RU85042U1

RU85042U1 - DEVICE FOR POWER SUPPLY OF EQUIPMENT AND SERVICE EQUIPMENT FOR PASSENGER CARS

Info

Publication number: RU85042U1
Application number: RU2009106604/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Тычинский
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ИнформТехТранс"
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2009-07-20

Abstract

1. Устройство энергоснабжения оборудования и технических средств обслуживания пассажирских вагонов, содержащее автоматический вводной выключатель и схему преобразования трехфазного переменного напряжения внешней сети в напряжение питания аккумуляторных батарей, подключенную к клеммам потребителей постоянного тока, отличающееся тем, что в устройство введен блок индикации и управления, а схема преобразования содержит три цепи преобразования напряжения соответствующей фазы входного трехфазного напряжения в напряжение питания аккумуляторных батарей, при этом цепи преобразования объединены с блоком управления и индикации шинным интерфейсом и подключены через соответствующие разъемы к выходным контактам входного разъема и к блоку индикации и управления, однополярные выходы цепей преобразования объединены и соединены с клеммами потребителей постоянного тока. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая цепь преобразования содержит последовательно включенные силовой выпрямитель, вход которого является входом цепи преобразования, корректор мощности, генератор высокой частоты, согласующий силовой трансформатор, выпрямитель и выходной фильтр, а также датчик выходного тока и датчик выходного напряжения, подключенные к генератору высокой частоты. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходные контакты каждой фазы входного разъема соединены через устройства защитного отключения и блоки автоматического выключения с выходными клеммами для подключения потребителей переменного напряжения. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объединенные однополярные выходы цепей преобразования соед�1. A power supply device for equipment and technical means of servicing passenger cars, comprising an automatic input switch and a circuit for converting a three-phase AC voltage from an external network to a battery supply voltage connected to the terminals of direct current consumers, characterized in that an indication and control unit is introduced into the device, and the conversion circuit contains three voltage conversion circuits of the corresponding phase of the input three-phase voltage to the battery voltage battery, in this case, the conversion circuits are combined with the control and indication unit of the bus interface and connected through the corresponding connectors to the output pins of the input connector and to the display and control unit, unipolar outputs of the conversion circuits are combined and connected to the terminals of direct current consumers. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that each conversion circuit contains a series-connected power rectifier, the input of which is the input of the conversion circuit, a power corrector, a high-frequency generator, a matching power transformer, a rectifier and an output filter, as well as an output current sensor and output voltage sensor connected to a high frequency generator. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the output contacts of each phase of the input connector are connected via protective shutdown devices and automatic shutdown units with output terminals for connecting AC voltage consumers. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that the combined unipolar outputs of the conversion circuits

Description

Заявляемая полезная модель относится к средствам подачи электроэнергии, а именно к вспомогательному оборудованию железнодорожного транспорта, и может быть использована при обслуживании составов пассажирских поездов в пунктах их оборота и формирования.The inventive utility model relates to a means of supplying electricity, namely to auxiliary equipment of railway transport, and can be used in servicing passenger train trains at points of their turnover and formation.

Известны различные устройства для питания железнодорожных вагонов, содержащие аккумуляторные батареи, заряжаемые через силовой трехфазный выпрямитель от генератора переменного тока с приводом от оси колесной пары вагона (см. например, Егоров В.П. «Электрооборудование пассажирских вагонов» М., Транспорт 1987 г., патент РФ №21041174, МПК B60L 1/00). Если же вагоны находятся в отстое (в пунктах их оборота, формирования и технического обслуживания), аккумуляторные батареи через некоторое время разряжаются, и электроснабжение вагонов нарушается. Также указанные устройства не обеспечивают возможности питания средств техобслуживания (сварочные аппараты, различный электроинструмент) из-за ограничения мощности заряда.There are various devices for powering railway cars, containing rechargeable batteries charged through a three-phase power rectifier from an alternator with a drive from the axle of the car’s wheelset (see, for example, V. Egorov, “Electrical Equipment of Passenger Cars” M., Transport 1987 , RF patent No. 21041174, IPC B60L 1/00). If the cars are in sludge (at the points of their turnover, formation and maintenance), the batteries are discharged after some time, and the power supply to the cars is disrupted. Also, these devices do not provide power supply for maintenance facilities (welding machines, various power tools) due to the limitation of charge power.

