СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПАССАЖИРСКОГО ПОЕЗДА С ТЯГОВЫМ СИНХРОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ СИНХРОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ И ОБЩИМИ МАГИСТРАЛЬНЫМИ ШИНАМИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к электротехнике, в частности силовым преобразователям для использования в железнодорожном транспорте, в частности к силовому полупроводниковому преобразовательному комплексу для энергоснабжения транспортного средства, преимущественно пассажирского поезда с тяговым синхронным генератором, вспомогательным синхронным генератором и магистральными шинами энергоснабжения. Заявляемое устройство предназначено для преобразования переменного тока тягового синхронного генератора в постоянный ток для питания тяговых электродвигателей тепловоза и для преобразования переменного тока вспомогательного синхронного генератора для энергоснабжения общих магистральных шин поезда (для питания высоковольтных нагрузок поезда, например для питания системы отопления всех вагонов пассажирского поезда).

Заявляемый силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс имеет общий высоковольтный адаптер силовых подключений и кабельных соединений, обеспечивающий параллельный саморегулирующийся режим работы преобразователей.

Заявляемый силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс выполнен в виде двухъярусного шкафа и устанавливается внутри высоковольтной камеры в модернизируемых тепловозах, оборудованных автоматическими системами управления и регулирования.

При проектировании и создании заявляемого устройства ставились следующие задачи:

- обеспечить размещение силового преобразовательного комплекса в недоступном для случайных людей месте;

- техническое решение должно соответствовать жестким ограничениям по массе и габаритам;

- конструктивно обеспечить адаптированность к автономности параллельной работы двух систем электроснабжения поезда от силового полупроводникового преобразовательного комплекса, при которой исключена возможность опасного воздействия на рельсовые цепи;

- обеспечить способность к модернизируемости конструкции за счет модульности проектирования и удобства монтажа и демонтажа устройства;

- конструктивно обеспечить исключение недопустимых перерывов в подаче напряжения в системе отопления поезда за счет оптимизации коммутационных режимов работы устройства;

- повысить эксплуатационную надежность преобразовательного комплекса;

- уменьшить количество ложных срабатываний и аварийных режимов за счет обеспечения контролируемой защиты каждого полупроводникового прибора преобразователей с выведенной на пульт машиниста тепловоза сигнализацией о конкретных неисправностях;

- повысить пожаробезопасность;

- обеспечить защиту силовых полупроводниковых элементов каждого преобразователя от коммутационных перенапряжений в контактной сети;

- технически обеспечить стабильное качественное выходное напряжение в каждом из преобразователей силового полупроводникового преобразовательного комплекса;

- конструктивно обеспечить возможность проведения агрегатного ремонта устройства.

В настоящее время широко известны различные конструкции преобразовательных устройств, применяемых как для питания электропривода в подвижном электротранспорте, так и питания электрической сети вагонов поезда, например, для централизованного электроотопления пассажирских вагонов.

Так, известно устройство для централизованного электроотопления пассажирских поездов (авт.св. СССР №419424, М.кл. B60L ¹/₀₄, опубл. 1974.03.15), содержащее синхронный генератор, обмотки статора которого подключены через выпрямитель с блоком управления на отопительную нагрузку, датчик напряжения отопления, подключенный параллельно выпрямителю и нагрузке, датчик мощности синхронного генератора и датчик температуры.

Недостатком таких устройств является то, что, потребляя на отопление 20-40% мощности автономной тяговой установки, они заметно снижают силу тяги локомотива и, следовательно, существенно снижают скорость поезда. Другим недостатком известного устройства является тот факт, что отопление действует только во время движения поезда, а во время стоянок отопления нет. Кроме того, устройство доступно для проникновения случайных лиц, что также является существенным недостатком.

Известен комплекс электроснабжения пассажирского вагона (патент РФ №2168435, М.кл. B61L ¹/₁₂, H02J ⁷/₁₆, опубл. 2001.06.10), содержащий 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.

Недостатком этого устройства являются: усложненная конструкция, отсутствие компактности, а также его доступность для случайных лиц при расположении в подвагонном ящике, чрезмерно высокие массогабаритные параметры (масса 400 кг при габаритных размерах 1700×800×600 мм), отсутствие возможности проведения агрегатного ремонта.

