RU2781U1 - Система управления и электроснабжения пассажирского вагона - Google Patents

Abstract

Система управления и электроснабжения пассажирского вагона, содержащая генератор постоянного тока и аккумуляторную батарею, соединенные между собой через последовательную цепь, состоящую из вентиля и двух датчиков тока, общий вывод которых соединен с шиной для подключения групп потребителей электроэнергии, шины для подключения трехфазной сети (380 В) и блок подвода высокого напряжения (3000 В), подключенный к системе отопления, устройство регулирования и защиты элементов электроснабжения, входы которого подключены к генератору постоянного тока и аккумуляторной батарее, а его выходы подключены к цепям управления соответствующих исполнительных реле, контакты которых включены в цепи питания соответствующих групп потребителей электрической энергии, отличающаяся тем, что устройства регулирования и защиты элементов электроснабжения выполнено в виде блока регулирования напряжения, состоящего из узлов регулирования напряжения генератора постоянного тока, активной защиты, функциональной защиты и регулирования напряжения сети, причем узел регулирования напряжения генератора постоянного тока содержит стабилизатор напряжения компенсационного типа, между входом и выходом которого включен нормально замкнутый контакт реле, цепь управления которого соединена с входом стабилизатора напряжения и подключена к генератору постоянного тока, выходы формирователя сигнала ограничения тока генератора и формирователя сигнала ограничения тока заряда аккумуляторной батареи через соответствующие вентильные элементы соединены с входом управления стабилизатора напряжения, а входы формирователей подключены соответс

Description

GtlCTEIVlA УПРАВЛЕНИЯ И ЭЛЕКТРОСНАБШЕШЯ riACGAJlMPGKOrO ВАГОНА.

Полезная модель относится к области электроснабжения пассажирских железнодорожных вагонов и может быть использована для получения стабильного напряжения от различных источников электропитания для работы различь лх трупп потребителей и их защиты от превышения допустимого напряжения и тока.

Известна система управления и электроснабжения пассажирского вагона дальнего следования содержащая генератор постоянного тока и аккумуляторную батарею, соединенные между собой через последовательную цепь,состоящую из вентиля и двух датчиков тока,общий вывод которых соединен с шиной для подключения групп потребителей электроэнергии,шины для подключения трехфазной сети ( 380в ) и блок подвода высокого напряжения ( ЗОООв ),подключенный к системе отопления, устройство регулирования и защты элементов электроснабжения, входы которого подключены к генератору постоянного тока и аккумуляторной батарее, а его выходы подключены к цепям управления соответствз/тощих исполнительных реле, контакты которых включены в цепи питания соответствуюсрх групп потребителей электроэнергии.

Устройство регулирования и защиты элементов электроснабжения состоит из электромеханического регулятора напряжения и электромагнитных реле ( см.Описание и инструкцию

-.,.

ПО обслуживанию электрической установки пассажирских вагонов дальнего следования типов К/к,К/р изд.г.Берлин,ТКР-Бт/PAY ЯА.ЙДи 26Л0.76г). Данное устройство является наиболее близким к заявляемому устройству аналогом и дринято в качестве прототипа.

Недостатком известного устройства являются: недостаточная стабилизация напряжения ( при различных скоростях движения вагона генератор постоянного тока имеет большой разброс напряжения, который не устраняется используемым электромеханическим регулятором напряжения; большое количество электромеханических реле,используемых для защиты от перенапряжений и от чрезмерного разряда аккумуляторной батареи приводит к низкой надежности всей системы и к большой трудоёмкости монтажа и технического обслуживания, {фоме того, выход из строя одного из приборов может привести к выходу из строя всей системы ; данная система обладает малой гибкостью регулирования.

