторной батареи подключен к одному из полюсов аккумуляторной батареи, другой полюс которой подключен к соответствующему выводу основного выпрямителя.

Известна также система электроснабжения пассажирского вагона [2], содержащей генератор с силовой обмоткой и обмоткой возбуждения, соединенной с выходом блока регулирования напряжения генератора, понижающий трансформатор, подключенный первичной обмоткой к выводам внешней трехфазной сети переменного тока, контактное переключающее устройство, силовой выпрямитель, аккумуляторную батарею и общие шины вагона, с которыми соединена нагрузка.

Недостатками известных устройств [1,2] являются усложненная конструкция генератора, невозможность электроснабжения вагона и автоматического заряда аккумуляторной батареи во время стоянки вагона от внешней сети переменного тока, а также отсутствие электронной защиты источников тока от их перегрузки и отсутствие возможности автоматического переключения электропитания с генератора на внешнюю сеть.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания комплекса электроснабжения пассажирского вагона, конструкция которого обеспечивает автоматическую регулировку напряжения заряда аккумуляторной батареи в требуемом диапазоне при электроснабжении вагона от внешней сети переменного тока, электронную защиту источников тока от их перегрузки и автоматический переход на электроснабжение от внешней сети переменного тока.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в комплексе электроснабжения пассажирского вагона, содержащем генератор с силовой обмоткой и обмоткой возбуждения, соединенной с выходом блока регулирования напряжения генератора, понижающий трансформатор, подключенный первичной обмоткой к выводам внешней трехфазной сети переменного тока, контактное переключающее устройство, силовой выпрямитель, аккумуляторную батарею и общие шины вагона, с которыми соединена нагрузка, дополнительно введены блок управления силовым выпрямителем и два датчика тока, генератор выполнен трехфазным с приводом от оси колесной пары, а силовой выпрямитель - с использованием тиристоров, при этом входы силового выпрямителя через размыкающие и замыкающие контакты переключающего устройства подключены соответственно к силовой обмотке генератора и вторичной обмотке трансформатора, а его выход через первый датчик тока соединен с общими шинами вагона, аккумуляторная батарея подключена к общим шинам вагона через второй датчик тока, входы блока регулирования напряжения генератора соединены с выходами силового выпрямителя и обоих датчиков тока, а также с силовой обмоткой генератора, входы блока управления силовым выпрямителем подключены к входам и выходу силового выпрямителя, выходу второго датчика тока и сигнальному выходу переключающего устройства, а выход - к управляющим электродам тиристоров силового выпрямителя.

Кроме того, предусмотрена возможность подключения выхода первого датчика тока к входу блока управления силовым выпрямителем.

Также предусмотрена возможность выполнения переключающего устройства в виде электромагнитного контактора, обмотка которого подключена к вторичной обмотке понижающего трансформатора.

Введение отличительных признаков в изобретение позволяет обеспечить автоматическую регулировку напряжения заряда аккумуляторной батареи как от подвагонного генератора, так и при электроснабжении от внешней сети переменного тока, обеспечить электронную защиту источников тока от их перегрузки и автоматический переход электроснабжения вагона с генератора на внешнюю сеть.

Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на чертеже, где:
1 - генератор;
1.1 - силовая обмотка;
1.2 - обмотка возбуждения;
2 - трансформатор;
2.1 - первичная обмотка;
2.2 - вторичная обмотка;
3 - ввод внешней сети;
4 - переключающее устройство;
4.1, 4.2 - контакты переключающего устройства;
4.3 - сигнальный выход переключающего устройства 4;
4.4 - обмотка переключающего устройства;
5 - силовой выпрямитель (СВ);
5.1 - тиристоры;
6 - блок управления силовым выпрямителем (БУСВ);
7, 10 - первый и второй датчики тока соответственно;
8, 9 - общие шины вагона (ОШ);
11 - аккумуляторная батарея (АБ);
12 - блок регулирования напряжения генератора (БРНГ);
13 - нагрузка;
13.1, 13.2, 13.3 - элементы нагрузки;
14 - стабилизатор напряжения (СН);
15 - преобразователь напряжения (ПН).