Кроме того, общим недостатком перечисленных известных устройств является наличие недопустимых перерывов напряжения, питающего нагрузки вагона при коммутационных, аварийных или пусковых режимах работы, а также при переходе питания потребителей вагона от генератора переменного тока через основной выпрямитель на питание от аккумуляторной батареи происходит резкий скачок напряжения, так как напряжение аккумуляторной батареи после ее заряда значительно (на 25%) превышает ее номинальное напряжение. То есть выходное напряжение не является стабильным и не соответствует необходимым величинам параметров.

Известны системы электрического преобразовательного оборудования, смонтированные в шкафу и обеспечивающие необходимое напряжение для питания электропривода в подвижном электротранспорте. Так, например, известно изобретение: полупроводниковый реверсивный преобразователь с системой воздушного естественного охлаждения (авт.св. СССР №999184, М.кл. H05K ⁷/₂₀, опубл. 23.02.1983), включающий токоведущие шины и полупроводниковые элементы, размещенные на групповых охладителях и образующие анодную и катодную группы встречно-параллельно включенных электрических мостов, и предохранители, расположенные между групповыми охладителями.

Эта конструкция достаточно эффективна по весогабаритным показателям, но не обладает достаточно высокой степенью защиты от аварийных ситуаций в дорожных условиях эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является силовое полупроводниковое выпрямительное устройство для транспортного средства, известное по патенту на полезную модель РФ №48141, М.кл. H05K ⁷/₂₀, опубл. 10.09.2005. Бюл. №25), содержащее корпус с центральным каналом воздушного охлаждения и внутренними элементами крепежа, на которых установлены соединительные силовые шины переменного тока, а на них смонтированы катодные и анодные группы силовых полупроводниковых приборов, закрепленные на катодном и анодном групповых охладителях, каждый из которых имеет теплопоглощающее основание, на одной поверхности которого размещены силовые полупроводниковые приборы с индивидуальными предохранителями, а на противоположной стороне упомянутого основания размещены теплопередающие ребра, причем с анодными и катодными групповыми охладителями соединены соответствующие анодные и катодные выходные шины постоянного тока, а к соединительным силовым шинам переменного тока крепят входные фазные шины для подключения соответствующих фаз трехфазного переменного тока.

Недостатки этой известной конструкции обусловлены тем, что:

- с ней не стыкуются по массогабаритным показателям и качественным характеристикам выходного напряжения известные конструкции преобразователей для питания электроэнергией общих магистральных шин поезда, предназначенных для питания системы отопления пассажирского поезда;

- данное техническое решение не обеспечивает высокий уровень надежности и безопасности в дорожных условиях вследствие неравномерных режимов переключений, а также отсутствия адаптированных к параллельной работе самостоятельных каналов электроснабжения для питания тяговых двигателей тепловоза и питания высоковольтных магистральных шин поезда с тепловозной тягой;

- не обеспечивает возможность получения достаточно высоких качественных характеристик выходных питающих напряжений;

- не обеспечивает защиту от пожароопасных ситуаций.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в создании оригинального силового полупроводникового преобразовательного комплекса для энергоснабжения пассажирского вагона с тяговым синхронным генератором, вспомогательным синхронным генератором и общими магистральными шинами энергоснабжения, отличающегося от известных высокой степенью модернизации, компактностью со строго ограниченными размерами по месту размещения в высоковольтной камере, повышенной надежностью работы за счет улучшений условий коммутации и адаптированности к автономной параллельной работе двух самостоятельных каналов электроснабжения поезда от силового полупроводникового преобразовательного комплекса, удобством монтажа и демонтажа устройства за счет модульности конструкции.

При этом должно быть обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:

- улучшение технических и эксплуатационных характеристик заявляемого устройства;

- непрерывное и взаимонезависимое обеспечение электроэнергией тяговых электродвигателей тепловоза и централизованного питания отопительной системы пассажирского поезда;

- обеспечение конструктивной компактности и оптимально возможного использования внутреннего объема для размещения заявляемого устройства в высоковольтной камере тепловоза, гарантирующее недоступность к устройству посторонних (и случайных) лиц;

- обеспечение удобства обслуживания;

- наличие высокой степени защиты от аварийных ситуаций в дорожных условиях эксплуатации;

- повышение степени пожаробезопасности;

- повышение качественных характеристик питающего напряжения за счет улучшения условий коммутации и адаптированности к саморегулирующейся стабильной работе;

- увеличение длительности безремонтного срока службы.

