RU2326774C1 - Converting device of the passangers car power supply system - Google Patents
Converting device of the passangers car power supply system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326774C1 RU2326774C1 RU2006138945/11A RU2006138945A RU2326774C1 RU 2326774 C1 RU2326774 C1 RU 2326774C1 RU 2006138945/11 A RU2006138945/11 A RU 2006138945/11A RU 2006138945 A RU2006138945 A RU 2006138945A RU 2326774 C1 RU2326774 C1 RU 2326774C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- input
- rectifier
- output
- input connector
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, конкретно - к устройствам, обеспечивающим подачу электроэнергии потребителям железнодорожного пассажирского вагона с использованием внутренних и внешних источников системы питания вагона.The invention relates to electrical equipment of vehicles, and in particular to devices that provide power to consumers of a railway passenger car using internal and external sources of the car's power system.
Уровень техникиState of the art
Основные потребители электроэнергии в железнодорожных вагонах делятся на потребителей постоянного и переменного тока. Система электропитания на железнодорожном транспорте обеспечивает пассажирские вагоны переменным напряжением 127/220/380 В или постоянным - 50÷150 В. Каждый пассажирский вагон снабжен аккумуляторной батареей, обеспечивающей аварийное или резервное питание необходимых электроприборов. Питание оборудования, используемого для собственных нужд вагона, а также регулярный подзаряд аккумуляторов требуют формирования ряда напряжений требуемого вида и номинального значения в системе электропитания вагона. Для этой цели используют низковольтное преобразовательное устройство.The main consumers of electricity in railway cars are divided into consumers of direct and alternating current. The railway power supply system provides passenger cars with an alternating voltage of 127/220/380 V or a constant voltage of 50 ÷ 150 V. Each passenger car is equipped with a battery that provides emergency or backup power to the necessary electrical appliances. Power supply of equipment used for the car’s own needs, as well as regular recharging of batteries, require the formation of a number of voltages of the required type and nominal value in the car’s power supply system. For this purpose, a low voltage converter is used.
Система электропитания на железнодорожном транспорте включает в себя несколько видов источников электроэнергии.The railway power supply system includes several types of power sources.
Для вагонов с автономным электроснабжением источником электроэнергии является подвагонный генератор, который вырабатывает трехфазное переменное напряжение (127÷380) В.For cars with autonomous power supply, the source of electricity is a subcar generator, which generates a three-phase alternating voltage (127 ÷ 380) V.
Для вагонов с централизованным энергоснабжением источником питания является высоковольтная поездная магистраль, с номинальным напряжением =/~(1,5÷3,0) кВ, которое пропускается через трансформатор или высоковольтный подвагонный преобразователь и понижается до требуемого значения переменного или постоянного тока.For cars with centralized energy supply, the power source is a high-voltage train line with a rated voltage = / ~ (1.5 ÷ 3.0) kV, which is passed through a transformer or a high-voltage subcar converter and lowered to the required value of alternating or direct current.
При длительных стоянках источником питания вагонов является внешняя трехфазная сеть переменного тока 380 В, 50 Гц.During long-term parking, the power supply of the cars is an external three-phase AC network of 380 V, 50 Hz.
Преобразовательное устройство системы электропитания пассажирского вагона служит для формирования различных по номинальным значениям выходных напряжений (постоянных и переменных) для обеспечения электропитанием все виды приборов и оборудования, предназначенных для удовлетворения собственных нужд вагона. Причем преобразовательное устройство должно быть совместимым с любым вариантом системы электропитания вагона, то есть централизованным (от высоковольтной поездной магистрали), собственным (от подвагонного трехфазного генератора) или внешним (от промышленной сети переменного тока). Кроме того, преобразовательное устройство должно быть конструктивно удобным для профилактики и ремонта. В известных преобразовательных устройствах на входе расположен силовой низкочастотный трансформатор, предназначенный для преобразования напряжения, подающегося от системы электропитания вагона, который имеет значительные габариты. Вместе с выпрямителем он располагается в отдельном устройстве, что не всегда удобно при эксплуатации и ремонте.The converter device of the passenger car’s power supply system serves to generate output voltages of various nominal values (constant and variable) to provide power to all types of instruments and equipment designed to satisfy the car’s own needs. Moreover, the conversion device must be compatible with any version of the car’s power supply system, that is, centralized (from the high-voltage train line), own (from the car three-phase generator) or external (from the industrial AC network). In addition, the conversion device should be structurally convenient for prevention and repair. In known converting devices at the input there is a power low-frequency transformer designed to convert the voltage supplied from the power supply system of the car, which has significant dimensions. Together with the rectifier, it is located in a separate device, which is not always convenient during operation and repair.
Известные технические решения предусматривают возможность подключения преобразовательных устройств системы электропитания как к внутреннему источнику вагонного питания, так и к внешнему сетевому (на длительных стоянках). Например, в системе электроснабжения ЦМВК-61 (Пособие проводнику пассажирских вагонов. М.: Транспорт, 1983. Авторы: Матвеев В.И., Калмынин Ю.М., Дремин Л.Г.) для питания потребителей и зарядки аккумуляторных батарей на стоянке и в парках отстоя вагон подключают к стационарной электросети напряжением 380 В, которое преобразуется в постоянное напряжение в специальном выпрямительном устройстве.Known technical solutions provide for the possibility of connecting the converting devices of the power supply system both to the internal source of the car power supply and to the external network (for long-term parking). For example, in the power supply system TsMVK-61 (Manual for the conductor of passenger cars. M: Transport, 1983. Authors: Matveev VI, Kalmynin Yu.M., Dremin LG) to power consumers and charge rechargeable batteries in the parking lot and in the sludge parks, the wagon is connected to a stationary electric network with a voltage of 380 V, which is converted to a constant voltage in a special rectifier device.