Технический результат от использования заявляемой полезной модели состоит в устранении указанных вьше недостатков прототипа и достигается тем, что в системе управления и электроснабжения пассажирского вагона содержащей генератор постоянного тока и аккумуляторную батарею, соединенные между собой через последовательную цепь,состоящую из вентиля и двух датчиков тока, общи вывод которых соединен с шиной для подключения групп потребителей электроэнергии,пшны для подключения трехфазной сети ( 380 в) и блок подвода высокого напряжения ( ЗОООв ), подключенный к системе отопления,устройство регулирования и защиты элементов электроснабжения,входы которого подключены к генератору постоянного тока и аккумуляторной батарее, а его выходы подключены к цепям уцравления соответствующих исполнительных реле, контакты которых включены в цепи питания соответствующих групп потребителей электрической

энергии, устройство регулирования и защты элементов электроснабжения выполнено в виде блока регулирования нацряжения, состоящего из узлов регулирования напряжения генератора постоянного тока, активной защиты, функциональной защиты, функциональной зшщты и регулирования напряжения сети, причем узел регулирования напряжения генератора постоянного тока содержит стабилизатор нацряжения компенсационного типа, между входом и выходом которого включен нормально замкнутый контакт реле, цепь управления которого соединена со входом стабилизатора напряжения и подключена к генератору постоянного тока, выходы формирователя сигнала ограничения тока генератора и формирователя сигнала ограничения тока заряда аккумуляторной батареи через соответствующие вентельные элементы соединены со входом управления стабилизатора напряжения, а входы формирователей подключены соответственно к датчику тока в цепи генератора постоянного тока и к датчику тока в цепи аккумуляторной батареи, узел активной защиты содержит реле максимального нацряжения, цепь управления ко торого подключена к генератору постоянного тока, второе реле максимального напряжения,цепь управления которого подключена к выходу узла регулирования напряжения сети, выполненного в виде стабилизатора напряжения компенсационного типа, вход которого подключен к аккумуляторной батарее,и реле обрыва фаз, входы которого соединены с шинами для подключения трефазной сети, выходы двух реле максимального напряжения и реле обрыва фаз подключены к управляющим входам соответствующих тиристорных ключей, выходы которых через соответствующие вентельные элементы соединены с цепью управг Ij6fl1u ,

ления реле защиты, выход узла регулирования напряжения генератора через контакты реле защиты и/,С - фильтр подключен к обмотке возбуждения генератора постоянного тока,узел функирлональной защиты содержит два реле пониженного напряжения с разными напряжениями срабатывания, цепи управления которых подключены к аккумуляторной батарее, и реле нагрузки, управляющая цепь которого соединена с генератором постоянного тока,в выходную цепь каждого из реле включена цепь управления соответствующего исполнительного реле,контакты которых включены в цепи питания соответствующих групп потребителей электроэнергии.

Устройство полезной модели понсняется чертежами, в которых :

на фиг.1 гфедставлена структурная схема системы угфавления и электроснабжения пассажирского вагона;

на фиг.2 представлена структурная схема блока регулирования напряжения ( БРН ),

Система управления и электроснабжения пассажирского вагона содержит генератор I постоянного тока, аккумуляторную батарею 2,соединенные между собой через последовательную цепь, состоящую из вентиля 3 и двух датчиков 4 и 5 тока, общий вывод которых соединен с шиной 6 для подключения групп потребителей электроэнергии. Блок 7 подвода высокого напряжения подключен к системе отопления 8, аварийное отключение которой осуществляется блоком 9 пожарной сигнализации, питание на который поступает с блока 10 регулирования напряжения, вход которого соединен с генератором I постоянного тока и аккумуляторной батарей 2. Также,один из выходов блока 10 регулирования напряжения подключен к светильникам II накаливания. К шине 6 подключены светильники 12 с индивидуальньми преобразователями,центральный пульт 13 управления и группа потребителей электроэнергии,к которьм относится приточная вентиляция 14,электрокалорифер 15, межсезонное отопление купе 16 и холодильная установка 17,а также управляемая с центрального пульта 13 управления группа энергоёмких потребителей электроэнергии,к которым относится водокипятильник 18, электропечь 19, охладитель питьевой воды20 и холодильник 21. Управление приточной вентиляцией 14 и электрокалорифером 15 осуществляется блоком 22 автоматического управления, связанным с центральньм пультом 13 зщравления, с которым также связаны блоки 16 межсезонного отопления купе и холодильная установка 17, соответственно через блок 23 утфавления межсезонным отоплением и блок 24 управления холодильной установкой.

