КОМПЛЕКТ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА Российский патент 2005 года по МПК B60L1/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, конкретно к устройствам электроснабжения железнодорожных вагонов.

Известно устройство для электроснабжения вагона (см. описание к патенту РФ №2104175, МПК 6 B 60 L 1/02, заявлено 22.04.1996 г., опубликовано 10.02.1998 г.).

Устройство для электроснабжения вагона содержит источник переменного тока, например генератор, с последовательно соединенными основным выпрямителем и вольтодобавочным зарядным преобразователем, аккумуляторную батарею с переключателем, вход переключателя подключен к выходу источника переменного тока и аккумуляторной батареи, причем основной выпрямитель подключен к потребителям вагона через шины питания вагона, один полюс аккумуляторной батареи подключен к одной шине питания вагона, а другой ее полюс через размыкающий контакт переключателя - к другой шине, замыкающий контакт переключателя подключен к соответствующему выходу вольтодобавочного зарядного преобразователя и дополнительно введенным диодом и реле напряжения, диод включен в прямом направлении от отвода части элементов аккумуляторной батареи с шиной питания вагона, и реле напряжения подключено параллельно указанной части элементов аккумуляторной батареи, выход реле напряжения подключен к входу переключателя. Недостатками устройства является отсутствие климатической установки и диагностического оборудования, что снижает комфортность пассажиров, безопасность и надежность эксплуатации.

Наиболее близким к заявленному изобретению и принятым за прототип является "Комплект электрооборудования пассажирского вагона ЭВЛ110-01" ТУ3456-005-4002472002001 (ЗАО "Кросна-Электра", 123557, г. Москва, Пресненский вал, д. 27).

Комплект электрооборудования пассажирского вагона ЭВЛ110-01 содержит генератор с приводом от колесных пар, аккумулятор, блок низковольтного питания, блок внешнего питания 380 В, блок высоковольтного питания, к которому подключается поездная высоковольтная магистраль 3000 В, а выход подключается к нагревательным элементам котла отопления, статический преобразователь частоты, статический преобразователь напряжения 110-220 В, санитарный комплекс, кондиционер и пульт управления, включающий систему управления и диагностики, устройство регулирования и управления системой автономного электроснабжения, источник питания пульта управления, блок управления санитарным комплексом, блок органов управления и индикации, блок коммутации и защиты.

Недостатками данного комплекта являются отсутствие системы диагностики работы блока высоковольтного питания, что снижает надежность работы и безопасность эксплуатации котла отопления, в частности, и всего комплекта в целом; отсутствие диагностики постоянного напряжения на магистрали 110 В и напряжений на выходах повышающих преобразователей напряжения в статическом преобразователе частоты; большое количество сигналов, передаваемых на значительное расстояние (до 30 м) от статического преобразователя частоты, как правило, находящегося в средней части вагона, в систему управления и диагностики, расположенную в купе проводника, и как следствие, большое количество соединений, что снижает надежность работы комплекта и усложняет его эксплуатацию, диагностику и обслуживание, а также отсутствие связи системы управления и диагностики вагона с центральным процессором поезда.