Из описания патента на полезную модель RU 52367 (патентообладатель НПЦ «Экспресс», Тверь) известно техническое решение комплекса электропитания потребителей пассажирского вагона с централизованным электроснабжением (от высоковольтной магистрали), в котором имеется высоковольтный преобразователь, обеспечивающий на выходе регулируемое выходное напряжение постоянного тока, которое запитывает общие шины постоянного тока вагона, к которым подключена группа вагонных потребителей постоянного тока, а также преобразуется в однофазное и трехфазное переменное - для обеспечения питанием группы вагонных потребителей переменного тока. При подключении к внешнему источнику переменного трехфазного тока 380 В, 50 Гц (на длительных стоянках) здесь используется отдельное преобразовательное устройство, имеющее выход постоянного тока с регулятором напряжения, подключенный параллельно выходу высоковольтного преобразователя. Это устройство конструктивно размещено в отдельном корпусе и является независимым от низковольтного преобразователя, обеспечивающего функционирование потребителей во время движения поезда.From the description of the patent for utility model RU 52367 (patent holder of the SPC "Express", Tver), a technical solution is known for the power supply complex of consumers of a passenger car with centralized power supply (from the high-voltage main), in which there is a high-voltage converter that provides an adjustable output DC voltage at the output, which it feeds the car’s common DC buses to which a group of car consumers of DC power is connected, and also converts to single-phase and three-phase heat of the variable - to provide power band wagon AC consumers. When connecting to an external source of alternating three-phase current 380 V, 50 Hz (for long periods of time), a separate converter device is used here, which has a DC output with a voltage regulator connected in parallel with the output of the high-voltage converter. This device is structurally located in a separate housing and is independent of the low-voltage converter, which ensures the functioning of consumers during the movement of the train.
Недостатками являются некомпактность и довольно значительные габариты, обусловленные наличием двух преобразовательных устройств. Кроме того, комплекс не предназначен для использования в вагонах с автономным источником питания.The disadvantages are non-compactness and quite significant dimensions due to the presence of two converting devices. In addition, the complex is not intended for use in cars with an autonomous power source.
В качестве прототипа рассмотрим электрическую схему комплекса электроснабжения пассажирского вагона по патенту на изобретение RU 2168435 (заявитель и патентообладатель - НПЦ «Экспресс», Тверь).As a prototype, we consider the electrical circuit of the power supply complex of a passenger car according to the patent for invention RU 2168435 (applicant and patent holder - SPC "Express", Tver).
Предлагаемый комплекс содержит подвагонный трехфазный генератор, имеющий силовую обмотку и обмотку возбуждения, а также понижающий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к вводу внешней сети переменного тока. К вторичной обмотке этого трансформатора подключено переключающее устройство (обмотка электромагнитного контактора). Силовой выпрямитель подключен своими входами непосредственно к блоку управления, а через замыкающие контакты переключающего устройства - к вторичной обмотке понижающего трехфазного трансформатора, и через размыкающие контакты переключающего устройства - к силовой обмотке генератора. Силовой выпрямитель имеет в своем составе тиристоры, управляющие элементы которых подключены к выходу блока управления. Один из выходов силового выпрямителя непосредственно, а другой - через первый датчик тока подключены к общим шинам вагона, к которым через второй датчик тока подключена аккумуляторная батарея. Входы блока управления и блока регулирования напряжения генератора подключены к соответствующим выходам первого, второго датчиков тока и силового выпрямителя. Сигнальный выход переключающего устройства подключен к соответствующему входу блока управления. К силовой обмотке генератора подключены входы блока регулирования напряжения генератора. К общим шинам вагона подключена нагрузка. Причем элементы нагрузки, не требующие стабилизированного напряжения, подключены непосредственно к общим шинам, элементы, требующие стабилизированного напряжения, подключены через стабилизатор напряжения. Элементы нагрузки, питающиеся переменным напряжением, подключены через преобразователь напряжения.The proposed complex contains a three-phase subcar, having a power winding and an excitation winding, as well as a step-down three-phase transformer, the primary winding of which is connected to the input of an external AC network. A switching device (winding of the electromagnetic contactor) is connected to the secondary winding of this transformer. The power rectifier is connected by its inputs directly to the control unit, and through the make-up contacts of the switching device to the secondary winding of the step-down three-phase transformer, and through the disconnect contacts of the switching device to the power winding of the generator. The power rectifier incorporates thyristors, the control elements of which are connected to the output of the control unit. One of the outputs of the power rectifier directly, and the other through the first current sensor connected to the common tires of the car, to which through the second current sensor connected to the battery. The inputs of the control unit and the generator voltage regulation unit are connected to the corresponding outputs of the first, second current sensors and the power rectifier. The signal output of the switching device is connected to the corresponding input of the control unit. The inputs of the generator voltage regulation block are connected to the power winding of the generator. A load is connected to the common tires of the car. Moreover, the load elements that do not require stabilized voltage are connected directly to common buses, elements requiring stabilized voltage are connected through a voltage regulator. The load elements powered by alternating voltage are connected through a voltage converter.