На фиг. I толстой черной линией показаны силовые шины подачи электроэнергии, а тонкой черной линией показаны цепи для подачи управляющих сигналов.

Блок 10 регулирования напряжения состоит из узла 25 регулирования напряжения генератора I постоянного тока, узла 26 активной защиты,узла 27 функциональной защты и узла 28 регулирования напряжения сети. Узел 25 регулирования напряжения генератора I постоянного тока включает в себя стабилизатор 29 напряжения компенсационного типа, между входом и выходом которого включен нормально замкнутый контакт 30 реле 31, цепь управления которого соединена со входом стабилизатора 29 напряжения и подключена к генератору I постоянного тока ( клемма |/ ), формирователь 32 сигнала

ограничения тока генератора I постоянного тока и формирователь 33 сигнала ограничения тока заряда аккумуляторной батареи 2 соответственно через вентвли 34 и 35 подключенные к входу управления стабилизатора 29 напряжения, а входы формирователей 32 и 33 сигналов ограничения тока генератора I и аккумуляторной батареи 2 соединены соответственно с датчиком 4 тока в цепи генератора I постоянного тока и датчиком 5 тока в цепи аккумуляторной батареи 2.

Узел 26 активной защиты включает в себя реле 36 максимального напряжения, цепь управления которого подключена к генератору I постоянного тока, второе реле 37 максимального напряжения, цепь уцравления которого подключена к выходу узла 28 регулирования напряжения сети ( клемма Lfp) реле 38 обрыва фаз, входы которого соединены с шинами для подключения трехфазной сети ( клеммы 1/г ). Выходы двух реле 36,37 максимального напряжения и реле 38 обрыва фаз подключены к управляющим входам соответствующих тиристорных ключей 39,40,41, выходы которых через соответствующие вентвльные элементы 42,43,44 соединены с цепью управления реле 45 защиты. Выход узла 25 регулирования напряжения генератора I постоянного тока через нормально замкнутые контакты реле 45 защиты и L6 фильтр 46 подключен к обмотке возбуждения генератора I постоянного тока ( линия ОВГ ).

Узел 27 функциональной защиты включает два реле 47,48 пониженного напряжения с разными нацряжениями срабатывания, цепи управления которых подключены к аккумуляторной батарее 2 и реле 49 нагрузки, управляющая цепь которого соединена с генератором I постоянного тока ( клемма иг ).

/ ,у f А// / / f f

в выводные цепи каждого из реле 47,48,49 подключаются цепи управления соответствующих исполнительных реле ( А,В,С на чертеже не показаны), контакты которых включены в цепи питания соответствующих групп потребителей электроэнергии.

Узел 28 регулирования напряжения сети выполнен в виде стабилизатора напряжения компенсационного типа,вход которого подключен к аккумуляторной батарее 2, а выход служит для подключения группы потребителей электроэнергии ( выход Uc).

Система управления и электроснабжения пассадирского вагона работает следующим образом.

Электроснабжение потребителей пассажирского вагона осуществляется от подвагонного генератора I постоянного тока ( например, типа DUSS -28 ) и аккумуляторной бата,реи 2 ( например, аккумуляторов типа ВНЖ-300 ), которая имеет возможность заряда от генератора I постоянного тока на ходу. Регулирование тока и напряжение электроустановки осуществляется при помощи блока 10 регулирования напряжения. Цри работе электроустановки вагона от подвагонного генератора I постоянного тока,блок 10 регулирования напряжения посредством исполнительного реле С при достижении заданного напряжения ( например, 128в ) подключает особо энергоемкие электропотребители вагона ( водокипятильник 18,электропечь 19, охладитель питьевой воды 20, холодильник 21 и т.д.) и в дальнейщем стабилизирует выходное напряжение генератора I постоянного тока в заданных пределах ( например, 134в + 1%}.