Предлагается силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс для энергоснабжения транспортного средства, преимущественно пассажирского поезда с тяговым синхронным генератором и общими магистральными шинами энергоснабжения, содержащий первый высоковольтный преобразователь трехфазного переменного тока тягового синхронного генератора в постоянный ток для питания тяговых электродвигателей тепловоза, размещенный в корпусе с центральным вертикальным каналом воздушного охлаждения, причем корпус выполнен в виде двух оппозитно состыкованных ячеек, каждая из которых имеет форму полого параллелограмма, образованного из установленных между верхними и нижними соединительными элементами параллельно друг другу тремя рамами: стыковочной, внутренней опорной и монтажной, при этом на монтажной раме установлены элементы крепежа, на которые параллельно друг другу установлены соединительные силовые шины трехфазного переменного тока, а на них смонтированы катодные и анодные группы силовых полупроводниковых приборов с защитными предохранителями, а другой стороной силовые полупроводниковые приборы скреплены с теплопоглощающей стороной соответствующего катодного и анодного группового охладителя, теплопередающие стороны которых, например ребра, размещены в центральном канале воздушного охлаждения, причем с анодными и катодными групповыми охладителями соединены соответствующие анодные и катодные выходные шины постоянного тока, а к соединительным силовым шинам переменного тока крепят входные фазные шины для подключения соответствующих фаз трехфазного переменного тока, при этом каждый упомянутый защитный предохранитель закреплен между двумя дополнительными шинами, одна из которых соединена с силовым полупроводниковым прибором, а другая закреплена на соединительной силовой шине переменного тока.

Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что устройство снабжено высоковольтным адаптером силовых подключений и кабельных соединений и вторым высоковольтным преобразователем трехфазного переменного тока вспомогательного синхронного генератора в постоянный ток для питания общих магистральных шин энергоснабжения поезда, размещенным в антресольном корпусе, установленном на корпусе упомянутого первого высоковольтного преобразователя, причем антресольный корпус выполнен в виде прямоугольного металлического ящика с тремя смежными ячейками: центральной, размещенной над каналом воздушного охлаждения вышеупомянутого корпуса первого высоковольтного преобразователя, и размещенных по обе стороны от центральной ячейки двух боковых ячеек, в которых размещены два модульных блока неуправляемых трехфазных мостовых выпрямителей, а также датчики контроля тока и напряжения, при этом каждый упомянутый модульный блок размещен на прикрепленном к внутренней грани электроизоляционном основании со сквозным вырезом с одной его стороны, в котором устанавливают и закрепляют пакет силовых полупроводниковых приборов, например три диодных модуля, одна сторона которых соединена с шинами трехфазного переменного тока, а другая их сторона скреплена с охлаждающими радиаторами, размещенными в упомянутой центральной ячейке антресольного корпуса, при этом свободные концы шин переменного тока соединены с контактами для внешнего подключения переменного тока и защитными предохранителями, причем рядом с пакетом силовых полупроводниковых приборов на основании закреплен блок защиты диодных модулей от помех. Кроме того, достижение указанных технических результатов обеспечивается еще и тем, что адаптер силовых подключений и кабельных соединений установлен на внешней боковой стенке упомянутого первого высоковольтного преобразователя и содержит высоковольтный контактор электроснабжения, установленный на закрепленной сварным соединением боковой стенке вышеуказанного корпуса балке, поверх которой на той же стенке закрепляют изоляционную панель, вдоль верхней и нижней сторон которой к упомянутой боковой стенке крепят верхний и нижний козырьки, в которых с одной внутренней стороны крепят элементы для крепления двери, на которые устанавливают коробчатую дверь с механическими и электромагнитными замками и отверстиями для выхода ионизированного воздуха, при этом высоковольтный контактор снабжен дугогасительной асбоцементной камерой, выполненной из двух двухгранных смыкающихся частей: стационарной и подвижной, причем стационарная часть камеры установлена на изоляционной панели, а подвижная часть камеры установлена на внутренней поверхности двери, причем на изоляционной панели закреплены прижимы, фиксирующие соединительные привода и кабели, а на внутренней поверхности нижнего козырька размещены соединители силовых цепей.

Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.

Техническое решение можно признать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется в железнодорожном транспорте, в частности в пассажирском поезде с тяговым синхронным генератором, вспомогательным синхронным генератором и магистральными шинами энергоснабжения нагрузок поезда, например пассажирский поезд с тепловозом ТЭП70БС-001.

Сущность заявляемого устройства пояснена следующими чертежами:

- фиг.1 - заявляемый силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс для энергоснабжения транспортного средства, преимущественно пассажирского поезда с тяговым синхронным генератором, вспомогательным синхронным генератором и общими магистральными шинами энергоснабжения, общий вид;

- фиг.2 - то же, вид сбоку (правая сторона);

- фиг.3 - первый высоковольтный преобразователь 2 трехфазного переменного тока (общий вид в аксонометрии, со снятыми боковыми щитами);

- фиг.4 - первый высоковольтный преобразователь 2 переменного тока (чертеж общего вида одной стороны с частичным разрезом);

- фиг.5 - одна ячейка с собранными в ней деталями первого высоковольтного преобразователя (аксонометрия, вид со стороны теплопередающих ребер группового охладителя 20);

- фиг.6 - силовой полупроводниковый прибор (диодный модуль) с индивидуальным предохранителем между двумя дополнительными шинами, подготовленный к установке в заявляемое устройство (аксонометрия, вид со стороны предохранителя);

- фиг.7 - антресольный корпус 27 второго высоковольтного преобразователя 3 (аксонометрия);

- фиг.8 - модульный блок 30 неуправляемых трехфазных выпрямителей (аксонометрия, вид сбоку);

- фиг.9 - размещение модульных блоков 30 в объеме антресольного корпуса 27 (аксонометрия, вид сверху, со снятыми боковыми стенками);

- фиг.10 - размещение высоковольтного адаптера 4 силовых подключений и кабельных соединений в заявляемом устройстве (аксонометрия, со снятой дверью адаптера на этапе подготовки к установке двери и подключения соединений);

- фиг.11 - внутренний объем высоковольтного адаптера до установки контактора 4;

- фиг.12 - балка 42;

- фиг.13 - высоковольтный адаптер 4;

- фиг.14 - коробчатая дверь 46 (вид с внутренней стороны).

Заявляемый силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс 1 для энергоснабжения транспортного средства (см. фиг.1 - 3), преимущественно пассажирского поезда с тяговым синхронным генератором и общими магистральными шинами энергоснабжения, содержит первый высоковольтный преобразователь 2 трехфазного переменного тока тягового синхронного генератора в постоянный ток для питания тяговых электродвигателей тепловоза (далее - первый высоковольтный преобразователь 2), второй высоковольтный преобразователь 3 трехфазного переменного тока вспомогательного синхронного генератора для питания общих магистральных шин энергоснабжения поезда (далее - второй высоковольтный преобразователь 3) и высоковольтный адаптер 4 силовых подключений и кабельных соединений (далее - высоковольтный адаптер 4). Первый высоковольтный преобразователь 2 размещен в выполненном в виде шкафа корпусе 5 с центральным вертикальным каналом 6 воздушного охлаждения (фиг.3, 4). Второй высоковольтный преобразователь 2 трехфазного переменного тока размещен в антресольном корпусе 7, установленном сверху на корпусе 5 (фиг.1 - 3).

Высоковольтный адаптер 4 установлен на внешней боковой стенке корпуса 5 первого высоковольтного преобразователя 3 (фиг.1, 2, 13). Корпус 5, в котором размещен высоковольтный преобразователь 2, выполнен в виде двух оппозитно состыкованных ячеек 7¹, 7² и 7 (фиг.3, 4), каждая из которых имеет форму полого параллелограмма, образованного из установленных между верхними 8 и нижними 9 соединительными элементами параллельно друг другу тремя рамами: стыковочной 10, внутренней опорной 11 и монтажной 12 (фиг.4, 5).

На каждой монтажной раме 12 (фиг.3, 4) с помощью элементов крепежа 13 установлены соединительные силовые шины 14 трехфазного переменного тока, а на них смонтированы катодные 15 и анодные 16 группы силовых полупроводниковых приборов 17, например диодов, с защитными предохранителями 18. При этом другой стороной силовые полупроводниковые приборы 17 плотно соединены (скреплены) с теплопоглощающей стороной соответствующего катодного 19 и анодного 20 группового охладителя, теплопередающие стороны которых, например ребра, размещены в центральном вертикальном канале 6 воздушного охлаждения.