Во время длительных стоянок требуется обеспечить вагон дежурным электропитанием от аккумуляторных батарей, которые должны иметь возможность регулярного подзаряда постоянным током.During long-term parking, it is required to provide the car with emergency power from the batteries, which should be able to regularly charge with direct current.
Исполнение силового выпрямителя на тиристорах и применение блока управления этим силовым выпрямителем позволяют обеспечить возможность электронной защиты источников тока от их перегрузки и автоматической регулировки напряжения заряда аккумуляторной батареи при электроснабжении от внешней сети переменного тока. А благодаря исполнению переключающего устройства в виде электромагнитного контактора обеспечивается автоматическое переключение электропитания с генератора на внешнюю сеть.The execution of a power rectifier on thyristors and the use of a control unit for this power rectifier make it possible to electronically protect current sources from overload and automatically adjust the battery charge voltage when powered by an external AC network. And thanks to the design of the switching device in the form of an electromagnetic contactor, automatic switching of power supply from the generator to the external network is provided.
Недостатком этого технического решения является то, что преобразование ~380 В до более низкого напряжения осуществляется на низкочастотном крупногабаритном трансформаторе, а затем уже пониженное напряжение выпрямляется до 110 В постоянного тока. Наличие силового низкочастотного трансформатора обусловливает большие габариты всего комплексного устройства электропитания. И, кроме того, этот комплекс не является универсальным, так как не предназначен для работы с высоковольтной магистралью.The disadvantage of this technical solution is that the conversion of ~ 380 V to a lower voltage is carried out on a low-frequency large-sized transformer, and then the already reduced voltage is rectified to 110 V DC. The presence of a power low-frequency transformer determines the large dimensions of the entire integrated power supply device. And, in addition, this complex is not universal, as it is not designed to work with high-voltage mains.
Заявляемое изобретение - преобразовательное устройство системы электропитания пассажирского вагона предназначено для работы с любым источником электроэнергии:The claimed invention is a converting device of the power supply system of a passenger car designed to work with any source of electricity:
подвагонным трехфазным генератором переменного тока;subcar three-phase alternator;
высоковольтным преобразователем, связанным с высоковольтной поездной магистралью;a high voltage converter coupled to the high voltage train line;
внешним источником переменного трехфазного (или однофазного) переменного тока.an external source of alternating three-phase (or single-phase) alternating current.
Преобразовательное устройство обеспечивает: подзаряд аккумуляторов, питание группы вагонных потребителей постоянного тока, питание группы вагонных потребителей переменного тока, при этом является компактным устройством, которое размещено в едином конструктиве, удобно для эксплуатации, профилактики и ремонта.The converter device provides: recharging the batteries, powering the group of carload consumers of direct current, powering the group of carriage consumers of alternating current, while it is a compact device that is placed in a single construct, convenient for operation, maintenance and repair.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Преобразовательное устройство системы электропитания пассажирского вагона представляет собой единое компактное устройство, которое может работать как от внешней сети переменного тока (127/220/380 В, 50 Гц) во время длительных стоянок при ремонте, так и от вагонных источников питания: подвагонного трехфазного генератора во время движения поезда (380 В, 50 Гц), или же от высоковольтного (подвагонного) преобразователя, питающегося от высоковольтной поездной магистральной сети (~1,5-3,0 кВ).The converter device of the passenger car’s power supply system is a single compact device that can operate both from an external AC network (127/220/380 V, 50 Hz) during long-term parking during repair, and from car power sources: a three-phase car generator train travel time (380 V, 50 Hz), or from a high-voltage (subcar) converter powered by a high-voltage train backbone network (~ 1.5-3.0 kV).
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что устройство, включающее в себя первый входной разъем для подключения к внешней сети переменного тока и второй входной разъем для подключения к вагонному источнику постоянного напряжения системы электропитания: трехфазному подвагонному генератору с выпрямителем либо высоковольтному преобразователю поездной магистральной сети, содержит кроме выпрямительного блока, зарядного устройства с клеммами для подсоединения аккумуляторных батарей и вагонных потребителей постоянного тока, а также преобразователя напряжения с клеммами для подсоединения вагонных потребителей переменного тока, - последовательно включенные: силовой выпрямитель, высокочастотный инвертор и согласующий трансформатор. Причем преобразователь напряжения выполнен в виде N инверторов с N выходами, каждый из которых соединен с соответствующими клеммами, предназначенными для подсоединения вагонных потребителей переменного тока разного типа. Входы N инверторов объединены между собой и связаны со вторым входным разъемом, соединенным с выходом выпрямительного блока и входом зарядного устройства.The essence of the claimed invention lies in the fact that the device, which includes a first input connector for connecting to an external AC network and a second input connector for connecting to a carriage DC voltage source of a power system: a three-phase subcar generator with a rectifier or a high-voltage converter of a train main network, contains in addition to the rectifier unit, the charger with terminals for connecting batteries and wagon consumers of direct current as well as a voltage converter with terminals for connecting carriage consumers of alternating current, - series-connected: power rectifier, high-frequency inverter and matching transformer. Moreover, the voltage converter is made in the form of N inverters with N outputs, each of which is connected to the corresponding terminals, designed to connect different types of AC car consumers. The inputs of N inverters are interconnected and connected to a second input connector connected to the output of the rectifier unit and the input of the charger.