Регулирование выходного напряжения генератора I постоянного тока при движении вагона осуществляется путем изменения тока в его обмотке возбуждения. Ограничение тока генератора I постоянного тока на ходу вагона в заданных пределах ( например, 200 A ) осуществляется в зависимости от сигнала с датчика 4 путём снижения тока обмотки возбуждения генератора, Аналогичньм образом,в зависимости от сигнала с датчика 5 путём снижения тока в обмотке возбуждения генератора I постоянного тока осуществляется ограничение тока заряда аккумуляторной батареи Z ( например,70 А ф.

В случае аварийного увеличения напряжения на генераторе I постоянного тока до заданного значения ( например,I50B) реле защиты 45 отключает своими контактами цепь обмотки возбуждения генератора.

На стенке, цри питании потребителей электрической энергии от аккумуляторной батареи 2 узел функциональной защиты 27 защитит аккумуляторную батарею 2 от недопустимого разряда за счет срабатывания реле 47 пониженного напряжения (например, при достижении напряжения 96В),которое подает сигнал на исполнительное реле А ( на чертеже не показано), которое отключает холодильную установку 17, вторую ступень вентилятора калорифера 15, охладитель питьевой воды 20, водокипятильник18 и иэлектропечь 19. Срабатывание реле 48 пониженного напряжения цроисходит при напряжении меньшем,чем заданное напряжение срабатввания реле 47 пониженного напряжения ( например, при достижении напряжения 87В). Управляющий сигнал подается на исполнительное реле В ( на чертеже не показано), которое отключает все электропотребители вагона,кроме аварийного освещения, блока 10 регулирования напряжения, обмотки возбуждения генератора I и цепи управления высоковольтньм отоплением ( блокси 8 ).

Включение в работу генератора I постоянного тока на стоянке от внешнего источника питания ( трехфазная сеть 380 В ) обеспечивается при помощи электродвигателя ( на

чертежах не показано ) связанного с ним трансмиссией.

В режиме стоянки пассажирского вагона напряжение генератора I постоянного тока равно нулю и питание всей вагонной системы электроснабжения осуществляется от аккумуляторной батареи 2. По мере увеличения скорости движения поезда увеличивается ЭДС на выходе генератора I постоянного тока. В этом режиме его обмотка возбуждения подключена через нормально замкнутый контакт 30 реле 31. Ток возбуждения увеличивается, что приводит к дальнейшему увеличению ЭДС на выходе генератора I постоянного тока. При достижении напряжения на выходе генератора I постоянного тока заданной величины ( наггример,35В) г.; реле 31 срабатывает и, размыкая контакт 30 включает в работу стабилизатор 29 напряжения, чем обеспечивается выходное питание обмотки возбуждения генератора I постоянного тока. Реализация в стабилизаторе 29 напряжения принципа широтно-импульсной модуляции тока позволяет эффективно, с минимальными потерями мощности использовать выходной транзистор для линейного регулирования напряжения генератора I постоянного тока во всем диапазоне скоростей движения пассажирского вагона. Время проводимости выходного транзистора стабилизатора 29 напряжения определяется длительностью поступающих на него прямоугольных импульсов. По мере увеличения скорости движения пассажирского вагона напряжение на выходе генератора I постоянного тока несколько увеличивается, что приводит к уменьшению лительности импульсов на входе выходного транзистора стабилизатора 29 напряжения, в результате чего снижается ток возбувдения и,в конечном итоге, стабилизируется выходное напряжение генератора I постоянного тока. Таким образом, в стабилиft

/

заторе 29 напряжение осуществляется отрицательная обратная связь по напряжению генератора I постоянного тока. Благодаря высокому коэффициенту усиления основного контура регулирования обеспечивается высокий коэффициент стабилизации напряжения, выдаваемого генератором I постоянного тока.

