БЛОК ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ СИГНАЛЬНЫХ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2015 года по МПК H02J9/06 H05B33/08 

Настоящее изобретение относится к блоку энергоснабжения для сигнальных осветительных средств согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.

В технике железнодорожной сигнализации особенно важным является то, что сигнальные осветительные средства всегда имеют определенное состояние индикации. Это особенно имеет значение для железнодорожных сигналов, у которых темное состояние имеет значение «безопасно». Это относится, например, к неохраняемым переездам. Только если к переезду приближается поезд, то активируется предупредительный сигнальный фонарь, в случае необходимости с акустической поддержкой.

В настоящее время известны следующие решения для управления сигнальными осветительными средствами:

i) Фиг.1 показывает сигнал, который основан на двух светодиодных (LED) модулях LED₁, LED₂, которые имеют, соответственно, собственный проводящий путь с индивидуальным средством контроля 10₁, 10₂ тока. Неисправность главного источника Q_prinz не может распознаваться средством контроля тока, так как оба дают одинаковый результат;

ii) Фиг.2 показывает сигнал, который также основан на двух LED-модулях LED₁, LED₂. Дополнительно, однако, предусмотрен второй, так называемый резервный источник энергоснабжения 25, который с помощью (Um-) переключателя S₀ в случае необходимости может подключаться вместо основного источника 20. Следует учитывать, что масса (заземление) Ground_aux вспомогательного источника электрически отличается от массы (заземления) Ground_prinz основного источника. Это различие масс имеет следующую техническую причину:

за счет этого предотвращаются уравнительные токи и паразитные помеховые эффекты.

Так как массы Ground_aux и Ground_prinz электрически различны, переключение производится не только переключателем S₀, но и дополнительно переключением массы, в данном случае переключателями S₁, S_n. С помощью индексирования 1…n указывается, что более двух осветительных средств таким способом могут снабжаться энергией резервированным образом.

Решение (ii) перекрывает не все случаи неисправностей:

отсутствие карты возбудителя приводит к тому, что оптическая предупредительная сигнализация посредством сигнальных осветительных средств LED₁ и LED₂ не выполняется. Здесь следует еще раз указать на то, что в таком устройстве и применении излучение света сигнализирует опасность. Для железнодорожных сигналов для машиниста локомотива обычно справедливо другое надежное правило: неактивные или «темные» сигналы всегда имеют значение «стоп», «опасность».

В патенте США 4564767 [4] раскрыт источник бесперебойного питания с трансформатором, имеющим две первичные обмотки. Одна первичная обмотка в нормальном режиме работы запитывается от основного источника переменного тока (АС). Другая первичная обмотка запитывается через инвертор энергией от источника постоянного тока (DC). Логическая схема подключает DC-источник почти мгновенно при спадании ниже уровня АС-источника.

Из патента США 3684891 [3] известен защищенный от отказов блок электропитания для аварийного освещения посредством флюоресцентных ламп.

Вышеназванные документы содержат решения, которые не могут быть применены в железнодорожной отрасли. Например, согласно решению из патента США 3684891 [6], невозможно, что осветительное средство может активироваться независимо от состояния энергоснабжения.

Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача создать блок энергоснабжения для сигнальных осветительных средств, которые и в случаях неисправности гарантируют надежное энергоснабжение сигнальных фонарей для индикации опасности.

Эта задача решается признаками, содержащимися в независимом пункте формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления приведены в остальных пунктах формулы изобретения.

За счет обеспечения емкостной связи через конденсаторы в контуре тока сигнальных осветительных средств более не требуются механические контакты. Это повышает надежность и готовность оборудования в случае неисправности. Емкостная связь может простым способом встраиваться в существующий блок энергоснабжения.

Таким образом, могут дополнительно предоставляться следующие преимущества:

i) за счет обеспечения АС-источника в качестве вспомогательного источника оценка тока может осуществляться независимо от контура сигнальных осветительных средств в первичном контуре. За счет этого не требуется вмешательство в контур сигнальных осветительных средств, что повышает надежность соответствующего изобретению блока энергоснабжения;

ii) так как при работе на уровне перехода на аварийный режим все сигнальные осветительные средства по определению снабжаются энергией, отказ отдельных, но не всех сигнальных осветительных средств еще не приводит к тому, что ложным образом не сигнализировалась бы опасность.

Изобретение далее поясняется более подробно в качестве примера со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

фиг.1 - известное решение для управления осветительными средствами;

фиг.2 - известное решение для управления осветительными средствами с основным и вспомогательным источником;

фиг.3 - блок-схема согласно примеру выполнения предложенного изобретения в представлении для нормального случая работы;

фиг.4 - блок-схема согласно примеру выполнения предложенного изобретения в представлении для работы на уровне перехода на аварийный режим.

