Преобразователь напряжения для обеспечения электропитанием вспомогательных систем вагона пассажирского поезда

Преобразователь напряжения для обеспечения электропитанием вспомогательных систем вагона пассажирского поезда

Реферат

Изобретение относится к области средств железнодорожного транспорта, а именно к области обеспечения бесперебойным электрическим питанием вспомогательных систем пассажирского вагона, и может быть использовано для обеспечения работы любых вспомогательных систем пассажирского вагона.

В рамках настоящего технического решения к вспомогательным системам пассажирского поезда предпочтительно относятся системы связи, в том числе и межвагонной, система радиовещания, система контроля состояния оборудования пассажирского вагона и т.д.

Известно (RU, патент 2073338) устройство для электроснабжения вспомогательного оборудования транспортного средства, в том числе и пассажирского вагона. Устройство содержит генератор постоянного тока с переменной частотой вращения якоря, аккумуляторную батарею, подключенную к якорной обмотке генератора через зарядный диод, а к обмотке независимого возбуждения - через транзисторный каскад релейного регулятора тока, дифференциальный измерительный орган которого выполнен с подключенным к аккумуляторной батарее нелинейным делителем напряжения в виде последовательно соединенных резистора и стабилитронов и подключенным к якорной обмотке генератора через первый разделительный диод резисторным делителем напряжения, демпфирующую диодно-резисторную цепь, включенную параллельно обмотке возбуждения генератора, светодиод, включенный параллельно резистору демпфирующей цепи, датчики тока генератора и аккумуляторной батареи, первую кнопку контроля с размыкающим контактом и испытательную цепь с отбором тока от аккумуляторной батареи, состоящую из последовательно включенных второго разделительного диода и замыкающего контакта второй кнопки контроля. Кроме того, в устройство введены реле оборотов, механически сочлененное с якорем генератора, и вспомогательный токоограничивающий резистор, причем размыкающий контакт реле через размыкающий контакт первой кнопки контроля включен параллельно выходу измерительного органа регулятора тока, вспомогательный токоограничивающий резистор включен в упомянутую испытательную цепь, связанную с резисторным делителем напряжения измерительного органа регулятора тока с возможностью закрытия транзисторного каскада при замыкании контакта второй кнопки контроля, а датчики тока выполнены пороговыми и снабжены выходными замыкающими контактами, включенными параллельно соответствующим стабилитронам нелинейного делителя напряжения измерительного органа регулятора тока.

Недостатком известного устройства можно признать невозможность точного поддержания на выходе напряжения 110 В.

Известно также (RU, патент 2104173) устройство для электроснабжения железнодорожных вагонов, содержащее источник переменного тока, подключенный к его выходу входом основной выпрямитель, соединенный выходами с потребителями вагона вольтодобавочный зарядный выпрямитель и аккумуляторную батарею, один из полюсов которой подключен к одному из выходов основного выпрямителя и одному из входов вольтодобавочного зарядного выпрямителя, один из выходов которого связан с другим выводом аккумуляторной батареи, причем вольтодобавочный зарядный выпрямитель выполнен в виде понижающего преобразователя напряжения постоянного тока, при этом другой вход этого преобразователя подключен к другому выходу основного выпрямителя, а второй выход - к одному из выводов аккумуляторной батареи.

Недостатком известного устройства можно признать невозможность точного поддержания на выходе напряжения 110 В.

Известно (RU, патент 2104175) устройство для электроснабжения вагона, содержащее источник переменного тока, преимущественно генератор, с последовательно соединенными основным выпрямителем и вольтодобавочным зарядным преобразователем, аккумуляторную батарею с переключателем, вход переключателя подключен к выходу источника переменного тока и аккумуляторной батареи, причем основной выпрямитель подключен к потребителям вагона через шины питания вагона, один полюс аккумуляторной батареи подключен к одной шине питания вагона, а второй ее полюс через размыкающий контакт переключателя к другой шине, а через замыкающий контакт переключателя к соответствующему выходу вольтодобавочного зарядного преобразователя. Кроме того, дополнительно введен диод, который включен в проводящем направлении между соответствующим отводом от части элементов аккумуляторной батареи и соответствующей шиной питания потребителей вагона, при этом напряжение этой части батареи не превышает напряжения основного выпрямителя.