С анодными и катодными групповыми охладителями 19 и 20 соединены соответствующие анодные и катодные выходные шины 21 и 21¹ постоянного тока, а к соединительным силовым шинам 14 переменного тока крепят входные фазные шины 22, 23, 24 для подключения соответствующих фаз трехфазного переменного тока. При этом каждый упомянутый защитный предохранитель 18 закреплен между двумя дополнительными шинами 25 и 26, одна из которых (шина 25) соединена с силовым полупроводниковым прибором 17, а другая шина 26 закреплена на соединительной силовой шине 14 переменного тока (фиг.4, 5, 6).

Второй высоковольтный преобразователь 3 размещен в антресольном корпусе 27 (см. фиг.1, 2, 7, 9, 10, 11 -14), который выполнен в виде прямоугольного металлического ящика с тремя смежными ячейками: центральной 28, размещенной над каналом 6 воздушного охлаждения корпуса 5, и двух боковых ячеек 29, размещенных по обе стороны от центральной 28. В каждой боковой ячейке 29 размещены: модульный блок 30 неуправляемых трехфазных выпрямителей, датчики контроля тока 31 и напряжения 32. Каждый модульный блок 30 размещен на электроизоляционном основании 33, прикрепленном к внутренней грани боковой ячейки 29 и имеющем с одной стороны сквозной вырез 33, в котором устанавливают и закрепляют пакет 34 силовых полупроводниковых приборов, например три диодных модуля, одна сторона которых соединена с шинами 35 трехфазного переменного тока, а другая их сторона скреплена с охлаждающим радиатором 36, размещенным в упомянутой центральной ячейке 29, при этом свободные концы 37 шин 35 переменного тока соединены с контактами 38 для внешнего подключения переменного тока и защитными предохранителями 39. Рядом с пакетом 34 силовых диодных модулей на основании 33 закреплен блок защиты 40 диодных модулей от помех.

Высоковольтный адаптер 4 силовых подключений и кабельных соединений установлен на внешней боковой стенке корпуса 5 (фиг.1, 2, 10, 11, 12, 13) и содержит высоковольтный контактор 41 электроснабжения, установленный на балке 42 (фиг.2, 12), закрепленной сварным соединением к боковой стенке корпуса 5. К той же боковой стенке корпуса 5 поверх балки 42 закрепляют изоляционную панель 43, вдоль верхней и нижней сторон которой крепят верхний 44 и нижний 45 козырьки, в которых с одной внутренней стороны крепят элементы 46 для крепления двери, на которые устанавливают коробчатую дверь 47 (фиг.14) с механическими и электромагнитными замками 48 и отверстиями 49 для выпуска из замкнутого объема ионизированного воздуха. Поверх контактора 41 установлена дугогасительная асбестоцементная камера 50, выполненная из двух двухгранных смыкающихся частей: стационарной 51 и подвижной 52 (фиг.2, 13, 14).

Стационарная часть 51 (фиг.10) дугогасительной камеры 50 установлена на изоляционной панели 43, а подвижная часть 52 дугогасительной камеры 50 установлена на внутренней поверхности двери 46 (фиг.14). На изоляционной панели 43 закреплены прижимы 53, фиксирующие соединительные провода 54 и кабели 55. На внутренней поверхности нижнего козырька 45 размещены соединители 56 силовых цепей.

Силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс 1 размещен в высоковольтном отсеке тепловоза, занимает оптимально рассчитанный объем за счет того, что конструктивно выполнены жесткие условия по массогабаритным показателям комплекса, что также обеспечило его полную недоступность для случайных лиц.

Принцип работы заявляемого силового полупроводникового преобразовательного комплекса 1 состоит в следующем (см. фиг.1-14).

При движении поезда с тепловозной тягой трехфазный переменный ток, вырабатываемый находящимся на тепловозе тяговым синхронным генератором (не показан), выпрямляется первым высоковольтным преобразователем 2 и питает тяговые электродвигатели тепловоза (не показан).