Фиг.3 показывает пример выполнения предложенного изобретения в представлении для нормального случая работы: защищенный вычислитель 30 с определенным режимом отключения согласно SIL 0-4 активирует карту 22 возбудителя для нормального режима работы. Это активирование осуществляется по управляющей линии 23. Вместо вычислителя 30 может также предусматриваться программируемое памятью управление (SPS) 30. Вычислитель 30 или SPS 30, оба должны выполнять требования SIL 0-4 в смысле семейства норм IEC 61508 [1] и IEC 61511 [2]. Основной источник 20 запитывает выполненное в виде LED сигнальное осветительное средство через сигнальный токовый контур 29, представленный жирными линиями на фиг.3. Обе указанные массы Ground_prinz электрически идентичны. Согласно фиг.3, например, LED_n активирован. Здесь n является индексом из заданного количества 1 … N LED, запитываемых от источника 20. В соответствии с этим индексируются и остальные детали: переключатели F₁, …F_n.

С помощью средства оценки 21 тока оценивается действительный статус LED_n.

На фиг.4 показан пример выполнения настоящего изобретения согласно фиг.3 для режима работы на уровне перехода на аварийный режим: по некоторой причине основной источник 20 (также называемый блоком 20 питания в рабочем режиме) или карта 22 возбудителя больше не в состоянии снабжать энергией или управлять LED_n. SPS 30 или вычислитель 30 активируют через управляющую линию 26 вспомогательный источник 24 для активирования уровня перехода на аварийный режим. Вспомогательный источник 24 выдает АС напряжение. Ток протекает через (первичную) катушку трансформатора Т1. Вторичная катушка этого трансформатора Т1 питает через массу Ground_aux все сигнальные осветительные средства LED₁ … LED_n через сигнальный токовый контур 27 энергией. Этот сигнальный токовый контур 27 на уровне перехода на аварийный режим показан на фиг.4 жирными линиями. Отвод на первичной обмотке трансформатора Т1 обеспечивает через емкость С1 и индуктивность L1 возможность осуществления оценки 28 амплитуды и частоты. Тем самым гарантируется надежная обратная сигнализация протекания тока в токовом контуре вспомогательного источника 24 и первичной катушке трансформатора Т1 в предположении определенной нагрузки сигнальных осветительных средств LED₁ … LED_n. Таким способом может устанавливаться случай неисправности LED₁ … LED_n. Если возник случай неисправности всех LED кроме одного LED_x, эта неисправность все равно не приведет к тому, что ложным образом будет сигнализироваться отсутствие опасности. Вспомогательный источник 24, трансформатор Т1 и средство оценки 28 тока образуют так называемый источник 40 питания уровня перехода на аварийный режим.

Для вспомогательного источника 24 предусмотрена частота в диапазоне от 1 кГц до 20 кГц. При работе на уровне перехода на аварийный режим (то есть при активировании вспомогательного источника 24) протекает ток во вторичном контуре через конденсаторы СК на стороне первичной обмотки и Сk₁, Сk_n на стороне осветительных средств LED₁ … LED_n к массе Ground_aux. Показанные на фиг.4 четыре массы Ground_aux электрически идентичны. Эти конденсаторы СК, Сk₁, Сk_n рассчитаны таким образом, что они в этом режиме работы (на уровне перехода на аварийный режим) имеют глубокий последовательный импеданс.

Вышеописанный пример выполнения относится к сигнальным осветительным средствам, выполненным как LED. Изобретение в равной степени может быть применено для следующих сигнальных осветительных средств (не является закрытым перечнем):

- лампы накаливания,

- лампы-вспышки,

- вращающиеся осветительные приборы.

Соответствующие сигнальные осветительные средства должны только иметь свойство, состоящее в возможности питания их переменным током (АС).