В основу изобретения поставлена задача создания комплекта электрооборудования пассажирского вагона (КЭОПВ), конструкция которого позволит упростить эксплуатацию, повысить безопасность и надежность работы комплекта в целом и быстродействие его управлением.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в комплект электрооборудования пассажирского вагона, содержащий генератор с приводом от колесных пар, аккумулятор, блок низковольтного питания, блок внешнего питания 380 В, блок высоковольтного питания, к которому подключается поездная высоковольтная магистраль 3000 В, а выход подключается к нагревательным элементам котла отопления, статический преобразователь частоты, статический преобразователь напряжения 110-220 В, санитарный комплекс, кондиционер и пульт управления, включающий систему управления и диагностики, устройство регулирования и управления системой автономного электроснабжения, источник питания пульта управления, блок управления санитарным комплексом, блок органов управления и индикации, блок коммутации и защиты, дополнительно вводится модуль интерфейса статического преобразователя частоты, включающий модуль гальванической развязки, вход которого соединен с дискретным выходом статического преобразователя частоты, а выход - с первым входом контроллера, второй вход контроллера соединен с пультом управления, третий вход - с выходом блока аналоговых датчиков, на вход которого поступают аналоговые сигналы с входа и выходов первого и второго повышающих преобразователей напряжения статического преобразователя частоты, первый выход контроллера соединен с модулем индикации, второй выход - с входом модуля ключей, выход которого соединен с блоком гальванической развязки статического преобразователя частоты, третий выход и четвертый вход контроллера связаны с системой управления и диагностики пульта управления через последовательный интерфейс, а система управления и диагностики дополнительно содержит первый последовательный интерфейс, соединенный с модулем интерфейса статического преобразователя частоты, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключены к дополнительно введенным датчику тока и датчику напряжения высоковольтного питания.

Кроме того, система управления и диагностики комплекта электрооборудования пассажирского вагона может дополнительно содержать второй последовательный интерфейс, соединенный с центральным процессором поезда.

Предлагаемый комплект электрооборудования пассажирского вагона позволяет устранить указанные ранее недостатки: вводятся дополнительные системы диагностики работы блока высоковольтного питания, постоянного напряжения на магистрали 110 В и напряжений на выходах повышающих преобразователей напряжения в статическом преобразователе частоты, за счет введения модуля интерфейса статического преобразователя частоты уменьшается количество сигналов, передаваемых от статического преобразователя частоты в систему управления и диагностики, вводится связь системы управления и диагностики пульта управления вагона с центральным процессором поезда.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена структурная схема КЭОПВ; на фиг.2 - структурная схема статического преобразователя частоты, на фиг.3 - структурная схема модуля интерфейса статического преобразователя частоты.

КЭОПВ включает пульт управления 1, содержащий устройство регулирования и управления системой автономного электроснабжения 2, систему управления и диагностики 3, соединенную сигналами управления с блоком коммутации и защиты 4, блоком индикации и управления 5, блоком управления санитарным комплексом 6, питание системы управления и диагностики 3 осуществляется от источника питания 7 пульта управления, подключаемого к магистрали 110 В; генератор 8 с приводом от колесных пар, выход которого соединен с блоком низковольтного питания 9; блок внешнего питания 10, к которому на длительных стоянках подключается внешняя трехфазная стационарная сеть 380 В; аккумулятор 11, заряд которого осуществляется через устройство регулирования и управления системой автономного электроснабжения 2 пульта управления 1, либо от блока низковольтного питания 9, либо от блока внешнего питания 10; блок высоковольтного питания 12, к первому входу которого подключается поездная высоковольтная магистраль 3000 В, к второму входу - сигнал управления от блока коммутации и защиты 4 пульта управления 1, первый выход подключается к нагревательным элементам котла отопления 13, сигнал дифференциальной защиты через второй выход подключается к системе управления и диагностики 3 и блоку коммутации и защиты 4 пульта управления 1; статический преобразователь частоты 14, на вход которого подается постоянное напряжение 110 В от блока коммутации и защиты 4 пульта управления 1, а выход подключается к кондиционеру 15; статический преобразователь напряжения 110-220 В 16, вход которого соединен с блоком коммутации и защиты 4, а выход - с потребителями переменного напряжения 220 В; санитарный комплекс 17, связанный с блоком управления санитарным комплексом 6; модуль интерфейса статического преобразователя частоты 18, первый вход и первый выход которого соединены с системой управления и диагностики 3 пульта управления 1, а второй и третий входы и второй выход - со статическим преобразователем частоты 14. Контроль входного высоковольтного напряжения и тока блока высоковольтного питания 12 осуществляют датчик тока 19 и датчик напряжения 20.

Аккумулятор 11, блок низковольтного питания 9, кондиционер 15 соединены с системой управления и диагностики 3 сигналами диагностики от встроенных датчиков.