Лучший вариант осуществления изобретения.

Предлагаемый комплекс электроснабжения пассажирского вагона содержит подвагонный трехфазный генератор 1, имеющий силовую обмотку 1.1 и обмотку возбуждения 1.2, а также понижающий трехфазный трансформатор 2, первичная обмотка 2.1 которого подключена к вводу внешней сети 3 переменного тока, а к вторичной обмотке 2.2 которого подключено переключающее устройство 4 (обмотка 4.4 электромагнитного контактора). Силовой выпрямитель (СВ) 5 подключен своими входами непосредственно к блоку управления силовым выпрямителем (БУСВ) 6, а через замыкающие контакты 4.1 переключающего устройства 4 к вторичной обмотке 2.2 трансформатора 2 и через размыкающие контакты 4.2 переключающего устройства 4 - к силовой обмотке 1.1 генератора 1 и имеет в своем составе тиристоры 5.1, управляющие элементы которых подключены к выходу БУСВ 6. Один из выходов СВ 5 непосредственно, а другой - через первый датчик тока 7 подключены к общим шинам вагона (ОШ) 8, 9, к которым через второй датчик тока 10 подключена аккумуляторная батарея (АБ) 11. Входы БУСВ 6 и блока регулирования напряжения генератора (БРНГ) 12 подключены к соответствующим выходам первого 7, второго 10 датчиков тока и СВ 5. Сигнальный выход 4.3 переключающего устройства 4 подключен к соответствующему входу БУСВ 6. К силовой отмотке 1.1 генератора 1 подключены входы БРНГ 12. К ОШ 8, 9 подключена нагрузка 13, причем элементы нагрузки 13.1, не требующие стабилизированного напряжения, подключены непосредственно к ОШ 8, 9, элементы 13.2, требующие стабилизированного напряжения, подключены через стабилизатор напряжения (СН) 14, а элементы нагрузки 13.3, питающиеся переменным напряжением, подключены через преобразователь напряжения (ПН) 15.

Комплекс работает следующим образом.

Во время кратковременных остановок и в период движения вагона, пока поезд не достигнет необходимой скорости (при которой генератор 1 сможет обеспечить питание потребителей вагона), электроснабжение вагона осуществляется от АБ 11, работающей в режиме разряда. При этом на тиристоры 5.1 СВ 5 не подаются сигналы управления от БУСВ 6, и, следовательно, СВ 5 находится в отключенном состоянии. При достижении вагоном определенной скорости (35-40 км/ч), когда генератор 1 может начинать принимать на себя нагрузку, БУСВ 6 подает на управляемые элементы тиристоров 5.1 отпирающие сигналы, и СВ 5 включается в работу как нерегулируемый выпрямитель, и электропитание от силовой обмотки 1.1 генератора 1 через размыкающие контакты 4.2 переключающего устройства 4 и СВ 5 поступает на ОШ 8, 9, при этом АБ 11 переходит из режима разряда в режим заряда. Напряжение на ОШ 8, 9 и соответственно напряжение и ток заряда АБ 11 регулируются изменением тока в обмотке возбуждения 1.2 генератора 1 БРНГ 12 с помощью второго датчика тока 10. Подключенная нагрузка 13 вагона получает питание с ОШ 8, 9. В случае чрезмерного повышения напряжения на ОШ 8, 9 или перегрузке генератора 1 по сигналу первого датчика тока 7 СВ 5 отключается с помощью БУСВ 6 путем снятия отпирающего сигнала с управляющих элементов тиристоров 5.1.