Конструкция первого высоковольтного преобразователя 2 устроена так, что вся мощность автономной тяговой установки потребляется тяговыми двигателями, причем сила тяги локомотива поддерживается стабильно высокой за счет исключения излишних переключений, а также за счет возможности обеспечения дистанционного контроля за состоянием каждого силового диода в процессе эксплуатации преобразователя, и обеспечения индивидуальной защиты от перегрузок каждого силового диода в процессе эксплуатации преобразователя, и обеспечения индивидуальной защиты от перегрузок каждого силового диода (селективный контроль неисправностей) с выведенной на пульт машиниста тепловоза сигнализацией о конкретных неисправностях.

Это осуществляют следующим образом. Согласно принципиальной электрической схеме первого преобразователя 2, представляющей собой два трехфазных моста, причем каждое плечо мостовой схемы содержит три параллельные ветви диодов с предохранителями, подобранные по падению напряжения на диодах и предохранителях с учетом допустимой разницы 0,06 В с целью уменьшения разбаланса протекающих токов по ветвям плеча.

Трехфазное переменное напряжение от внешнего источника питания (не показан) посредством подключения соответствующих фаз к клеммам А, В, С заявляемого устройства подают по трем шинам 22, 23, 24 к функциональному блоку трехфазного мостового выпрямителя, размещенного в каждой ячейке 6 и 7.

Переменный ток, проходя через силовые полупроводниковые диоды 17 и предохранителя 18, преобразуются в постоянный ток и подается по выходным шинам 21 к подключенной к ним нагрузке. При этом происходит селективный контроль неисправности в каждой из трех ветвей, входящих в плечи функционального блока трехфазного мостового выпрямителя. Исправное состояние предохранителей и диодов каждого плеча мостовой схемы блока контролируется соответствующим блоком селективной диагностики (первым, вторым и третьим блоками селективной диагностики соответственно первого, второго и третьего плеч, а четвертым, пятым и шестым блоками селективной диагностики соответственно четвертого, пятого и шестого плеч) и соответствующим блоком сигнализации о неисправности (первым блоком сигнализации о неисправности в первом, втором и третьем плечах, а вторым блоком сигнализации о неисправности - в четвертом, пятом и шестом плечах). Контроль осуществляется соответственно с выдачей сигнала на пульт машиниста (пульт управления транспортным средством) и снятием напряжения возбуждения с синхронного генератора.

Сигнализацию осуществляют следующим образом. При исправном состоянии предохранителей сигнала (+110 В) по цепи 26 с платой сигнализации А1…А3, А9…А11 на клеммник - ХТ1:3 выпрямителя и соответственно на пульт машиниста не поступает (сигнальная лампа не горит).

При срабатывании одного из предохранителей в плечах состояние контактов указателя срабатывания соответствующего предохранителя изменяется. В результате на соответствующей плате сигнализации (А1…А3, А9…А11, контакт 2, 3 или 4) появляется напряжение +110 В, что приводит к открытию одного из диодов VD8…VD10 платы сигнализации и появлению напряжения +110 В на выходе платы (контакт 1) и, следовательно, на клеммнике - XT1:3 выпрямителя. Сигнальная лампа на пульте машиниста горит.

При срабатывании двух предохранителей в плече, например FU1, FU2, напряжение +110 В через замыкающие контакты указателей срабатывания предохранителей, по цепям 8, 9 поступает на плату сигнализации. При этом диоды VD2, VD6 и VD1, VD3 закрываются, а диод VD7 открывается. Напряжение +110 В по цепи ХЕ 1:6, R1, VD7, ХТ 1:5 поступает в схему панели реле=А4-ХТ1:3.

На панели реле при этом открывается транзистор VT1 и, как следствие, тиристор VS1, что приводит к включению электромагнитного реле К1. В результате реле размыкающим контактами через внешнюю цепь управления снимает напряжение возбуждения с синхронного генератора, а замыкающим выдает сигнал на пульт машиниста о срабатывании двух предохранителей.

Представленная схема внутренней защиты от неисправности позволяет исключить из работы схемы неисправную ветвь мостовой схемы, а вся схема выпрямителя остается работоспособной.