Статический преобразователь частоты 14 содержит первый повышающий преобразователь напряжения 21 (ППН 1), к входу которого подключается магистраль 110 В, а выход соединен с входами первого 22 и второго 23 блоков силовых инверторов; второй повышающий преобразователь напряжения 24 (ППН 2), к входу которого подключается магистраль 110 В, а выход соединен с входом третьего блока силовых инверторов 25, выходы всех блоков силовых инверторов соединены с электродвигателями ЭД1-ЭДЗ кондиционера 15; блоки силовых инверторов 22, 23, 25 содержат первый 26, второй 27 и третий 28 пульты управления, выходы и входы которых подключаются к трем входам и трем выходам блока гальванической развязки 29, четвертый выход блока гальванической развязки 29 является первым дискретным выходом статического преобразователя частоты 14, а четвертый вход блока гальванической развязки 29 является вторым входом статического преобразователя частоты 14 и связан с вторым выходом модуля интерфейса статического преобразователя частоты 18.

Модуль интерфейса статического преобразователя частоты 18 содержит модуль гальванической развязки 30, вход которого соединен с дискретным выходом статического преобразователя частоты 14, а выход - с первым входом контроллера 31, первый выход контроллера 31 соединен с модулем индикации 32, второй вход соединен с пультом управления 33 модуля индикации, третий вход - с блоком аналоговых датчиков 34, на вход которого поступают высоковольтные аналоговые сигналы с общего входа и выходов повышающих преобразователей напряжений 21 и 24 статическою преобразователя частоты 14, второй выход контроллера 31 соединен с входом модуля ключей 35, выход модуля ключей 35 является вторым выходом модуля интерфейса статического преобразователя частоты 18, через который дискретные сигналы управления поступают на второй вход статического преобразователя частоты 14; связь контроллера 31 с системой управления и диагностики 3 пульта управления 1 осуществляется через последовательный интерфейс 36 третьим выходом и четвертым входом.

В систему управления и диагностики 3 пульта управления 1 дополнительно включаются первый последовательный интерфейс 37, служащий для связи с аналогичным последовательным интерфейсом 36 модуля интерфейса статического преобразователя частоты 18; первый 38 и второй 39 аналого-цифровой преобразователи (АЦП), связанные с датчиком тока 19 и датчиком напряжения 20 для контроля высокого напряжения. В систему управления и диагностики 3 пульта управления 1 дополнительно может подключаться второй последовательный интерфейс 40, являющийся выходом комплекта электрооборудования и служащий для связи КЭОПВ с центральным процессором поезда.

Модуль гальванической развязки 30, модуль индикации 32, пулы управления 33, контроллер 31, модуль ключей 35, блок аналоговых датчиков 34 модуля интерфейса статического преобразователя частоты 18, аналого-цифровые преобразователи 38, 39 и последовательные интерфейсы 36, 37, 40 выполнены по широко известным схемам электрическим принципиальным, реализуются на известных элементах и здесь не описываются.

Комплект электрооборудования пассажирского вагона работает следующим образом. Во время движения вагона на скоростях выше 35 км/ч генератор 8 выдает трехфазное переменное напряжение, поступающее на вход блока низковольтного питания 9, на выходе которого формируется постоянное напряжение с номинальным значением 110 В. На длительных стоянках напряжение 110 В может формироваться от подключаемого трехфазного переменного напряжения 380 В через трехфазный трансформатор блока внешнего питания 10 и трехфазный выпрямитель блока низковольтного питания 9. Заряд аккумулятора 11 осуществляется напряжением 110 В или от генератора 8 при движении поезда, или от внешнего питания трехфазным напряжением 380 В на длительных стоянках. На кратковременных стоянках и при скорости движения вагона ниже 35 км/ч питание потребителей электропитания осуществляется от аккумулятора 11. Питание кондиционера 15 отключается при снижении напряжения в вагоне ниже 88 В и при питании от внешнего источника 380 В.