Наличие цепочки из силового выпрямителя, высокочастотного инвертора, согласующего трансформатора на входе устройства позволяет исключить необходимость в мощном входном низкочастотном трансформаторе при питании от внешней сети.The presence of a chain of power rectifier, high-frequency inverter, matching transformer at the input of the device eliminates the need for a powerful input low-frequency transformer when powered by an external network.
Преобразование входного трехфазного переменного напряжения (127÷380) В происходит следующим образом: входное напряжение подается на силовой выпрямитель, затем выпрямленное напряжение поступает на высокочастотный инвертор, где снова преобразуется в переменное, но уже высокочастотное, и после этого поступает на согласующий трансформатор для получения нужных величин рабочих напряжений, которые снимаются с вторичных обмоток трансформатора.Conversion of the input three-phase alternating voltage (127 ÷ 380) V occurs as follows: the input voltage is supplied to the power rectifier, then the rectified voltage is supplied to the high-frequency inverter, where it is again converted to alternating, but already high-frequency, and then fed to the matching transformer to obtain the necessary values of operating voltages that are removed from the secondary windings of the transformer.
Такое техническое решение позволяет уменьшить весогабариты устройства в целом, так как одним из существенных по весогабаритам узлов является трансформатор, зависящий от рабочей частоты. А известно, что высокочастотный трансформатор значительно меньше и легче по сравнению с трансформатором низкой частоты.Such a technical solution makes it possible to reduce the overall weight of the device, since one of the components that are significant in weight and dimensions is a transformer depending on the operating frequency. And it is known that a high-frequency transformer is much smaller and lighter than a low-frequency transformer.
Кроме того, преобразовательное устройство может содержать еще один блок-преобразователь постоянного напряжения (ППН), включенный между вторым входным разъемом, соединенным с выходом выпрямительного блока и входом зарядного устройства, и - объединенными входами N инверторов. Блок ППН обеспечивает регулируемое повышение постоянного напряжения от подвагонного генератора с выпрямителем - до нужной величины, необходимой для стабильной работы инверторов.In addition, the conversion device may include another DC / DC converter (DCB) connected between the second input connector connected to the output of the rectifier unit and the input of the charger, and the combined inputs of N inverters. The PPN block provides an adjustable increase in DC voltage from the car generator with a rectifier to the desired value necessary for the stable operation of inverters.
Второй входной разъем может состоять из двух частей: первой и второй, для реализации возможности подключения к разному по величине напряжению, который обеспечивает высоковольтный преобразователь поездной магистральной сети. Это позволяет одно напряжение - меньшее - подавать на зарядное устройство, формирующее зарядный ток для аккумуляторов, а второе - большее - на вход инверторов, формирующих напряжение питания потребителей переменного тока. Причем в этом случае, если используется подвагонный трехфазный генератор, используется только одна часть второго входного разъема.The second input connector may consist of two parts: the first and second, to realize the possibility of connecting to a voltage of different magnitude, which provides a high-voltage converter of the train main network. This allows one voltage — lower — to be supplied to the charger, which forms the charging current for the batteries, and the second, higher, to the input of inverters, which form the supply voltage of the AC consumers. Moreover, in this case, if a three-phase subcar generator is used, only one part of the second input connector is used.
Кроме того, согласующий трансформатор может быть выполнен с двумя вторичными обмотками: первой и второй, на разное выходное напряжение (например, 140 В и 400 В). Соответственно выпрямительный блок может содержать два выпрямителя: первый и второй. При этом первая вторичная обмотка согласующего трансформатора соединяется с входом первого выпрямителя, выход которого соединяется с входом зарядного устройства и первой частью второго входного разъема. Вторая вторичная обмотка согласующего трансформатора соединяется с входом второго выпрямителя, выход которого соединяется с объединенными входами N инверторов и второй частью второго входного разъема. Это позволяет при питании от внешней сети переменного тока улучшить энергетические показатели устройства в целом за счет снижения расхода электроэнергии, так как в этом случае на повышение напряжения работает одно из вторичных обмоток трансформатора и обеспечивает необходимые входные 400 В для инверторов преобразователя напряжения, формирующего разное напряжение питания потребителей переменного тока. В этот вариант схемы также может быть добавлен ППН, включенный между объединенными входами N инверторов и клеммами для подсоединения аккумуляторных батарей, чтобы обеспечить возможность работы инверторов от аккумуляторов (непродолжительное время) во время отключения от любого источника системы электропитания вагона. Это повышает надежность работы устройства в целом.In addition, the matching transformer can be made with two secondary windings: the first and second, for different output voltages (for example, 140 V and 400 V). Accordingly, the rectifier unit may contain two rectifiers: the first and second. In this case, the first secondary winding of the matching transformer is connected to the input of the first rectifier, the output of which is connected to the input of the charger and the first part of the second input connector. The second secondary winding of the matching transformer is connected to the input of the second rectifier, the output of which is connected to the combined inputs of N inverters and the second part of the second input connector. This allows, when powered by an external AC network, to improve the energy performance of the device as a whole by reducing energy consumption, since in this case one of the secondary windings of the transformer works to increase the voltage and provides the necessary 400 V input for inverters of the voltage converter, generating a different supply voltage AC consumers. A PPN connected between the combined inputs of the N inverters and the terminals for connecting the batteries can be added to this variant of the circuit in order to enable the inverters to work from the batteries (for a short time) while disconnecting from any source of the car’s power supply system. This increases the reliability of the device as a whole.