Ближайшим по технической сущности и принятым за прототип является преобразовательное устройство системы электропитания пассажирского вагона по пат. №2326774, МПК В60L 1/12, обеспечивающее заряд аккумуляторов и питание вагонных потребителей постоянного и переменного тока. Преобразовательное устройство содержит схему преобразования переменного трехфазного напряжения 380 В в постоянное напряжение, в состав которой входит цепь гальванической развязки и зарядное устройство, к выходам которого могут подключаться аккумуляторные батареи и вагонные потребители постоянного тока. Кроме того, преобразовательное устройство содержит набор инверторов, обеспечивающих питание потребителей переменного тока от подвагонного генератора, или от высоковольтной поездной магистрали. Известное устройство обладает ограниченными возможностями, так как в условиях длительных стоянок не обеспечивает питание потребителей переменным напряжением 127/220/380 В, и не позволяет менять режимы заряда аккумуляторных батарей в зависимости от типа батарей и температуры.The closest in technical essence and adopted for the prototype is a converter device power supply system of a passenger car according to US Pat. No. 226774, IPC B60L 1/12, providing battery charge and power supply for car consumers of direct and alternating current. The conversion device contains a circuit for converting an alternating three-phase voltage of 380 V into a constant voltage, which includes a galvanic isolation circuit and a charger, the outputs of which can connect rechargeable batteries and wagon consumers of direct current. In addition, the conversion device contains a set of inverters that provide power to consumers of alternating current from a subcar generator, or from a high-voltage train line. The known device has limited capabilities, as in long-term parking does not provide consumers with alternating voltage of 127/220/380 V, and does not allow changing the charge modes of the batteries depending on the type of batteries and temperature.

Решаемая техническая задача- возможность энергоснабжения электрооборудования и технических средств обслуживания вагонов в условиях длительных стоянок от единого устройства с обеспечением оперативной настройки режимов заряда аккумуляторных батарей.The technical task to be solved is the possibility of power supply of electrical equipment and technical means of servicing cars in long-term parking conditions from a single device with the provision of on-line tuning of battery charge modes.

Указанная задача решается тем, что в устройство энергоснабжения оборудования и технических средств обслуживания пассажирских вагонов, содержащее автоматический вводной выключатель и схему преобразования трехфазного переменного напряжения внешней сети в напряжение питания аккумуляторных батарей, подключенную к клеммам потребителей постоянного тока, введен блок индикации и управления, а схема преобразования содержит три цепи преобразования напряжения соответствующей фазы входного трехфазного напряжения в напряжение питания аккумуляторных батарей, причем цепи преобразования объединены с блоком управления и индикации шинным интерфейсом и подключены через соответствующие разъемы к выходным контактам входного разъема и к блоку индикации и управления, однополярные выходы цепей преобразования объединены и соединены с клеммами потребителей постоянного тока.This problem is solved by the fact that an indication and control unit is introduced into the power supply device for equipment and technical means of servicing passenger cars, which contains an automatic input switch and a circuit for converting a three-phase AC voltage from an external network to a battery supply voltage connected to the terminals of direct current consumers, and a circuit the conversion contains three voltage conversion circuits of the corresponding phase of the input three-phase voltage to the battery voltage batteries, the conversion circuits being combined with the control and indication unit of the bus interface and connected through the corresponding connectors to the output contacts of the input connector and the indication and control unit, the unipolar outputs of the conversion circuits are combined and connected to the terminals of direct current consumers.

