СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ ПРЕРЫВИСТОЙ ПРОКЛАДКЕ КОНТАКТНОЙ СЕТИ Российский патент 2024 года по МПК B60M1/12 B60L5/42 B60L50/53 B61C3/02 

Изобретение относится к способам и системам энергоснабжения электротранспорта, линиям энергоснабжения [B60M 1/00, B60M 3/00, B60M 1/36].

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДВУХПУТНЫХ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА [RU 94012693 A, опубл. 10.08.1996], содержащее питающую и обратную шины тяговой подстанции, контактные сети первого и второго путей, подключенные к питающей шине через первый и второй фидер соответственно, рельсы обоих путей, подключенные к обратной шине, причем контактная сеть первого пути подключена к питающей шине через первый диодный блок с прямой полярностью, включенный в рассечку первого фидера, контактная сеть второго пути подключена к питающей шине через второй диодный блок с обратной полярностью, включенный в рассечку второго фидера, отличающееся тем, что контактные сети обоих путей соединены перемычками и вблизи каждой точки соединения с одной стороны контактных подвесок обоих путей в рассечку включаются диодные блоки, в контактную сеть первого пути с прямой полярностью, а в контактную сеть второго пути с обратной полярностью.

Недостатком аналога является невозможность выполнения разрывов контактной сети, а также высокий риск поражения электрическим током из-за постоянно протекающего по рельсам тока, что исключает открытую для доступа прокладку контактных сетей и требует применения дополнительных мер защиты.

Наиболее близким по технической сущности является ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА [MY 123022 A, опубл. 31.05.2006], содержащая железнодорожное транспортное средство, оснащенное тяговым электродвигателем, путь для движения железнодорожного транспортного средства, содержащий два ряда параллельных рельсов, и средство питания электродвигателя железнодорожного транспортного средства, отличающееся тем, что по меньшей мере один ряд рельсов разделен на последовательные секции, электрически изолированные друг от друга, длина каждой секции меньше общей длины железнодорожного транспортного средства, при этом средства питания электродвигателя содержат установленные на железнодорожном транспортном средстве токоприемники для отвода тока от двух рядов рельсов, причем эти ряды рельсов питаются от источника электрической энергии, при этом средства питания дополнительно содержат, с одной стороны, средство переключения, приспособленное для избирательного управления индивидуальной подачей электрической энергии на каждую секцию рельса, и, с другой стороны, средство для управления указанным средством переключения для обеспечения подключения к источник электрической энергии, по меньшей мере, одного участка рельса, полностью скрытого над железнодорожным транспортным средством, и разъединение участков рельса, не полностью скрытого железнодорожным транспортным средством.

Основной технической проблемой прототипа, во-первых, является сложность реализации такой транспортной системы, обусловленная необходимостью выполнения секций рельсов одного ряда изолированными. Во-вторых, существует высокий риск поражения электрическим током при эксплуатации системы из-за постоянно протекающего по рельсам тока, что исключает открытую для доступа прокладку контактных сетей и требует применения дополнительных мер защиты. В-третьих, система требует, чтобы длина каждой секции была меньше общей длины железнодорожного транспортного средства, что достаточно тяжело реализовать для различных разновидностей железнодорожного транспорта и позволяет использовать лишь в узких специализированных случаях, например, на предприятиях, имеющих свою железную дорогу и свой подвижный состав, состоящий из одинаковых транспортных средств.

Задача изобретения состоит в устранении недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности системы электроснабжения и обеспечении бесперебойного электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети.

Указанный технический результат достигается за счет того, что система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети для железнодорожного транспортного средства, оснащенного тяговым электродвигателем, содержащая путь для движения железнодорожного транспортного средства, содержащим два ряда параллельных рельсов и контактную сеть, отличающаяся тем, что контактная сеть выполнена из разнесенных в пространстве рельсовой цепи и воздушной контактной линии, выполненной с разрывом на отдельных участках железнодорожного пути с возможностью обеспечения пересечения железнодорожного пути с объектами транспортной инфраструктуры и проложенной вдоль пути движения железнодорожного транспортного средства, транспортное средство содержит электрически контактирующие с контактной линией и разнесенные по длине транспортного средства подключенные параллельно токоприемники, обеспечивающие передачу электроэнергии от контактной линии тяговым электродвигателям, преобразующим электрическую энергию в механическую работу и приводящим в движение транспортное средство, при этом длина разрыва на участках железнодорожного пути выполнена меньше наименьшего расстояния между разнесенными по длине транспортного средства токоприемниками с возможностью обеспечения электрического соединения с контактной линией как минимум одного токоприемника.