Работа второго высоковольтного преобразователя осуществляется согласно принципиальной электрической схеме, представляющей собой два неуправляемых трехфазных мостовых выпрямителя, выполненных соответственно на диодных модулях VD1…VD3 и VD4…VD6 (диодные модули типа MD3-200-F или MD3-320-A не ниже 30 класса), соединенных последовательно, и однозвенный выходной L-C фильтр. Каждый мост по входу защищен предохранителями FU1…FU3 и FU4…FU6 соответственно. Состояние предохранителей контролируется визуально и выдачей сигнала постоянного тока напряжением 110 В на пульт машиниста или в микропроцессорную систему управления тепловозом при сгорании любого предохранителя. Второй высоковольтный преобразователь преобразует трехфазное напряжение в постоянное.

Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются с помощью однозвенного фильтра, выход которого подключается к нагрузкам пассажирских вагонов поезда. Для защиты от помех каждый диод модуля зашунтирован R-C-цепочкой.

Электрической схемой преобразователя предусмотрена защита от поражения электрическим током в случае неосторожного снятия переднего и заднего щитов. В этом случае срабатывает один из выключателей, что приводит к срабатыванию защитных устройств в схеме тепловоза. В результате со входа второго преобразователя снимается напряжение питания, осуществляющее независимое электроснабжение централизованного отопления вагонов поезда.

Высоковольтный адаптер 4 осуществляет подключение второго высоковольтного преобразователя 3 к общим магистральным шинам электроснабжения поезда. Введение автономного действующего высоковольтного адаптера 4 обеспечивает саморегулирующийся режим работы второго преобразователя 3, что позволяет исключить провалы напряжения в цепях питания системы электроотопления поезда, позволяет обеспечить поддержание напряжения питания в допустимых пределах и тем самым достичь поставленной цели: исключить провалы и перенапряжения в цепях питания нагрузок поезда, возникающих при коммутационных, аварийных и пусковых режимах работы.

Таким образом, заявляемая конструкция силового полупроводникового преобразовательного комплекса обладает следующими преимуществами по сравнению с известными устройствами:

- конструктивное выполнение комплекса с жесткими ограничениями по массе и габаритам, соответствующим месту размещения в высоковольтном отсеке, обеспечило возможность размещения преобразовательного комплекса в недоступном для случайных людей месте, что повысило безопасность и надежность работы;

- обеспечена адаптированность к автономной параллельной работы двух систем электроснабжения поезда от силового полупроводникового преобразовательного комплекса, при которой исключена возможность опасного воздействия на рельсовые, обеспечен стабильный режим электропитания, позволяющий уменьшить вредные воздействия на окружающую среду и получить комфортные условия электроотопления;

- обеспечена способность к модернизируемости конструкции за счет модульности проектирования и удобства монтажа и демонтажа устройства;

- конструктивно обеспечено исключение недопустимых перерывов в подаче напряжения в системе отопления поезда за счет оптимизации коммутационных режимов работы устройства;

- повышена эксплуатационная надежность преобразовательного комплекса;

- уменьшено количество ложных срабатываний и аварийных режимов за счет обеспечения контролируемой защиты каждого полупроводникового прибора преобразователей с выведенной на пульт машиниста тепловоза сигнализацией о конкретных неисправностях;

- повышена пожаробезопасность;

- обеспечена защита силовых полупроводниковых элементов каждого преобразователя от коммутационных перенапряжений в контактной сети;

- технически обеспечено стабильное качественное выходное напряжение в каждом из преобразователей силового полупроводникового преобразовательного комплекса;

- конструктивно обеспечена возможность проведения агрегатного ремонта устройства.