Блок высоковольтного питания 12 и котел отопления 13 предназначены для обогрева вагона напряжением с номинальным значением 3000 В. Включение обогрева осуществляется от блока коммутации и защиты 4 пульта управления 1. В случае короткого замыкания в котле отопления 13 блок высоковольтного питания 12 формирует сигнал дифференциальной защиты, поступающий в систему управления и диагностики 3 пульта управления 1 для информирования об аварийной ситуации и в блок коммутации и защиты 4, который отключает напряжение 3000 В. Кроме того, для контроля высокого напряжения в КЭОПВ включены датчик тока 19 и датчик напряжения 20. Сигналы с выходов датчиков тока 19 и напряжения 20 поступают на соответствующие АЦП1 38 и АЦП2 39 системы управления и диагностики 3, где преобразуются в цифровую форму. Система управления и диагностики 3 анализирует величины тока и напряжения входного высоковольтного питания 3000 В и при выходе напряжения или тока за допустимые пределы посылает в блок коммутации и защиты 4 соответствующий сигнал, по которому в блоке высоковольтного питания 12 отключается подача напряжения в котел отопления 13, что повышает надежность и безопасность работы.

Питание напряжением 110 В статического преобразователя частоты 14, кондиционера 15, электропотребителей осуществляется через блок коммутации и защиты 4 пульта управления 1. Статический преобразователь частоты 14 выдает в модуль интерфейса 18 следующие дискретные диагностические сигналы: "подтверждение работы канала 1", "подтверждение работы капала 2", "подтверждение работы канала 3", "частота 1 канала - 50 Гц", "авария канала 1", "авария канала 2", "авария канала 3", "токовая защита канала 1", "токовая защита канала 2", "токовая защита канала 3", "термозащита канала 1", "термозащита канала 2", "термозащита канала 3", "защита ППН1", "защита ППН2".

Контроллер 31 модуля интерфейса статического преобразователя частоты 18 через модуль гальванической развязки 30 принимает дискретные диагностические сигналы от статического преобразователя частоты 14 и выдает их через первый последовательный интерфейс 37 в систему управления и диагностики 3 пульта управления 1.

Высоковольтные аналоговые сигналы с выхода статического преобразователя частоты 14 поступают на блок аналоговых датчиков 34 модуля интерфейса 18, где производится снижение амплитуды сигналов до уровня, необходимого контроллеру 31 модуля интерфейса 18 для анализа. Контроллер 31 анализирует поступившие аналоговые сигналы и в случае выхода уровней высоковольтных аналоговых сигналов за допустимые пределы через последовательный интерфейс 36 выдает в систему управления и диагностики 3 пульта управления 1 аварийные сигналы.

Состояние дискретных и аналоговых диагностических сигналов контроллер 31 выдает на модуль индикации 32 модуля интерфейса 18. В случае необходимости через пульт управления модуля интерфейса 33 обслуживающий персонал вручную может послать в контроллер 31 сигналы управления статическим преобразователем частоты 14: "включить канал 1", "включить канал 2", "включить канал 3", "сброс защиты".

Система управления и диагностики 3 выдает сигналы: "включение 1-го канала статического преобразователя частоты", "включение 2-го канала статического преобразователя частоты", "включение 3-го канала статического преобразователя частоты", "внешнее питание", "сброс защиты", которые через первый последовательный интерфейс 37 системы управления и диагностики 3 и последовательный интерфейс 36, контроллер 31 и модуль ключей 35 модуля интерфейса статического преобразователя частоты 18 поступают через блок гальванической развязки 29 в соответствующие пульты управления 26, 27, 28 статического преобразователя частоты 14. Сигнал "сброс защиты" необходим для приведения статического преобразователя частоты 14 в исходное состояние после устранения причин аварии. Сигнал "внешнее питание" блокирует работу статического преобразователя частоты 14 и таким образом отключает кондиционер 15 при подключенном внешнем питании 380 В.