При этом каждая цепь преобразования содержит последовательно включенные силовой выпрямитель, вход которого является входом цепи преобразования, корректор мощности, генератор высокой частоты, согласующий силовой трансформатор, выпрямитель и выходной фильтр, а также датчик выходного тока и датчик выходного напряжения, подключенные к генератору высокой частоты.Moreover, each conversion circuit contains a power rectifier connected in series, the input of which is the input of the conversion circuit, a power corrector, a high-frequency generator, a matching power transformer, a rectifier and an output filter, as well as an output current sensor and an output voltage sensor connected to a high-frequency generator.

Также выходные контакты каждой фазы входного разъема соединены через устройства защитного отключения и блоки автоматического выключения с выходными клеммами для подключения потребителей переменного напряжения, а объединенные однополярные выходы цепей преобразования соединены с контактами реле через устройство защиты от переполюсовки, включающее реле, катушка которого подключена к блоку управления, диод, включенный между разнополярными выходами, и автоматический выключатель контакторов реле.Also, the output contacts of each phase of the input connector are connected via residual current circuit breakers and automatic shutdown units to output terminals for connecting AC voltage consumers, and the combined unipolar outputs of the conversion circuits are connected to relay contacts via a reverse polarity protection device that includes a relay whose coil is connected to the control unit , a diode connected between bipolar outputs, and a circuit breaker for relay contactors.

Выполнение схемы преобразования на базе трех цепей преобразования напряжения фаз трехфазного напряжения внешней сети переменного тока 380 В позволяет упростить схему, исключив из нее зарядное устройство, используемое в прототипе для регулировки тока и напряжения, и реализовать возможность регулировки режимов заряда аккумуляторных батарей за счет введения блока управления и датчиков тока и напряжения, а также обеспечить энергоснабжение электрооборудования напряжением переменного тока 220 и 380 В через цепи защиты (блоки защитного отключения и блоки автоматического отключения) по фазам входного трехфазного напряжения.The implementation of the conversion circuit on the basis of three circuits for converting the phase voltage of a three-phase voltage of an external 380 V AC network allows to simplify the circuit by eliminating the charger used in the prototype for adjusting current and voltage, and to realize the possibility of adjusting the battery charge modes by introducing a control unit and current and voltage sensors, as well as provide power supply of electrical equipment with AC voltage of 220 and 380 V through the protection circuit (protective disconnect blocks Nia and automatic shut-off blocks) the phases of the input three-phase voltage.

Сущность полезной модели поясняется чертежом.The essence of the utility model is illustrated in the drawing.

Питание от внешней сети трехфазного напряжения 380 В, 50 Гц подается на автоматический вводной выключатель 1. Выходные контакты каждой фазы выключателя 1 соединены через устройства защитного отключения 2₁, 2₂ и блоки автоматического отключения 3₁, 3₂ с выходными клеммами 4₁, 4₂ для подключения потребителей переменного тока 380 В и 220 В. Устройства защитного отключения 2₁, 2₂ обеспечивают отключение потребителей при превышении тока утечки опасных для человека величин. Устройства автоматического отключения 3₁, 3₂ - отключение при коротком замыкании.Power supply from an external network of three-phase voltage 380 V, 50 Hz is supplied to the automatic input switch 1. The output contacts of each phase of the switch 1 are connected through protective shutdown devices 2 ₁ , 2 ₂ and automatic shutdown units 3 ₁ , 3 ₂ with output terminals 4 ₁ , 4 ₂ for connecting consumers of alternating current 380 V and 220 V. Residual current circuit breakers 2 ₁ , 2 ₂ provide disconnection of consumers when the leakage current exceeds values dangerous to humans. Automatic shutdown devices 3 ₁ , 3 ₂ - short circuit shutdown.