В узле 25 регулирования напряжения генератора I постоянного тока использованы средства ограничения его тока и тока заряда аккумуляторной батареи 2. Напряжение с датчика 4 в цепи генератора I постоянного тока поступает на формирователь32 сигнала ограничения тока генератора I постоянного тока. С выхода формирователя 32 сигнал ограничения через 34 поступает на управляющий вход стабилизатора 29 напряжения. Под воздействием этого сигнала уменьшается длительность прямоугольных импульсов,поступающих на выходной транзистор стабилизатора 29 напряжения, что также приводит к снижению тока в обмотке возбуждения генератора I постоянного тока. Ограничение ток аряда батареи2 обеспечивается аналогичным образом с помощью формирователя 33 сигнала ограничения тока заряда аккумуляторной батареи 2.

Узел 26 1ктивной защты предназначен для защты потребителей электрической энергии вагона цри его движении от возможного возникновения недопустимого напряжения на клеммах генератора I постоянного тока и в сети освещения. Это происходит за счет отключения обмотки возбуждения генератора J, от питающего напряжения.

Напряжение генератора I постоянного тока подается во входную цепь реле 36 максимального напряжения. При увеличении напряжения генератора I выше допустимого реле 36 максимального напряжения формирует сигнал, поступающий на управля14

Ю1Щ1Й электрод тиристорного ключа 39, с выхода которого сигнал через вентильный элемент 42 поступает в цепь управления реле 45 защиты. Цри его срабатывании разрывается цепь питания обмотки возбувдения генератора I постоянного тока.

Аналогично срабатывает защита сети освещения. Дри превышении напряжения в сети вьше допустимого срабатывает реле 37 максимального напряжения, тиристорный ключ 40 и сигнал через вентильный элемент 43 поступает в цепь управления реле 45 заищты, которое при срабатывании разрывает цепь питания обмотки возбуждения генератора I постоянного тока. При обрыве одной из фаз ( обрыв провода или перегорание одного из фазных предохранителей) внешней трехфазной сети во входной цепи реле 38 обрыва фаз, образованной резисторами, включенными по схеме звезда появляется переменное напряжение между общей точкой соединения этих резисторов и нулевым проводом. Это напряжение выпрямляется с помощью диодного моста и подаётся на вход тиристорногфптронного ключа 41, выходной сигнал с которого через вентШь 44 поступает в цепь уцравления реле 45 защты, при срабатывании которого обеспечивается отключение обмотки возбуждения генератора I постоянного тока.

Узел 27 функциональной защиты предназначен для защиты 1ккумуляторной бата,реи 2 от недопустимого снижения на ней напряжения путём автоматического отключения ет нее силовых нагрузок с заданной функциональной очередностью.

Цри снижении уровня напряжения на аккумуляторной бата, них.е рее 2уровня первой уставки срабатывает реле 47 пониженного

напряжения ( выполненного,например, на двух компараторах). Выходной сигнал с него поступает в цепь управления исполнительного реле А ( на чертеже не показано).Срабатывание этого реле обеспечивает отключение первой группы потребителей электрической энергии. Т.к. реле 47 пониженного напряжения обладает оцределенньм гистерезисом,оно возвращается в исходное состояние при появлени1 аг ряжения вьппе напряжения первой уставки.

Аналогичным образом цроисходит работа второго реле 48 пониженного напряжения,отрегулированного на напряжение ниже напряжения первой уставки. Срабатывание реле 49 нагрузки происходит при превьшении напряжения на генераторе I постоянного тока выше заданного. На выходе реле 49 нагрузки формируется сигнал, поступающий в цепь управления исполнительного реле, контакты которого замыкают цепь питания группы особо энергоёмких потребителей электрической энергии.