Указанный технический результат достигается за счет того, что система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети для железнодорожного транспортного средства, оснащенного тяговым электродвигателем, содержащая путь для движения железнодорожного транспортного средства, содержащий два ряда параллельных рельсов и контактную сеть, отличающаяся тем, что контактная сеть выполнена из разнесенных в пространстве рельсовой цепи и воздушной контактной линии, выполненной с разрывом на отдельных участках железнодорожного пути с возможностью обеспечения пересечения железнодорожного пути с объектами транспортной инфраструктуры и проложенной вдоль пути движения железнодорожного транспортного средства, транспортное средство содержит электрически контактирующий с контактной линией токоприемник, смонтированный на транспортном средстве, подключенный к токоприемнику тяговый преобразователь, к которому подключены тяговые электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую работу и приводящие в движение транспортное средство, тяговые аккумуляторы для питания тяговых электродвигателей при отсутствии питания от контактной линии и пускозарядное устройство для заряда тяговых аккумуляторов от контактной сети или от тяговых электродвигателей при их работе в режиме рекуперации.

В частности, токоприемник смонтирован на крыше или сбоку транспортного средства в зависимости от расположения контактной линии.

В частности, тяговый преобразователь может быть выполнен в виде выпрямителя, выпрямительно-инверторного преобразователя или преобразователя постоянного напряжения в зависимости от типа тяговых электродвигателей или от рода тока контактной сети.

В частности, тяговые электродвигатели могут быть выполнены с возможностью рекуперации энергии.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематично показано железнодорожное транспортное средство при взаимодействии с контактной сетью.

На фиг.2 схематично показана система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при наличии питания от контактной сети.

На фиг.3 схематично показана система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при питании тяговых электродвигателей от тяговых аккумуляторов.

На фиг.4 схематично показана система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при работе тяговых электродвигателей в режиме рекуперации.

На фигурах обозначено: 1 – тяговые подстанции, 2 – контактная линия, 3 – рельсовая цепь, 4 – токоприемники, 5 – локомотив, 6 – тяговый преобразователь, 7 – тяговые электродвигатели, 8 – тяговые аккумуляторы, 9 – пускозарядное устройство.

Осуществление изобретения

Система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети содержит тяговые подстанции 1 (см. Фиг.1-4) постоянного или переменного тока, связанные между собой электрической контактной сетью, состоящей из разнесенных в пространстве воздушной контактной линии 2, проложенной вдоль рельсов железной дороги и рельсовой цепи 3, которые являются проводниками электрического тока, по крайней мере, один токоприемник 4, смонтированный на транспортном средстве, подключенный к токоприемнику 4 тяговый преобразователь 6 (см. Фиг.2-4), смонтированный на транспортном средстве, подключенные к тяговому преобразователю 6 тяговые электродвигатели 7, преобразующие электрическую энергию в механическую работу и приводящие в движение транспортное средство.

Токоприемник 4 смонтирован на крыше или сбоку транспортного средства в зависимости от расположения контактной линии 2. В некоторых вариантах реализации количество токоприемников 4 может более одного, при этом их разносят по длине транспортного средства и располагают, например, на головном и толкающем локомотиве 5, головном локомотиве 5 и последнем вагоне и т.д. Токоприемники 4 могут быть электрически соединены между собой.

Тяговый преобразователь 6 может быть выполнен в виде выпрямителя, выпрямительно-инверторного преобразователя или преобразователя постоянного напряжения в зависимости от типа тяговых электродвигателей 7 или от рода тока контактной сети.

Тяговые электродвигатели 7 смонтированы на локомотиве 5, а в варианте реализации транспортного средства с головным и толкающим локомотивами 5 тяговые электродвигатели 7 могут быть смонтированы в обоих локомотивах 5. Тяговые электродвигатели 7 могут быть выполнены с возможностью рекуперации энергии.