Недостатком известного устройства можно признать невозможность точного поддержания на выходе напряжения 110 В.

Техническая задача, решаемая посредством предложенной разработанной системы, состоит в разработке усовершенствованной конструкции преобразователя постоянного тока.

Технический результат, получаемый при реализации предложенной системы, состоит в повышении безопасности эксплуатации пассажирского поезда за счет обеспечения бесперебойной работы системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда путем подачи стабильного питания 110 В.

Для обеспечения указанного технического результата предложено использовать преобразователь напряжения для обеспечения электропитанием системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда разработанной конструкции. Разработанный преобразователь напряжения для обеспечения электропитанием системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда содержит корпус с органами коммутации, модуль фильтрации и, по меньшей мере, один модуль преобразования напряжения, при этом модуль фильтрации выполнен с возможностью устранения импульсных электрических помех и высокочастотных электрических помех, защиты от изменения полярности, защиты от перенапряжения с получением на выходе стабилизированного напряжения 110 В.

В предпочтительном варианте реализации модуль фильтрации содержит печатную плату, на которой установлены первый и второй клеммники на 9 клемм каждый, два фильтра устранения импульсных электрических помех, два диода, одиннадцать конденсаторов, два резистора и четыре LC-фильтра, причем первая, вторая и третья клеммы второго клеммника подключены первой линией к первому выходу первого LC-фильтра, четвертая, пятая и шестая клеммы второго клеммника подключены второй линией к первому выходу второго LC-фильтра, при этом первая линия и вторая линия между LC-фильтрами и вторым клеммником соединены параллельно расположенными участками, первый из которых содержит конденсатор C₁, второй участок содержит конденсатор С₂, третий участок содержит два резистора, четвертый участок содержит два диода, вторые выходы первого и второго LC-фильтров, а также третий и четвертый участки подключены через конденсатор С₁₀ к заземлению, к которому также подключены корпуса первого и второго LC-фильтров, седьмая клемма второго клеммника третьей линией подключена через первый фильтр устранения импульсных электрических помех к первому входу третьего LC-фильтра, восьмая клемма второго клеммника четвертой линией через второй фильтр устранения импульсных электрических помех подключена к первому входу четвертого LC-фильтра, при этом третья и четвертая линия соединены между клеммами и LC-фильтрами через последовательно установленные конденсаторы С₃ и С₁₁, вторые входы третьего и четвертого LC-фильтров соединены между собой и с заземлениями корпусов третьего и четвертого LC-фильтров, а также пятой линией с девятой клеммой второго клеммника, при этом пятая линия соединена посредством конденсатора С₅ с третьей линией и конденсатора С₄ с четвертой линией, первый вход первого LC-фильтра соединен шестой линией с первой клеммой первого клеммника, второй вход первого LC-фильтра соединен седьмой линией со второй клеммой первого клеммника, первый вход второго LC-фильтра соединен восьмой линией с третьей клеммой первого клеммника, второй вход второго LC-фильтра соединен девятой линией с четвертой клеммой первого клеммника, первый выход третьего LC-фильтра соединен с пятой клеммой первого клеммника, которая подключена к шестой клемме первого клеммника, первый выход четвертого LC-фильтра соединен с седьмой клеммой первого клеммника, которая подключена к восьмой клемме первого клеммника, второй выход четвертого LC-фильтра соединен с девятой клеммой первого клеммника, при этом шестая линия через конденсатор С₆ подключена к заземлению, а через конденсатор C₇ к седьмой линии, девятая линия через конденсатор C₉ подключена к заземлению, а через конденсатор С₈ к восьмой линии, второй выход третьего LC-фильтра подключен ко второму выходу четвертого LC-фильтра. Указанную печатную плату размещают в корпусе со средствами коммутации.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя разработанной конструкции.