Таким образом, существенные признаки изобретения обеспечивают технический результат, следствием которого являются:Thus, the essential features of the invention provide a technical result, the consequence of which are:
снижение массогабаритных показателей;decrease in overall dimensions;
улучшение энергетических показателей;improving energy performance;
повышение надежности;increased reliability;
обеспечение работы вагонных потребителей при питании от любого источникаprovision of wagon consumers when powered from any source
энергоснабжения вагона.power supply wagon.
Краткое описание графических фигурShort description of graphic figures
На фигуре 1 приведена общая структурная схема преобразовательного устройства систем электропитания пассажирского вагона, где цифрами обозначены следующие элементы:The figure 1 shows the General structural diagram of the Converter device power systems of a passenger car, where the numbers indicate the following elements:
1 - первый входной разъем для подключения к внешней сети переменного тока;1 - the first input connector for connecting to an external AC network;
2 - второй входной разъем для подключения либо к подвагонному генератору трехфазной сети, либо к высоковольтному преобразователю напряжения магистральной сети;2 - the second input connector for connecting to either the car generator of a three-phase network or to a high-voltage converter of voltage of the main network;
3 - силовой выпрямитель;3 - power rectifier;
4 - высокочастотный преобразователь;4 - high-frequency converter;
5 - согласующий трансформатор;5 - matching transformer;
6 - выпрямительный блок;6 - rectifier block;
7 - зарядное устройство;7 - charger;
8 - клеммы для подсоединения к аккумуляторной батарее;8 - terminals for connecting to the battery;
9 - клеммы для подсоединения вагонных потребителей постоянного тока;9 - terminals for connecting wagon DC consumers;
10 - преобразователь постоянного напряжения в переменное;10 - Converter DC to AC;
111÷11N - инверторы (1÷N) для формирования требуемых значений выходных напряжений переменного тока;11 1 ÷ 11 N - inverters (1 ÷ N) for the formation of the required values of the output voltage of the alternating current;
121÷12N - клеммы (1÷N) для подключения вагонных потребителей переменного тока.12 1 ÷ 12 N - terminals (1 ÷ N) for connecting carriage consumers of alternating current.
На фигуре 2 приведена структурная схема преобразовательного устройства по фигуре 1 с добавлением преобразователя постоянного напряжения (ППН) 13, обеспечивающего регулируемое изменение постоянного напряжения, на входе инверторов 111÷11N преобразователя постоянного напряжения в переменное 10.Figure 2 shows the structural diagram of the Converter device according to figure 1 with the addition of a constant voltage Converter (DC) 13, which provides an adjustable change in DC voltage at the input of
На фигуре 3 приведена структурная схема преобразовательного устройства по фигуре 1, в которой несколько существенных признаков получили развитие.The figure 3 shows the structural diagram of the Converter device according to figure 1, in which several significant features have been developed.
Второй разъем выполнен в виде двух частей:The second connector is made in two parts:
2.1 - для подключения к выходному напряжению подвагонного трехфазного генератора = 50 В ÷ 150 В, либо к выходу U1 высоковольтного преобразователя напряжения магистральной сети = 3000 В /~3000 В (U1=140 B или любому другому значению в диапазоне от 50 до 150 В);2.1 - for connecting to the output voltage of a three-phase subcarriage generator = 50 V ÷ 150 V, or to the output U1 of a high-voltage converter of the mains voltage = 3000 V / ~ 3000 V (U1 = 140 V or any other value in the range from 50 to 150 V) ;
2.2 - для подключения к выходному напряжению U2 (например, U2=400 B) с высоковольтного преобразователя напряжения магистральной сети = 3000 В / ~3000 В.2.2 - for connecting to the output voltage U2 (for example, U2 = 400 V) from a high-voltage converter of the mains voltage = 3000 V / ~ 3000 V.
Согласующий трансформатор 5 имеет две вторичные обмотки 14 и 15, а выпрямительный блок 6 содержит два выпрямителя: 6.1 и 6.2. Первая вторичная обмотка 14 соединяется с выпрямителем 6.1, который соединяется с зарядным устройством 7. Вторая вторичная обмотка 15 через выпрямитель 6.2 соединяется с входом преобразователя напряжения 10.The matching
На фигуре 4 приведена структурная схема преобразовательного устройства, выполненного по схеме устройства, представленного на фигуре 3, но с добавлением преобразователя постоянного напряжения (ППН) 13, который соединен с клеммами для аккумуляторных батарей и служит для использования при кратковременных остановках, когда нет другого питания, кроме аккумуляторного.Figure 4 shows a structural diagram of a converter device made according to the diagram of the device shown in figure 3, but with the addition of a DC /
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Преобразовательное устройство системы электропитания пассажирского вагона выполнено в виде единого полупроводникового устройства, которое может быть размещено достаточно компактно в одном корпусе, имеющем снаружи два входных разъема для подключения к различным источникам энергии системы электропитания пассажирского вагона:The converter device of the passenger car’s power supply system is made in the form of a single semiconductor device, which can be placed compactly enough in one case, which has two input connectors on the outside for connecting to various power sources of the passenger car’s power system:
первый входной разъем 1 - для подключения к внешней сети переменного тока (рассчитан на подключение 127/220/380 В, 50 Гц, обычно используется при длительных стоянках, при профилактических и ремонтных работах);the first input connector 1 is for connecting to an external AC network (designed for connecting 127/220/380 V, 50 Hz, usually used for long-term parking, for maintenance and repair work);
второй входной разъем 2 - для подключения к собственному вагонному источнику питания (в пассажирских вагонах это подвагонный трехфазный генератор, вырабатывающий во время движения поезда напряжение ~380 В, 50 Гц) или же для подключения к высоковольтному преобразователю поездной магистральной сети (например, к высоковольтному статическому преобразователю по патенту на полезную модель №50060, имеющему два выходных постоянных напряжения: 110 и 400 В).the second input connector 2 is for connecting to your own car power supply (in passenger cars it is a three-phase subcar generator generating voltage ~ 380 V, 50 Hz while the train is moving) or for connecting to a high-voltage converter of a train main network (for example, to a high-voltage static Converter according to the patent for utility model No. 50060, having two output constant voltage: 110 and 400 V).