Каждый выходной контакт фазы выключателя 1 подключен также через соответствующий автоматический выключатель 5₁, 5₂, 5₃ к соответствующей цепи преобразования 6₁, 6₂, 6₃, обеспечивающей преобразование напряжения фазы в постоянное напряжение заряда аккумуляторных батарей и питания потребителей постоянного тока. Каждая цепь преобразования 6 содержит выпрямитель 7, корректор мощности 8, генератор высокой частоты 9, согласующий силовой трансформатор 10, выпрямитель 11, выходной фильтр 12, датчик тока 13, датчик напряжения 14, преобразователь интерфейса 15. Блок управления и индикации 16 через шинный интерфейс 17 (RS 485) и преобразователи интерфейса 15 связаны с генераторами высокой частоты 9 каждой цепи преобразования 6. Входы питания блока управления и индикации 16 через автоматические выключатели 5₁, 5₂, 5₃ подключены к выходным контактам выключателя 1. Блок управления и индикации 16 выполнен на базе микропроцессора и обеспечивает возможность задания параметров тока и напряжения, отображения их текущих значений и индикацию состояния аккумуляторных батарей. Объединенные однополярные выходы цепей преобразования 6₁, 6₂, 6₃ являются выходом питания потребителей постоянного тока и аккумуляторных батарей. Для защиты от переполюсовки при неправильном подключении потребителей на выходе устройства включены диод 18, автоматический выключатель 19 и реле 20, катушка 21 которого подключена к блоку управления и индикации 16. Индикация текущих значений выходного напряжения и тока в блоке 16 осуществляется по цепям 22 и 23. Подключение к кабелям внешней сети питания осуществляется через медные шины 24, что позволяет при необходимости подключать к ним несколько аналогичных устройств энергоснабжения.Each output contact of the phase of the circuit breaker 1 is also connected through a corresponding circuit breaker 5 ₁ , 5 ₂ , 5 ₃ to the corresponding conversion circuit 6 ₁ , 6 ₂ , 6 ₃ , which converts the phase voltage to a constant voltage of the charge of the batteries and the power supply of direct current consumers. Each conversion circuit 6 contains a rectifier 7, a power corrector 8, a high-frequency generator 9, a matching power transformer 10, a rectifier 11, an output filter 12, a current sensor 13, a voltage sensor 14, an interface converter 15. The control and display unit 16 via the bus interface 17 (RS 485) interface 15 and transducers are associated with a high frequency generator 9, each conversion circuit 6. The power control unit inputs and displays 16 through automatic switches 5 _1, 5 _2, 5 ₃ is connected to the output terminals of the circuit breaker 1. The sound control unit Lenia and display 16 is microprocessor-based and provides a set of current and voltage parameters, display their current values and an indication of battery status. The combined unipolar outputs of the conversion circuits 6 ₁ , 6 ₂ , 6 ₃ are the power output of DC consumers and batteries. To protect against reverse polarity when the consumers are connected incorrectly, a diode 18, a circuit breaker 19 and a relay 20 are connected to the output of the device, the coil 21 of which is connected to the control and indication unit 16. The current values of the output voltage and current in the block 16 are displayed on the circuits 22 and 23. Connection to the cables of the external power network is carried out via copper bus 24, which allows, if necessary, to connect several similar power supply devices to them.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подключении к внешней сети 380 В автоматический выключатель 1 на выходных клеммах 4₁, и 4₂ формирует напряжение ~380 В и ~220 В для питания технических средств обслуживания (дрель, сварочный аппарат и т.п.) При повреждении изоляции срабатывает блок защитного отключения 2₁ или 2₂, а при коротком замыкании или резком увеличении тока потребления - блок автоматического отключения 3₁ или 3₂.When connected to an external network of 380 V, circuit breaker 1 at the output terminals 4 ₁ , and 4 ₂ generates a voltage of ~ 380 V and ~ 220 V to power technical equipment (drill, welding machine, etc.). If the insulation is damaged, the protective unit trips 2 ₁ or 2 ₂ , and in case of a short circuit or a sharp increase in the current consumption - block automatic shutdown 3 ₁ or 3 ₂ .

