система электроснабжения железнодорожного вагона

Формула изобретения

Система электроснабжения железнодорожного вагона, содержащая синхронный трехфазный индукторный генератор, на статоре которого расположены основная трехфазная статорная обмотка, выполненная по схеме «звезда», и дополнительная однофазная обмотка с выводом от средней точки, причем основная трехфазная статорная обмотка своими тремя выводами подключена через выпрямитель к бортовой сети, а дополнительная обмотка тремя своими выводами через магнитный усилитель и выпрямительный блок присоединена к аккумуляторной батарее, три статорных обмотки возбуждения: параллельная обмотка возбуждения, последовательная обмотка возбуждения и противошунтовая обмотка возбуждения, присоединенные к бортовой электрической сети, причем маркированные выводы противошунтовой обмотки возбуждения и последовательной обмотки возбуждения соединены друг с другом, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит реле, подключенное к выходам первого выпрямителя, к одному входу которого подключен конец одной фазы основной статорной обмотки, а к второму входу присоединен конец другой фазы основной статорной обмотки, к указанным фазным концам присоединена первичная обмотка трансформатора вольтодобавки, одна вторичная обмотка трансформатора вольтодобавки подключена к входам второго выпрямителя, один выход которого соединен с первым выводом силового конденсатора, к второму выводу которого подключен анод тиристора и через последовательно соединенные ограничительный резистор и размыкающие контакты реле подключен второй выход второго выпрямителя, катод тиристора подключен к маркированному выводу последовательной обмотки возбуждения, цепь управления, состоящую из последовательно соединенных замыкающих контактов реле и управляющего конденсатора, которая соединяет управляющий электрод тиристора с вторым выводом силового конденсатора, чей первый вывод соединен с немаркированным выводом последовательной обмотки возбуждения, один конец второй вторичной обмотки трансформатора вольтодобавки, имеющей вывод средней точки, подключен к первому входу третьего выпрямителя, другой конец второй вторичной обмотки трансформатора вольтодобавки через переключающие контакты реле подключен к второму входу третьего выпрямителя, а вывод средней точки через переключающие контакты соединен с вторым входом третьего выпрямителя, первый выход которого подсоединен к одному входу бортового выпрямителя, другой вход которого соединен с немаркированным выводом параллельной обмотки возбуждения, маркированный вывод которой соединен с вторым выходом третьего выпрямителя.

Описание изобретения к патенту

Данное устройство относится к области электротехники, а более конкретно к системам электроснабжения железнодорожных вагонов подвижного состава.

Известна система электроснабжения железнодорожных вагонов (Железнодорожный транспорт. Энциклопедия. Под ред. Н.С.Конарева. М.: БСЭ. 1994. С.521), состоящая из электромашинного синхронного трехфазного индукторного генератора с приводом от оси колесной пары, через выпрямитель соединенного с аккумуляторной батарей и бортовой электрической сетью.

Основным недостатком является то, что генератор начинает питать бортовые потребители и заряжать аккумуляторную батарею только при достижении определенной скорости движения вагона.

Известна система электроснабжения вагона (А.А.Косарев. Электрооборудование пассажирских вагонов. М.: Транспорт. 1971. С.111), выбранная в качестве прототипа. Система состоит из синхронного трехфазного индукторного генератора, на статоре которого расположены основная трехфазная статорная обмотка, выполненная по схеме «звезда», и дополнительная однофазная обмотка с выводом от средней точки, основная трехфазная статорная обмотка своими тремя выводами подключена через штепсельные разъемы и через выпрямитель к бортовой сети, а дополнительная обмотка тремя своими выводами через штепсельные разъемы, магнитный усилитель и выпрямительную группу присоединена к аккумуляторной батарее. На статоре также расположены три обмотки возбуждения, параллельная обмотка возбуждения, последовательная обмотка возбуждения и противошунтовая обмотка возбуждения через штепсельные разъемы присоединены к бортовой электрической сети, причем маркированные выводы противошунтовой обмотки возбуждения и последовательной обмотки возбуждения электрически соединены друг с другом.

Основной недостаток прототипа, что питание бортовых потребителей от генератора возможно только при скоростях движения вагона выше 30 км/ч, что определяет низкую эффективность работы прототипа.