Первый входной разъем подключен к входу силового выпрямителя 3, выполненного, например, в виде тиристорного моста, предназначенного для выпрямления переменного трехфазного напряжения. Выход силового выпрямителя 3 соединен с входом высокочастотного инвертора 4, являющегося управляемым полупроводниковым преобразователем постоянного напряжения - в переменное, причем высокой частоты. Например, это может быть полумостовой инвертор, формирующий на выходе прямоугольное переменное напряжение с номинальным значением 250 В и частотой 10 кГц. Выход высокочастотного инвертора 4 соединен с входом согласующего трансформатора 5, вторичная обмотка которого соединена с выпрямительным блоком 6, преобразующим высокочастотное переменное напряжение (~140-160 В) в постоянное, с номинальным значением 110 В, которое необходимо для нормального режима заряда вагонных аккумуляторных батарей посредством зарядного устройства 7. Вход зарядного устройства 7 соединен с клеммами 8 для подсоединения аккумуляторных батарей и с клеммами 9 для подсоединения вагонных потребителей постоянного токаThe first input connector is connected to the input of the
Второй входной разъем 2 соединен непосредственно с объединенными входами инверторов 11 (1...N), составляющих в целом преобразователь 10 напряжения с рабочей частотой 50 Гц. Выход каждого инвертора соединен с выходными клеммами 121...12N. Выходное напряжение каждого инвертора определяется потенциальным составом вагонных потребителей конкретного типа пассажирского вагона.The second input connector 2 is connected directly to the combined inputs of the inverters 11 (1 ... N), which together make up the
Электрическая схема заявляемого преобразовательного устройства может содержать преобразователь постоянного напряжения (ППН) 14 (фиг.2), включенный между вторым входным разъемом 2, соединенным с общей точкой выпрямительного блока 6 и зарядного устройства 7, и - входом преобразователя 10. Преобразователь постоянного напряжения (ППН) 13 может быть выполнен, например, по схеме повышения напряжения и обязан обеспечивать стабилизацию входного напряжения для преобразователя 10. Это особенно важно при использовании в преобразователе 10 регулируемых ШИМ-инверторов.The electrical circuit of the inventive converter device may include a DC voltage converter (PPN) 14 (FIG. 2), connected between the second input connector 2 connected to the common point of the rectifier unit 6 and the
Второй входной разъем 2 может состоять из двух частей: 2.1 и 2.2 (фиг.3). И при питании от высоковольтной магистральной сети первая часть 2.1 может быть подключена к выходу высоковольтного преобразователя = 140 В, а вторая часть 2.2 - к выходу = 400 В. Тогда 140 В пойдут на зарядное устройство 8 и далее обеспечат подзарядку аккумулятора и питание потребителей стабильным напряжением 110 В, а=400 В поступят на вход преобразователя 10, инверторы 11(1-N) которого обеспечат выходные рабочие напряжения в широком диапазоне значений, вплоть до 380 В, 50 Гц. Такие напряжения необходимы для работы приборов, обеспечивающих повышенную комфортность пассажирских вагонов, например кондиционеров. При питании же от внешней сети переменного тока два вида напряжений - 140 В и 400 В - обеспечит согласующий трансформатор 5 с помощью двух вторичных обмоток: 14 и 15 и два выпрямителя - первый 6.1 и второй 6.2, входящие в состав выпрямительного блока 6.The second input connector 2 may consist of two parts: 2.1 and 2.2 (figure 3). And when powered by a high-voltage backbone network, the first part 2.1 can be connected to the output of the high-voltage converter = 140 V, and the second part 2.2 - to the output = 400 V. Then 140 V will go to
Переменное напряжение 140-160 В с обмотки 14 поступает на выпрямитель 6.1 и далее - на зарядное устройство 7. Переменное напряжение 400 В с обмотки 15 поступает на выпрямитель 6.2 и далее - на инвертора 11(1-N).An alternating voltage of 140-160 V from the winding 14 is supplied to the rectifier 6.1 and then to the
Преобразовательное устройство может также обеспечить кратковременную работу всех потребителей, включая потребителей переменного тока, от аккумуляторов (фиг.4), благодаря тому, что преобразовательное устройство по фиг.3 содержит преобразователь постоянного напряжения 13, включенный между клеммами 8 для подсоединения аккумуляторных батарей и входами инверторов 11(1-N).The converter device can also provide short-term operation of all consumers, including AC consumers, from the batteries (Fig. 4), due to the fact that the converter device of Fig. 3 contains a DC-
Описание работыWork description
1. При использовании преобразовательного устройства (фиг.1) в поезде с автономным вагонным питанием во время движения поезда энергоснабжение происходит от подвагонного трехфазного генератора через второй входной разъем 2, а при длительных остановках и ремонте - от внешнего источника трехфазной сети через первый входной разъем 1.1. When using the conversion device (Fig. 1) in a train with autonomous carriage power while the train is moving, power is supplied from a three-phase subcarriage generator through a second input connector 2, and during long stops and repairs, from an external three-phase network source through a first input connector 1 .