Узел 28 регулирования напряжения сети предназначен для стабилизации выходного напряжения сети освещения пассажирского вагона в заданных пределах и представляет собой стабилизатор нацряжения компенсационного тица,ис.пользую11Щй в своей работе принцип широтно-импульсной модуляции тока нагрузки.

Узел 28 регулирования напряжения сети питается в режиме стоянки пассажирского вагона от аккумуляторной батареи 2, а в режиме движения - от генератора I постоянного тока.

Учитывая, что в системе управления и электроснабжения пассажирского вагона блок 10 регулирования напряжения выполнен на полуцроводниковых и интегральных схемах,входящие в него узлы обеспечивают большую степень надежности работы в эксплуатащи и высокую стабильность регулируемого нацряжения,высокую степень защиты электроагрегатов от влияния аварийных

ситуаций. Кроме того, выход из строя одного из элементов системы управления и электроснабжения не дриводит к выходу из строя всей системы в целом,т,к. группы потребителей электроэнергии порознь снабжены элементами индивидуальной защиты.

Claims (1)

1. Система управления и электроснабжения пассажирского вагона, содержащая генератор постоянного тока и аккумуляторную батарею, соединенные между собой через последовательную цепь, состоящую из вентиля и двух датчиков тока, общий вывод которых соединен с шиной для подключения групп потребителей электроэнергии, шины для подключения трехфазной сети (380 В) и блок подвода высокого напряжения (3000 В), подключенный к системе отопления, устройство регулирования и защиты элементов электроснабжения, входы которого подключены к генератору постоянного тока и аккумуляторной батарее, а его выходы подключены к цепям управления соответствующих исполнительных реле, контакты которых включены в цепи питания соответствующих групп потребителей электрической энергии, отличающаяся тем, что устройства регулирования и защиты элементов электроснабжения выполнено в виде блока регулирования напряжения, состоящего из узлов регулирования напряжения генератора постоянного тока, активной защиты, функциональной защиты и регулирования напряжения сети, причем узел регулирования напряжения генератора постоянного тока содержит стабилизатор напряжения компенсационного типа, между входом и выходом которого включен нормально замкнутый контакт реле, цепь управления которого соединена с входом стабилизатора напряжения и подключена к генератору постоянного тока, выходы формирователя сигнала ограничения тока генератора и формирователя сигнала ограничения тока заряда аккумуляторной батареи через соответствующие вентильные элементы соединены с входом управления стабилизатора напряжения, а входы формирователей подключены соответственно к датчику тока в цепи генератора постоянного тока и к датчику тока в цепи аккумуляторной батареи, узел активной защиты содержит реле максимального напряжения, цепь управления которого подключена к генератору постоянного тока, второе реле максимального напряжения, цепь управления которого подключена к выходу узла регулирования напряжения сети, выполненного в виде стабилизатора напряжения компенсационного типа, вход которого подключен к аккумуляторной батарее, и реле обрыва фаз, входы которого соединены с шинами для подключения трехфазной сети, выходы двух реле максимального напряжения, и реле обрыва фаз подключены к управляющим входам соответствующих тиристорных ключей, выходы которых через соответствующие вентильные элементы соединены с цепью управления реле защиты, выход узла регулирования напряжения генератора через контакты реле защиты и L C - фильтр подключен к обмотке возбуждения генератора постоянного тока, узел функциональной защиты содержит два реле пониженного напряжения с разными напряжения срабатывания, цепи управления которых подключены к аккумуляторной батарее, и реле нагрузки, управляющая цепь которого соединена с генератором постоянного тока, а выходную цепь каждого из реле включена цепь управления соответствующего исполнительного реле, контакты которых включены в цепи питания соответствующих групп потребителей электроэнергии.