Задача изобретения - повышение эффективности работы системы электроснабжения железнодорожного вагона за счет расширения скоростного диапазона работы.

Технический результат достигается тем, что в системе электроснабжения железнодорожного вагона, содержащей синхронный трехфазный индукторный генератор, на статоре которого расположены основная трехфазная статорная обмотка, выполненная по схеме «звезда», и дополнительная однофазная обмотка с выводом от средней точки, причем основная трехфазная статорная обмотка своими тремя выводами подключена через выпрямитель к бортовой сети, а дополнительная обмотка тремя своими выводами через магнитный усилитель и выпрямительный блок присоединена к аккумуляторной батарее, три статорных обмотки возбуждения: параллельная обмотка возбуждения, последовательная обмотка возбуждения и противошунтовая обмотка возбуждения, присоединенные к бортовой электрической сети, причем маркированные выводы противошунтовой обмотки возбуждения и последовательной обмотки возбуждения соединены друг с другом, она дополнительно содержит реле, подключенное к выходам первого выпрямителя, к одному входу которого подключен конец одной фазы основной статорной обмотки, а к второму входу присоединен конец другой фазы основной статорной обмотки, к указанным фазным концам присоединена первичная обмотка трансформатора вольтодобавки, одна вторичная обмотка трансформатора вольтдобавки подключена к входам второго выпрямителя, один выход которого соединен с первым выводом силового конденсатора, к второму выводу которого подключен анод тиристора и через последовательно соединенные ограничительный резистор и размыкающие контакты реле подключен второй выход второго выпрямителя, катод тиристора подключен к маркированному выводу последовательной обмотки возбуждения, цепь управления, состоящую из последовательно соединенных замыкающих контактов реле и управляющего конденсатора, которая соединяет управляющий электрод тиристора с вторым выводом силового конденсатора, чей первый вывод соединен с немаркированным выводом последовательной обмотки возбуждения, один конец второй вторичной обмотки трансформатора вольтодобавки, имеющей вывод средней точки, подключен к первому входу третьего выпрямителя, другой конец второй вторичной обмотки трансформатора вольтодобавки через переключающие контакты реле подключен к второму входу третьего выпрямителя, а вывод средней точки через переключающие контакты соединен с вторым входом третьего выпрямителя, первый выход которого подсоединен к одному входу бортового выпрямителя, другой вход которого соединен с немаркированным выводом параллельной обмотки возбуждения, маркированный вывод которой соединен с вторым выходом третьего выпрямителя.

Схема системы электроснабжения железнодорожного вагона приведена на чертеже.

На статоре 1 синхронного трехфазного индукторного генератора 2, например 2ГВ-003, расположены основная трехфазная статорная обмотка 3, выполненная по схеме «звезда», и дополнительная однофазная обмотка 4 с выводом от средней точки. Основная трехфазная статорная обмотка 3 своими тремя выводами 5, 6, 7 подключена через выпрямитель 8 к бортовой сети, а дополнительная обмотка 4 тремя своими выводами через магнитный усилитель 9 и выпрямительный блок 10 присоединена к аккумуляторной батарее (не показана). На статоре 1 также расположены три обмотки возбуждения, параллельная обмотка возбуждения 11, последовательная обмотка возбуждения 12 и противошунтовая обмотка возбуждения 13, присоединенные к бортовой электрической сети. Маркированные выводы противошунтовой обмотки возбуждения 13 и последовательной обмотки возбуждения 12 электрически соединены друг с другом. Реле 14, например реле типа РНЕ 33, подключено к выходам первого выпрямителя 15. К одному входу 16 выпрямителя 15 подключен конец фазы 5 основной статорной обмотки 3, а к второму входу 17 присоединен конец фазы 7 основной статорной обмотки 3, к указанным концам фаз 5 и 7 присоединена первичная обмотка 18 трансформатора вольтодобавки. Трансформатор вольтодобавки содержит две вторичные обмотки 19, 20. Обмотка 19 подключена к входам второго выпрямителя 21, выход 22 которого соединен с первым выводом 23 силового конденсатора 24, к второму выводу 25 которого через размыкающие контакты 26 реле 14 и ограничительный резистор 27 подключен выход 28 второго выпрямителя 21 и анод 29 тиристора 30. Катод 31 тиристора 30 подключен к маркированному выводу последовательной обмотки возбуждения 12. Цепь управления, состоящая из последовательно соединенных замыкающих контактов 32 реле 14 и управляющего конденсатора 33, соединяет управляющий электрод 34 тиристора 30 с вторым выводом 25 силового конденсатора 24. Первый вывод 23 конденсатора 24 соединен с немаркированным выводом последовательной обмотки возбуждения 12. Конец второй вторичной обмотки 20 трансформатора вольтодобавки, имеющей вывод 35 средней точки, подключен к входу 36 третьего выпрямителя 37. Другой конец второй вторичной обмотки 20 трансформатора вольтодобавки через переключающие контакты 38 реле 14 подключен ко второму входу 39 третьего выпрямителя 37. Вывод 35 средней точки через переключающие контакты 38 соединен со вторым входом 39 третьего выпрямителя 37. Выход 40 выпрямителя 37 подсоединен к одному входу 41 бортового выпрямителя 42. Вход 43 соединен с немаркированным выводом параллельной обмотки возбуждения 11, маркированный вывод которой соединен со вторым выходом 44 выпрямителя 37.