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ, ГЛОССАРИЙ

10₁, 10₂ контроль тока 20 блок питания в рабочем режиме; основной источник, DC-источник, АС-источник, первый источник энергии 21 оценка тока 22 карта возбудителя 23 активирование блока питания в рабочем режиме; управляющая линия для активирования блока питания в рабочем режиме 24 вспомогательный источник, АС-источник, второй источник энергии 25 вспомогательный источник, резервный источник, батарея 26 активирование уровня перехода на аварийный режим, управляющая линия для уровня перехода на аварийный режим 27 сигнальный токовый контур на уровне перехода на аварийный режим 28 проверка частоты/амплитуды 29 сигнальный токовый контур на уровне рабочего режима 30 SPS, надежный вычислитель с определенным режимом отключения SIL 0-4 40 питание на уровне перехода на аварийный режим Ck конденсатор связи на отводе вторичной обмотки трансформатора Т1

Ck₁, Ck_n конденсаторы (связи), ассоциированные с сигнальными осветительными средствами LED₁, LED_n F₁, F_n переключатель, контакт реле, MOS-FET (полевые транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник) Ground_aux масса вспомогательного источника Ground_prinz масса основного источника LED₁, LED₂ сигнальные осветительные средства Q_aux вспомогательный источник, второй источник, DC-, AC-источник Q_prinz основной источник, DC-, AC-источник S₀, S₁, S_n переключатели SIL уровень интеграции безопасности согласно семейству норм IEC 61511-x и IEC 61508-x SPS программируемое от памяти управление Т1 преобразователь, трансформатор

ПЕРЕЧЕНЬ ЦИТИРУЕМЫХ ДОКУМЕНТОВ

[1] IEC 61508

«Functional safety of electrical/electronic/

programmable electronic safety-related systems».

[2] IEC 61511

«Functional safety - Safety instrumeted systems

for the process industry sector».

[3] US 3684891

«Fail-safe solid-state emergency lighting over

supply and transfer circuit»

Assignee: Dual-ite Company, Newtown, Conn.

[4] US 4564767

«Uninterruptible siwtching power supply system»

Assignee: TII Industiries, Inc., Copiague, N.Y.

Изобретение относится к сигнальным осветительным средствам (LED₁, LED_n), которые при активировании индицируют обозначение «стоп» или «опасность», для надежного энергоснабжения предложена схема с первым блоком (20) питания в рабочем режиме и вторым вспомогательным источником (24). Второй вспомогательный источник (24) при этом индуктивно (Т1) связан с токовым контуром (27) сигнальных осветительных средств, в то время как сигнальные осветительные средства (LED₁, LED_n) емкостным способом связаны с массой (Ground_aux). За счет такого решения достигается технический результат - отпадает необходимость в применении переключателей при работе на уровне перехода на аварийный режим. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Блок энергоснабжения, содержащий токовый контур (29) сигнальных осветительных средств для сигнальных осветительных средств (LED₁, LED_n), который дополнительно содержит:
- первый источник (20) энергии и независимо от него второй источник (24) энергии, которые соединены соответственно с собственной массой (Ground_prinz, Ground_aux), причем обе массы (Ground_prinz, Ground_aux) электрически разделены одна от другой;
- переключатели (F₁, F_n) для подключения по потребности первого источника (20) энергии сигнального осветительного средства (LED₁, LED_n), причем посредством излучения света сигнальным осветительным средством (LED₁, LED_n) сигнализируется опасность,
- при отказе первого источника (20) энергии второй источник (24) энергии выполнен с возможностью отдавать AC-напряжение и индуктивно связываться через трансформатор (Т1) с токовым контуром (27) сигнальных осветительных средств, который связан с питаемыми энергией сигнальными осветительными средствами (LED₁, LED_n), чтобы запитывать их энергией;
отличающийся тем, что
при активировании сигнальных осветительных средств (LED₁, LED_n) посредством второго источника (24) энергии через трансформатор (Т1) токовый контур (27) сигнальных осветительных средств проводится через соответствующий конденсатор (СК; Ck₁, Ck_n) к массе (Ground_aux) второго источника (24) энергии.

2. Блок энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что переключатели (F₁, F_n) размещены для подключения по потребности сигнального осветительного средства (LED₁, LED_n) в карте (22) возбудителя и что для каждого сигнального осветительного средства (LED₁, LED_n) предусмотрено средство оценки (21) тока.

3. Блок энергоснабжения по п.2, отличающийся тем, что предусмотрен вычислитель (30) или программируемое от памяти средство управления (30), которое переключатели (F₁, F_n) карты (22) возбудителя активируют через управляющую линию (23), и что альтернативно при отказе первого источника (20) через другую управляющую линию (26) второй источник (24) энергии может активироваться от вычислителя (30) или программируемого от памяти средства управления (30).

4. Блок энергоснабжения по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что токовый контур через второй источник (24) энергии подвергается контролю (28) тока.

5. Блок энергоснабжения по п.4, отличающийся тем, что для контроля (28) тока токового контура через второй источник (24) энергии предусмотрен отвод на первичной обмотке трансформатора (Т1), так что через конденсатор (С1) и индуктивность (L1) оценка (28) также содержит в себе оценку амплитуды и частоты токового контура через второй источник (24) энергии.