Система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети содержит дополнительно тяговые аккумуляторы 8, смонтированные на локомотиве 5, а в варианте реализации с головным и толкающим локомотивами 5, тяговые аккумуляторы 8 могут размещать дополнительно к головному и на толкающем локомотиве 5. Кроме того, тяговые аккумуляторы 8 могут быть смонтированы и во вспомогательном вагоне, соединенном с локомотивом 5. Тяговые аккумуляторы 8 через пускозарядное устройство 9 подключены к тяговому преобразователю 6 для заряда тяговых аккумуляторов 8 от контактной сети при их разряде при наличии электроснабжения от контактной сети (см. Фиг.2) и передаче накопленной электроэнергии тяговым электродвигателям 7 при отсутствии электроснабжения от контактной сети (см. Фиг.3), при этом тяговый преобразователь 7 обеспечивает преобразование тока/напряжения, поступающего от тяговых аккумуляторов 8 для питания тяговых электродвигателей 7. Пускозарядное устройство 9 снабжено автоматическим переключателем, обеспечивающим подачу питания от контактной сети на тяговые электродвигатели 7 и тяговые аккумуляторы 8 для работы тяговых электродвигателей 7 и зарядки тяговых аккумуляторов 8 и переключение питания от тяговых аккумуляторов 8 на тяговые электродвигатели 7 при отсутствии питания от контактной сети.

Контактная линия 2 заявленной системы электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства на отдельных участках железнодорожного пути для пересечения железнодорожного пути с объектами транспортной инфраструктуры, такими как остановки и стоянки автомобильного транспорта, железнодорожные тоннели, пересечения с другими железнодорожными путями, автомобильными дорогами и т.д., выполнена с разрывом для обеспечения пересечения железнодорожных путей в одном уровне без ограничений по высоте, формирования двухуровневых транспортных развязок с мостами и тоннелями.

При следовании железнодорожного транспортного средства по железной дороге в заявленной системе токоприемники 4 взаимодействуют с контактной линией 2 и передают от контактной линии 2 электрический ток на тяговый преобразователь 6, который после преобразования напряжения питает им тяговые электродвигатели 7. Параллельно, от тягового преобразователя 6 электрический ток подают через пускозарядное устройство 9, которое обеспечивает зарядку тяговых аккумуляторов 8 (см. Фиг.2).

При разрыве контактной линии 2, не превышающем минимального расстояния между разнесенными токоприемниками 4, при движении железнодорожного транспортного средства по крайней мере один из токоприемников 4 будет электрически контактировать с контактной линией 2 и обеспечивать электроснабжение тяговых электродвигателей 7.

При превышении разрыва контактной линии 2 расстояния между токоприемниками 4 питание тяговых электродвигателей 7 переключается на питание от тяговых аккумуляторов 8 (см. Фиг.3) и железнодорожное транспортное средство продолжает свое движение за счет питания тяговых электродвигателей 7 от тяговых аккумуляторов 8 до появления электрического контакта токоприемника 4 транспортного средства с контактной линией 2, при этом подача питания от тяговых аккумуляторов 8 прекращается и пускозарядное устройство 9 переключается на зарядку тяговых аккумуляторов 8 от контактной сети.

В заявленной системе электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети для зарядки тяговых аккумуляторов 8 может быть использовано рекуперативное торможение, при котором электроэнергию, вырабатываемую тяговыми электродвигателями 7, работающими в генераторном режиме, используют для подзарядки тяговых аккумуляторов 8 (см. Фиг.4).

Технический результат – повышение эффективности системы электроснабжения и обеспечение бесперебойного электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети достигается за счет того, что при создании разрывов контактной линии 2 при пересечении железнодорожных путей, по которым движется транспортное средство в заявленной системе, с другими элементами (объектами) транспортной инфраструктуры за счет,

во-первых, выполнения токоприемников 4 на транспортном средстве, разнесенных по длине транспортного средства, расстояние между которыми превышает величину разрыва в контактной линии 2, чем обеспечивают наличие электрического контракта с контактной линией 2 хотя бы одного токоприемника 4;

во-вторых, включения в систему электроснабжения тяговых аккумуляторов 8, смонтированных на транспортном средстве и обеспечивающих питание тяговых электродвигателей 7 при отсутствии питания от контактной сети, при этом пополнение уровня заряда тяговых аккумуляторов 8 осуществляется или от контактной сети при ее наличии или от тяговых электродвигателей 7, работающих в режиме рекуперации.