При питании от внешнего источника питания переменное трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц выпрямляется силовым выпрямителем 3, затем преобразуется в высокочастотное переменное напряжение (10 кГц) на высокочастотном преобразователе 4 и поступает на согласующий трансформатор 5, являющийся трансформатором высокой частоты, а значит имеющий габаритные размеры, существенно меньшие по сравнению с трансформатором такой же мощности, но промышленной частоты (50 Гц). Со вторичной обмотки этого трансформатора снимается напряжение 160 В и поступает на выпрямительный блок 6, обеспечивающий на выходе стабилизированное напряжение = 110 В. Это напряжение подается на зарядное устройство 7, формирующее необходимый зарядный ток для вагонных аккумуляторных батарей, которые обеспечивают резервное питание вагонов при кратких остановках и аварийных ситуациях.When powered by an external power source, an alternating three-phase voltage of 380 V, 50 Hz is rectified by a
При питании от подвагонного генератора со своим выпрямителем на преобразовательное устройство через разъем 2 поступает нестабилизированное напряжение = 50-150 В. Это напряжение подается на зарядное устройство 7, которое формирует необходимый зарядный ток для аккумуляторных батарей, а также на входы инверторов 11(1-N), на выходе которых формируется переменное выходное напряжение, соответствующее поступаемому входному.When powered from a car generator with its rectifier, an unstabilized voltage = 50-150 V is supplied to the converter device through connector 2. This voltage is supplied to the
Некоторые потребители переменного тока не нуждаются в больших питающих напряжениях. Однако такие потребители, как например, кондиционеры, требуют несколько видов питающих напряжений: трехфазное регулируемое (20-70) Гц, (88-308) В; трехфазное регулируемое (30-50) Гц, (132-220) В, трехфазное стабилизированное 220 В 50 Гц. Поэтому в схему вводится преобразователь постоянного напряжения (ППН) 13 (фиг.2), на выходе которого формируется напряжение 400 В, являющееся достаточным для работы инверторов, предназначенных для формирования указанных выше напряжений потребителей переменного тока.Some AC consumers do not need large supply voltages. However, such consumers, such as air conditioners, require several types of supply voltage: three-phase adjustable (20-70) Hz, (88-308) V; three-phase adjustable (30-50) Hz, (132-220) V, three-phase stabilized 220 V 50 Hz. Therefore, a DC-voltage converter (ППН) 13 (Fig. 2) is introduced into the circuit, at the output of which a voltage of 400 V is generated, which is sufficient for the inverters designed to generate the above-mentioned voltages of AC consumers.
2. При подключении к высоковольтному преобразователю поездной магистральной сети ~1,5-3,0 кВ (например, высоковольтному преобразователю ВСП 40-У1, разработанному и изготовленному ООО «Гамем», г.Истра) на вход преобразовательного устройства поступает выпрямленное стабилизированное напряжение двух номинальных значений: 140 и 400 В (фиг.3). Причем 140 В подается непосредственно на вход зарядного устройства, а 400 В - непосредственно на объединенный вход инверторов преобразователя 10.2. When connected to a high-voltage converter of a train backbone network ~ 1.5-3.0 kV (for example, a high-voltage converter VSP 40-U1, designed and manufactured by Gamem LLC, Istra), a rectified stabilized voltage of two nominal values: 140 and 400 V (figure 3). Moreover, 140 V is supplied directly to the input of the charger, and 400 V - directly to the combined input of the inverters of the
На продолжительных стоянках питание переключают на внешнее трехфазное 380 В 50 Гц. При этом, используя трансформатор 5 с двумя вторичными обмотками, одна из которых позволяет получить на выходе 400 В, которые подают на вход преобразователя 10, можно обеспечить экономию электроэнергии от внешнего источника питания (фиг.3).On long-term parking, the power is switched to an external three-phase 380 V 50 Hz. At the same time, using a
3. При работе без получения энергии от вагонных источников питания преобразовательное устройство может обеспечить кратковременную работу всех потребителей, включая потребителей переменного тока, от аккумуляторов (фиг.4). Это возможно благодаря тому, что преобразовательное устройство, выполненное, например, по фиг.3, содержит преобразователь постоянного напряжения 13, включенный между клеммами 8 для подсоединения аккумуляторных батарей и входами инверторов 11(1-N). Это позволяет обеспечить непродолжительное время требуемое входное напряжение для инверторов, формирующих рабочие напряжения потребителей переменного тока.3. When working without receiving energy from the wagon power sources, the conversion device can provide short-term operation of all consumers, including consumers of alternating current, from batteries (figure 4). This is possible due to the fact that the Converter device, made, for example, in figure 3, contains a
Таким образом, используя заявляемое устройство, можно получить следующие технические преимущества относительно прототипа:Thus, using the inventive device, you can get the following technical advantages regarding the prototype:
- Обеспечение нормальной работы всех вагонных потребителей при питании от любого источника энергоснабжения вагона (подвагонного генератора с выпрямителем, высоковольтного преобразователя поездной магистральной сети, внешнего промышленного источника питания).- Ensuring the normal operation of all wagon consumers when powered from any source of wagon power supply (a subcar generator with a rectifier, a high-voltage converter of a train main network, an external industrial power source).