Изобретение относится к электротехнике, к электрооборудованию транспортных средств, в частности к силовым полупроводниковым преобразовательным комплексам для пассажирских и грузовых тепловозов. Технический результат состоит в повышении безопасности путем обеспечения недоступности для проникновения случайных лиц, повышении надежности и безопасности эксплуатации в сложных дорожных условиях. Силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс (1) для энергоснабжения транспортного средства содержит первый высоковольтный преобразователь (2) трехфазного переменного тока тягового синхронного генератора в постоянный ток для питания тяговых электродвигателей тепловоза, второй высоковольтный преобразователь (3) для питания общих магистральных шин электроснабжения поезда и высоковольтный адаптер 4 силовых подключений и кабельных соединений. Конструкция упомянутого комплекса обеспечивает независимое энергоснабжение тяговых двигателей тепловоза и бесперебойное электропитание общих магистральных шин поезда тепловоза, к которым подключена централизованная система электроотопления поезда. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс для энергоснабжения транспортного средства, преимущественно пассажирского поезда с тяговым синхронным генератором, вспомогательным синхронным генератором и общими магистральными шинами энергоснабжения, содержащий первый высоковольтный преобразователь трехфазного переменного тока тягового синхронного генератора в постоянный ток для питания тяговых электродвигателей тепловоза, размещенный в корпусе с центральным вертикальным каналом воздушного охлаждения, причем корпус выполнен в виде двух оппозитно состыкованных ячеек, каждая из которых имеет форму полого параллелограмма, образованного из установленных между верхними и нижними соединительными элементами параллельно друг другу тремя рамами: стыковочной, внутренней опорной и монтажной, при этом на монтажной раме установлены элементы крепежа, на которые параллельно друг другу установлены соединительные силовые шины трехфазного переменного тока, а на них смонтированы катодные и анодные группы силовых полупроводниковых приборов с защитными предохранителями, а другой стороной силовые полупроводниковые приборы скреплены с теплопоглощающей стороной соответствующего катодного и анодного группового охладителя, теплопередающие стороны которых, например ребра, размещены в центральном канале воздушного охлаждения, причем с анодными и катодными групповыми охладителями соединены соответствующие анодные и катодные выходные шины постоянного тока, а к соединительным силовым шинам переменного тока крепят входные фазные шины для подключения соответствующих фаз трехфазного переменного тока, при этом каждый упомянутый защитный предохранитель закреплен между двумя дополнительными шинами, одна из которых соединена с силовым полупроводниковым прибором, а другая закреплена на соединительной силовой шине переменного тока, отличающийся тем, что он снабжен высоковольтным адаптером силовых подключений и кабельных соединений и вторым высоковольтным преобразователем трехфазного переменного тока вспомогательного синхронного генератора в постоянный ток для питания общих магистральных шин энергоснабжения поезда, размещенным в антресольном корпусе, установленном на корпусе упомянутого первого высоковольтного преобразователя, причем антресольный корпус выполнен в виде прямоугольного металлического ящика с тремя смежными ячейками: центральной, размещенной над каналом воздушного охлаждения вышеупомянутого корпуса первого высоковольтного преобразователя, и размещенных по обе стороны от центральной ячейки двух боковых ячеек, в которых размещены два модульных блока неуправляемых трехфазных мостовых выпрямителей, а также датчики контроля тока и напряжения, при этом каждый упомянутый модульный блок размещен на электроизоляционном основании, прикрепленном к внутренней грани боковой ячейки и имеющем с одной стороны сквозной вырез, в котором устанавливают и закрепляют пакет силовых полупроводниковых приборов, например три диодных модуля, одна сторона которых соединена с шинами трехфазного переменного тока, а другая их сторона скреплена с охлаждающим радиатором, размещенным в упомянутой центральной ячейке, при этом свободные концы шин переменного тока соединены с контактами для внешнего подключения переменного тока и защитными предохранителями, причем рядом с пакетом силовых полупроводниковых приборов на основании закреплен блок защиты диодных модулей от помех.

2. Силовой полупроводниковый преобразовательный комплекс для энергоснабжения транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что высоковольтный адаптер силовых подключений и кабельных соединений установлен на внешней боковой стенке корпуса упомянутого первого высоковольтного преобразователя и содержит высоковольтный контактор электроснабжения, установленный на закрепленной сварным соединением боковой стенке корпуса балке, поверх которой на той же стенке закрепляют изоляционную панель, вдоль верхней и нижней сторон которой к упомянутой боковой стенке крепят верхний и нижний козырьки, в которых с одной внутренней стороны крепят элементы для крепления двери, на которые устанавливают коробчатую дверь с механическими и электромагнитными замками и отверстием для выхода ионизированного воздуха, при этом высоковольтный контактор снабжен дугогасительной асбестоцементной камерой, выполненной из двух двухгранных смыкающихся частей: стационарной и подвижной, причем стационарная часть камеры установлена на изоляционной панели, а подвижная часть камеры установлена на внутренней поверхности двери, причем на изоляционной панели закреплены прижимы, фиксирующие соединительные провода и кабели, а на внутренней поверхности нижнего козырька размещены соединители силовых цепей.