Работа заявляемой системы электроснабжения железнодорожного вагона происходит следующим образом. При увеличении скорости движения вагона от 0 до 10-15 км/ч магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения 11, 12, 13, индуцирует в обмотках статора 5, 6 и 7 ЭДС, под действием которой в контуре, состоящем из двух фазных обмоток, например фаз 5 и 6 и первичной обмотки 18 трансформатора вольтодобавки, начинает протекать переменный электрический ток, который создает переменное магнитное поле. Это поле индуцирует ЭДС взаимоиндукции во вторичных обмотках 19 и 20 трансформатора вольтодобавки, вследствие этого на зажимах всех обмоток 18, 19 и 20 трансформатора вольтодобавки появляются напряжения, которые вызывают протекание токов в соответствующих обмотках. Контакты 38 реле 14 находятся в положении, при котором задействована вся обмотка 20, последняя производит максимальную ЭДС.

Величина тока, протекающего по выпрямителю 21, ограничивается резистором 27.

Ток во вторичной обмотке 20 трансформатора вольтдобавки выпрямляется выпрямителем 37 и, протекая по параллельной обмотке возбуждения 11, создает дополнительное поле возбуждения генератора. Ток, протекающий по второй обмотке 19 трансформатора вольтдобавки, выпрямляется выпрямителем 21 и заряжает силовой конденсатор 24 (до напряжения 63-72 В).

При увеличении скорости движения вагона возрастает и ток, протекающий по первичной обмотке 18 трансформатора вольтодобавки. Этот ток выпрямляется выпрямителем 15 и вызывает срабатывание реле 14. В результате замыкающие контакты 32 реле 14 замыкаются и управляющий конденсатор 33 разряжается на положительно заряженный управляющий электрод 34 тиристора 30, последний отпирается и силовой конденсатор 24 разряжается на последовательную обмотку возбуждения 12. Одновременно с этим размыкаются контакты 26, отсоединяя выпрямитель 21. Ток в обмотке 12 создает импульсное магнитное поле (длительностью ˜4 мс), которое индуцирует в фазных обмотках генератора 4, 5, 6 и 7 ЭДС.

Срабатывание реле 14 вызывает переключение контактов 38, в результате этого ЭДС, передаваемая от обмотки 20 к выпрямителю 37, уменьшается. Из-за сказанного величина тока, протекающего по параллельной обмотке возбуждения 11, не должна превысить допустимого значения при дальнейшем увеличении скорости движения вагона.

В результате описанных процессов в бортовой сети начинает протекать ток величины, необходимой для функционирования бортовых потребителей и заряда аккумуляторной батареи.

Как можно заметить, что использование данной системы электроснабжения железнодорожного вагона по сравнению с прототипом позволяет питание бортовых потребителей и заряд аккумуляторной батареи от генератора начинать при скоростях меньших 30 км/ч, что определяет повышение эффективности работы системы электроснабжения железнодорожного вагона.