При подаче питания вагона от внешней сети переменного тока через понижающий трансформатор 2 автоматически включается переключающее устройство 4 (обмотка 4.4 электромагнитного контактора) и переключает вход СВ 5 на электроснабжение от трансформатора 2, при этом силовая обмотка 1.1 генератора 1 отключается от входов СВ 5. Одновременно по сигналу, получаемому БУСВ 6 от сигнального выхода 4.3 переключающего устройства 4, БУСВ 6 начинает подавать сигналы на управляющие элементы тиристоров 5.1, регулируя выходное напряжение СВ 5 и соответственно ток заряда АБ 11 в соответствии с данными сигналов от второго датчика тока 10 путем изменения времени открытого состояния тиристоров 5.1 СВ 5, тем самым осуществляя автоматический режим заряда АБ 11. В случае чрезмерного повышения напряжения на ОШ 8, 9 или перегрузки понижающего трансформатора 2 по сигналу от первого датчика тока 7 СВ 5 отключается БУСВ 6 путем снятия сигналов с управляющих элементов тиристоров 5.1, и вагон переходит на электроснабжениe от АБ 11. При снятии напряжения от внешнего источника переключающее устройство 4 автоматически переключает электроснабжение вагона на питание от АБ 11.

Из рассмотренного видно, что введение БУСВ, использование тиристоров в СВ позволяет обеспечить возможность электронной защиты источников тока от их перегрузки и автоматической регулировки напряжения заряда аккумуляторной батареи при электроснабжении от внешней сети переменного тока. Кроме того, благодаря исполнению переключающего устройства в виде электромагнитного контактора обеспечивается автоматическое переключение электропитания с генератора на внешнюю сеть. Все это в совокупности приводит к выполнению поставленной задачи.

Изобретение разработано на уровне технической документации на опытный образец для проведения испытаний.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 195534 на изобретение "Устройство для питания электрической сети вагона", М.кл. H 02 P, 1964 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1115935, М.кл. B 60 L 1/00, 1984 г. - прототип.

Изобретение относится к электрооборудованию железнодорожных пассажирских вагонов. Комплекс содержит трехфазный генератор с приводом от оси колесной пары, блок регулирования напряжения генератора, понижающий трансформатор, подключенный к внешней трехфазной сети, переключающее устройство, тиристорный выпрямитель, блок управления выпрямителем, два датчика тока, аккумуляторную батарею. Входы выпрямителя через переключающее устройство подключены к генератору и трансформатору, а его выход через первый датчик тока соединен с общими шинами вагона. Батарея подключена к общим шинам через второй датчик тока. Входы блока регулирования соединены с выходами выпрямителя и обоих датчиков тока, а также с силовой обмоткой генератора. Входы блока управления подключены к входам и выходу выпрямителя, выходу второго датчика тока и сигнальному выходу переключающего устройства, а выход - к управляющим электродам тиристоров выпрямителя. В данном случае обеспечивается автоматическая регулировка напряжения заряда батареи при электроснабжении как от подвагонного генератора, так и от внешней сети. Кроме того, реализуется эффективная электронная защита источников тока от их перегрузки и автоматический переход электроснабжения вагона с генератора на внешнюю сеть. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комплекс электроснабжения пассажирского вагона, содержащий генератор с силовой обмоткой и обмоткой возбуждения, соединенной с выходом блока регулирования напряжения генератора, понижающий трансформатор, подключенный первичной обмоткой к выводом внешней трехфазной сети переменного тока, контактное переключающее устройство, силовой выпрямитель, аккумуляторную батарею и общие шины вагона, с которыми соединена нагрузка, отличающийся тем, что в него введен блок управления силовым выпрямителем и два датчика тока, генератор выполнен трехфазным с приводом от оси колесной пары, а силовой выпрямитель - с использованием тиристоров, при этом входы силового выпрямителя через размыкающие и замыкающие контакты переключающего устройства подключены соответственно к силовой обмотке генератора и вторичной обмотке трансформатора, а его выход через первый датчик тока соединен с общими шинами вагона, аккумуляторная батарея подключена к общим шинам вагона через второй датчик тока, входы блока регулирования напряжения генератора соединены с выходами силового выпрямителя и обоих датчиков тока, а также с силовой обмоткой генератора, входы блока управления силовым выпрямителем подключены к входам и выходу силового выпрямителя, выходу второго датчика тока и сигнальному выходу переключающего устройства, а выход - к управляющим электродам тиристоров силового выпрямителя. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что выход первого датчика тока подключен к соответствующему входу блока управления силовым выпрямителем. 3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что переключающее устройство выполнено в виде электромагнитного контактора, обмотка которого подключена к вторичной обмотке понижающего трансформатора.