- Существенное снижение массогабаритных показателей на 30-40% - из соотношения справочных значений трансформаторов высокочастотных и низкочастотных (например, 10 кГц и 50 Гц).- A significant reduction in weight and size indicators by 30-40% - from the ratio of reference values of high-frequency and low-frequency transformers (for example, 10 kHz and 50 Hz).
- Улучшение энергетических показателей за счет введения повышающей вторичной обмотки согласующего трансформатора.- Improving energy performance by introducing a boosting secondary winding matching transformer.
- Повышение надежности за счет исключения коммутационной аппаратуры при питании от внешней сети и обеспечения возможности непродолжительной работы (например, в аварийных ситуациях) только от аккумуляторов.- Improving reliability by eliminating switching equipment when powered from an external network and providing the possibility of short-term operation (for example, in emergency situations) only from batteries.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006138945/11A RU2326774C1 (en) | 2006-11-03 | 2006-11-03 | Converting device of the passangers car power supply system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006138945/11A RU2326774C1 (en) | 2006-11-03 | 2006-11-03 | Converting device of the passangers car power supply system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006138945A RU2006138945A (en) | 2008-05-10 |
| RU2326774C1 true RU2326774C1 (en) | 2008-06-20 |
Family
ID=39637320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006138945/11A RU2326774C1 (en) | 2006-11-03 | 2006-11-03 | Converting device of the passangers car power supply system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2326774C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556236C1 (en) * | 2014-02-20 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") | Power conversion system for diesel locomotive auxiliaries |
| RU2596205C2 (en) * | 2014-12-19 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" | Device for charging accumulator batteries during prolonged stop of train |
| RU193790U1 (en) * | 2019-07-05 | 2019-11-15 | Ооо Нпц "Экспресс" | Power supply for locomotive-hauled passenger rail cars |
| RU197557U1 (en) * | 2020-02-14 | 2020-05-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Балтийские кондиционеры" | Control cabinet for a set of electrical equipment for a passenger car |
| RU2723688C1 (en) * | 2019-12-20 | 2020-06-17 | Ооо Нпц "Экспресс" | Power supply system for passenger railway cars of locomotive traction |
| RU2785256C1 (en) * | 2022-03-30 | 2022-12-05 | Ильдар Фанильевич Зайнуллин | Wind power plant |
-
2006
- 2006-11-03 RU RU2006138945/11A patent/RU2326774C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2556236C1 (en) * | 2014-02-20 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") | Power conversion system for diesel locomotive auxiliaries |
| RU2596205C2 (en) * | 2014-12-19 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" | Device for charging accumulator batteries during prolonged stop of train |
| RU193790U1 (en) * | 2019-07-05 | 2019-11-15 | Ооо Нпц "Экспресс" | Power supply for locomotive-hauled passenger rail cars |
| RU2723688C1 (en) * | 2019-12-20 | 2020-06-17 | Ооо Нпц "Экспресс" | Power supply system for passenger railway cars of locomotive traction |
| RU197557U1 (en) * | 2020-02-14 | 2020-05-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Балтийские кондиционеры" | Control cabinet for a set of electrical equipment for a passenger car |
| RU2785256C1 (en) * | 2022-03-30 | 2022-12-05 | Ильдар Фанильевич Зайнуллин | Wind power plant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006138945A (en) | 2008-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DK2020726T3 (en) | A method for supplying beredskabshjælpeladninger, hjælpeomformere rail vessel for this method | |
| RU2474031C2 (en) | Method and device for electrical energy transmission (versions) | |
| RU2422299C1 (en) | Power supply system of electric train with asynchronous traction drive | |
| CN101499675B (en) | Charging circuit and power supply system | |
| US20150375628A1 (en) | Multi-directional converter comprising three ports and a single transformer for electric vehicles | |
| RU2321133C1 (en) | Balancing three-phased to one-phased voltage transformer | |
| CN112311242A (en) | Bidirectional direct current wall box for electric vehicle | |
| RU2326774C1 (en) | Converting device of the passangers car power supply system | |
| RU2385237C1 (en) | Converting system | |
| Onar et al. | 20-kW bi-directional wireless power transfer system with energy storage system connectivity | |
| US20190006956A1 (en) | Transformer electrical circuit and installation comprising such a circuit | |
| CN109641527A (en) | Two-way In-vehicle networking converter and its operation method | |
| CN112350607A (en) | Three-phase power supply device with bidirectional power conversion | |
| Wang et al. | SiC-based triple active bridge converter for shipboard micro-grid applications with efficient energy storage | |
| RU2612075C1 (en) | Locomotive traction converter | |
| WO2016000221A1 (en) | A system for charging battery of at least one electrical vehicle | |
| JP2010110056A (en) | Power distribution system | |
| RU2470436C1 (en) | Conversion complex of diesel locomotive power supply | |
| RU2334348C1 (en) | Undercarriage device for power supply of passenger railroad carriage | |
| CN211405499U (en) | Elevator energy recycling system | |
| CN111969684B (en) | Electric vehicle charging circuit and electric vehicle | |
| KR20100020659A (en) | Auxiliary power supply of magnetically levitated vehicle | |
| RU2364524C1 (en) | Method of electric power supply to vehicle loads and system to this end | |
| RU2481691C1 (en) | Static converter | |
| KR102639224B1 (en) | V2b multiple series connetcion system and method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111104 |