С блока управления и индикации 16 по интерфейсу 17 оператор задает режимы заряда аккумуляторных батарей, (максимально допустимый ток и напряжение заряда) и подключает через выключатели 5₁, 5₂, 5₃ цепи преобразования 6₁, 6₂ к внешней сети 380 В 50 Гц. В каждой цепи преобразования 6₁, 6₂, 6₃ на выходе силового выпрямителя 7 формируется выпрямленное напряжение частотой 100 Гц, которое последовательно корректором мощности 8 преобразуется в постоянное напряжение 400 В, генератором частоты 9 - в импульсное напряжение 400 В частотой 100 кГц, согласующим силовым трансформатором 10 - в напряжение частотой 100 кГц, с амплитудой 200 В, выпрямителем 11 - в постоянное напряжение требуемого диапазона. Выходной фильтр 12 формирует на выходе цепи 6 постоянную составляющую выпрямленного напряжения. Преобразователь интерфейса 15 преобразует цифровые сигналы заданных оператором значений максимального тока и напряжения в аналоговые сигналы управления генератором высокой частоты 9, формирующим выходное напряжение, скорректированное с учетом несущих значений тока и напряжения, данные о которых поступают с датчиков тока и напряжения 13, 14. На объединенных однополярных выходах цепей 6₁, 6₂, 6₃ суммируются токи каждой цепи (~20-25А), что обеспечивает на выходе параметры тока и напряжения для питания аккумуляторных батарей и вагонных потребителей (~70А, 150 В).From the control and display unit 16 via interface 17, the operator sets the charge modes of the rechargeable batteries (maximum permissible current and charge voltage) and connects conversion chains 6 ₁ , 6 ₂ to the external network 380 V 50 Hz through switches 5 ₁ , 5 ₂ , 5 ₃ . In each conversion circuit 6 ₁ , 6 ₂ , 6 ₃ , a rectified voltage of 100 Hz is formed at the output of the power rectifier 7, which is subsequently converted by a power corrector 8 to a constant voltage of 400 V, by a frequency generator 9 to a pulse voltage of 400 V with a frequency of 100 kHz, matching power transformer 10 - into a voltage with a frequency of 100 kHz, with an amplitude of 200 V, a rectifier 11 - into a constant voltage of the required range. The output filter 12 forms at the output of circuit 6 a constant component of the rectified voltage. The interface converter 15 converts the digital signals of the operator’s maximum current and voltage values into analog control signals of the high-frequency generator 9, which forms the output voltage, adjusted for the current and voltage carrier values, the data of which come from the current and voltage sensors 13, 14. On the combined unipolar outputs of circuits 6 ₁ , 6 ₂ , 6 ₃ summarize the currents of each circuit (~ 20-25A), which provides the output current and voltage parameters for powering the batteries and car wagons lei (~ 70A, 150 V).

Claims

1. A power supply device for equipment and technical means of servicing passenger cars, comprising an automatic input switch and a circuit for converting a three-phase AC voltage of an external network to a battery supply voltage connected to the terminals of direct current consumers, characterized in that an indication and control unit is introduced into the device, and the conversion circuit contains three voltage conversion circuits of the corresponding phase of the input three-phase voltage to the battery voltage battery, in this case, the conversion circuits are combined with the control and indication unit of the bus interface and connected through the corresponding connectors to the output pins of the input connector and to the display and control unit, unipolar outputs of the conversion circuits are combined and connected to the terminals of direct current consumers.

2. The device according to claim 1, characterized in that each conversion circuit contains a series-connected power rectifier, the input of which is the input of the conversion circuit, a power corrector, a high-frequency generator, a matching power transformer, a rectifier and an output filter, as well as an output current sensor and output voltage sensor connected to a high frequency generator.

3. The device according to claim 1, characterized in that the output contacts of each phase of the input connector are connected via protective shutdown devices and automatic shutdown units with output terminals for connecting AC voltage consumers.

4. The device according to claim 1, characterized in that the combined unipolar outputs of the conversion circuits are connected to the relay contacts through a reverse polarity protection device, including a relay whose coil is connected to the control unit, a diode connected between the multipolar outputs, and a relay contactor circuit breaker.