Заявленная система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети позволит обеспечить снижение затрат на строительство и содержание транспортной инфраструктуры, обеспечить пересечение электрифицированных железных дорог по двум и более направлениям в одном уровне, уменьшить высоту мостов и железнодорожных тоннелей, повысить безопасность при эксплуатации электрифицированных железных дорог.

Группа изобретений относится к энергоснабжению электротранспорта. Система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети для железнодорожного транспортного средства, оснащенного тяговым электродвигателем, содержит путь и контактную сеть. При этом контактная сеть выполнена из разнесенных в пространстве рельсовой цепи и воздушной контактной линии, выполненной с разрывом на отдельных участках железнодорожного пути. Транспортное средство содержит электрически контактирующие с контактной линией и разнесенные по длине транспортного средства подключенные параллельно токоприемники, обеспечивающие передачу электроэнергии от контактной линии через тяговый преобразователь тяговым электродвигателям. При этом длина разрыва на участках железнодорожного пути выполнена меньше наименьшего расстояния между токоприемниками транспортного средства. Также заявлен вариант системы электроснабжения, в котором транспортное средство содержит тяговые аккумуляторы и пускозарядное устройство. Технический результат заключается в повышении эффективности системы электроснабжения и обеспечении бесперебойного электроснабжения транспортного средства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети для железнодорожного транспортного средства, оснащенного тяговым электродвигателем, содержащая путь для движения железнодорожного транспортного средства, содержащий два ряда параллельных рельсов и контактную сеть, отличающаяся тем, что контактная сеть выполнена из разнесенных в пространстве рельсовой цепи и воздушной контактной линии, выполненной с разрывом на отдельных участках железнодорожного пути с возможностью обеспечения пересечения железнодорожного пути с объектами транспортной инфраструктуры и проложенной вдоль пути движения железнодорожного транспортного средства, транспортное средство содержит электрически контактирующие с контактной линией и разнесенные по длине транспортного средства подключенные параллельно токоприемники, обеспечивающие передачу электроэнергии от контактной линии через тяговый преобразователь тяговым электродвигателям, преобразующим электрическую энергию в механическую работу и приводящим в движение транспортное средство, при этом длина разрыва на участках железнодорожного пути выполнена меньше наименьшего расстояния между разнесенными по длине транспортного средства токоприемниками с возможностью обеспечения электрического соединения с контактной линией как минимум одного токоприемника.

2. Система электроснабжения электрифицированного железнодорожного транспортного средства при прерывистой прокладке контактной сети для железнодорожного транспортного средства, оснащенного тяговым электродвигателем, содержащая путь для движения железнодорожного транспортного средства, содержащий два ряда параллельных рельсов и контактную сеть, отличающаяся тем, что контактная сеть выполнена из разнесенных в пространстве рельсовой цепи и воздушной контактной линии, выполненной с разрывом на отдельных участках железнодорожного пути с возможностью обеспечения пересечения железнодорожного пути с объектами транспортной инфраструктуры и проложенной вдоль пути движения железнодорожного транспортного средства, транспортное средство содержит электрически контактирующий с контактной линией токоприемник, смонтированный на транспортном средстве, подключенный к токоприемнику тяговый преобразователь, к которому подключены тяговые электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую работу и приводящие в движение транспортное средство, тяговые аккумуляторы для питания тяговых электродвигателей при отсутствии питания от контактной линии и пускозарядное устройство для заряда тяговых аккумуляторов от контактной сети или от тяговых электродвигателей при их работе в режиме рекуперации.

3. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что токоприемник смонтирован на крыше или сбоку транспортного средства в зависимости от расположения контактной линии.

4. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что тяговый преобразователь может быть выполнен в виде выпрямителя, выпрямительно-инверторного преобразователя или преобразователя постоянного напряжения в зависимости от типа тяговых электродвигателей или от рода тока контактной сети.

5. Система по пп.1, 2, отличающаяся тем, что тяговые электродвигатели могут быть выполнены с возможностью рекуперации энергии.