Кроме этого, система управления и диагностики 3 управляет частотой выходного напряжения с второго блока силовых инверторов 23 статичсского преобразователя частоты 14 в диапазоне 25-70 Гц путем подачи дискретных сигналов через собственный первый последовательный интерфейс 37 и последовательный интерфейс 36, контроллер 31 и модуль ключей 35 модуля интерфейса статического преобразователя частоты 18 на второй пульт управления 27 статического преобразователя частоты 14. Частота первого 22 и третьего 25 блоков силовых инверторов составляет 50 Гц.

То есть связь статического преобразователя частоты с системой управления и диагностики осуществляется по двухпроводной информационной линии связи первого последовательного интерфейса, что упрощает устройство и эксплуатацию КЭОПВ, повышает надежность функционирования комплекта и быстродействие его управлением.

Таким образом, вводимые изменения позволяют решить проблему осуществления диагностики и управления высоковольтным питанием котла отопления, контроля напряжений статического преобразователя частоты и тем самым достичь решения поставленной задачи упрощения эксплуатации, повышения безопасности, повышения надежности комплекта и быстродействия управления.

Введение дополнительного второго последовательного интерфейса в систему управления и диагностики пульта управления для организации связи между вагонами позволит объединить все системы управления и диагностики поезда в единую информационную сеть, что также повышает надежность функционирования комплекта электрооборудования.

Разработан опытный образец комплекта электрооборудования пассажирского вагона, проведены его предварительные испытания.

Изобретение относится к средствам электроснабжения железнодорожных пассажирских вагонов. В комплект введены дополнительная система диагностики работы блока высоковольтного питания, контроля постоянного напряжения на магистрали 110 В и напряжений на выходах повышающих преобразователей напряжения в статическом преобразователе частоты, а также модуль интерфейса статического преобразователя частоты. Система диагностики снабжена двумя последовательными интерфейсами, один из которых позволяет уменьшить количество сигналов, передаваемых от статического преобразователя частоты, а другой обеспечивает создание для диагностики и управления вагонами единой информационной сети. Изобретение дает возможность упростить эксплуатацию комплекта, повысить его безопасность, надежность и быстродействие в управлении. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комплект электрооборудования пассажирского вагона, содержащий генератор с приводом от колесных пар, аккумулятор, блок низковольтного питания, блок внешнего питания 380 В, блок высоковольтного питания, к которому подключена поездная высоковольтная магистраль 3000 В, а выход подключен к нагревательным элементам котла отопления, статический преобразователь частоты, статический преобразователь напряжения 110-220 В, санитарный комплекс, кондиционер и пульт управления, включающий систему управления и диагностики, устройство регулирования и управления системой автономного электроснабжения, источник питания пульта управления, блок управления санитарным комплексом, блок органов управления и индикации, блок коммутации и защиты, отличающийся тем, что дополнительно содержит модуль интерфейса статического преобразователя частоты, включающий модуль гальванической развязки, вход которого соединен с дискретным выходом статического преобразователя частоты, а выход - с первым входом контроллера, второй вход контроллера соединен с пультом управления, третий вход - с выходом блока аналоговых датчиков, снабженного входом для аналоговых сигналов с входа и выходов первого и второго повышающих преобразователей напряжения статического преобразователя частоты, первый выход контроллера соединен с модулем индикации, второй выход - с входом модуля ключей, выход которого соединен с блоком гальванической развязки статического преобразователя частоты, третий выход и четвертый вход контроллера связаны с системой управления и диагностики пульта управления через последовательный интерфейс, система управлении и диагностики содержит первый последовательный интерфейс, соединенный с модулем интерфейса статического преобразователя частоты, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых подключены к дополнительно введенным датчику тока и датчику напряжения высоковольтного питания.2. Комплект электрооборудования по п.1, отличающийся тем, что система управления и диагностики дополнительно содержит второй последовательный интерфейс, соединенный с центральным процессором поезда.