Конструктивно преобразователь напряжения разработанной конструкции выполнен в виде настенного модуля со съемной верхней крышкой и с возможностью установки как вертикально, так и горизонтально. В его конструкции применен импульсный метод преобразования напряжения с высокой эффективностью преобразования (не менее 82%) и низким уровнем электромагнитных помех. В соответствии с установленными стандартами это позволяет размещать оборудование в помещениях, где постоянно присутствует персонал.

Преобразователь напряжения конструктивно состоит из трех основных функциональных единиц: корпус с органами управления, индикации и коммутации, модуль фильтрации и модули преобразования напряжения.

Корпус выполнен из пластика и имеет клеммные колодки, а также монтажные отверстия для настенного монтажа. Клеммные колодки предназначены для подключения преобразователя напряжения к бортовой электросети вагона (вход) и к системе контроля безопасности и связи пассажирского поезда (выходы).

Модули преобразования предназначены для развязки, преобразования и стабилизации напряжения бортовой электросети вагона, подключенного к входу преобразователя напряжения. Входное напряжение предпочтительно должно лежать в пределах 36-72 В постоянного напряжения. Выходное напряжение каждого из двух модулей преобразования напряжения составляет 55 В постоянного напряжения.

Модуль фильтрации предназначен для фильтрации электрических помех от бортовой электросети вагона, а также для фильтрации помех, генерируемых модулями преобразования напряжения в процессе их работы.

Модуль фильтрации в приведенном варианте состоит из функциональных элементов:

- входной каскад фильтрации, в состав которого входят два фильтра устранения импульсных электрических помех L₁, L₂, четыре конденсатора С₅, С₄, С₃, С₁₁ и два LC-фильтра ВNХ012-F₃, BNX012-F₄;

- выходной каскад фильтрации, в состав которого входят семь конденсаторов С₆, C₇, C₈, C₉, С₁₀, C₁, С₂, и два LC-фильтра BNX012-F₁, BNX012-F₂;

- схема предотвращения режима холостого хода, в состав которой входят два резистора R₁, R₂;

- защита от импульсов обратной полярности, в состав которой входят D₁, D₂.

Разработанный преобразователь работает следующим образом.

К входным клеммным колодкам преобразователя подключена бортовая электрическая сеть вагона: 48-55 В постоянного тока. При этом крайние значения входного напряжения преобразователя - 36-72 В постоянного тока. Ток проходит по входному каскаду фильтрации модуля фильтрации, а именно по ферритовым обмоткам L₁ и L₂ для фильтрации импульсных электрических помех, по шунтирующим емкостям С₅, С₄ и по фильтрующим емкостям С₃, С₁₁, по стандартному фильтру низких частот - LC (далее ФНЧ) BNX012-F₃, BNX012-F₄ с целью фильтрации других высокочастотных помех. Затем ток параллельно поступает на модели преобразования напряжения DC\DC 36-72 В - 55 В каждый. Затем от каждого из преобразователей ток проходит по фильтрующим емкостям С₇, C₈, по шунтирующим емкостям С₆, C₉ и по стандартным ФНЧ BNX012-F₁, BNX012-F₂. Далее ток проходит через схему суммирования напряжений, в свою очередь, дополнительно выполняющую функцию предотвращения режима холостого хода преобразователей напряжения DC\DC и их защиту от импульсов обратной полярности R₁, R₂, D₁, D₂. Затем ток проходит по фильтрующим емкостям C₁, С₂ и выходит на выходные клеммные колодки, обеспечивая стабилизированное напряжение 110.

Стабилизированное напряжение поступает на вход системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда, обеспечивая ее качественную работу.

1. Преобразователь напряжения для обеспечения электропитанием вспомогательных систем вагона пассажирского поезда, отличающийся тем, что он содержит корпус с органами коммутации, модуль фильтрации и, по меньшей мере, один модуль преобразования напряжения, при этом модуль фильтрации выполнен с возможностью устранения импульсных электрических помех и высокочастотных электрических помех, защиты от изменения полярности, защиты от перенапряжения с получением на выходе стабилизированного напряжения 110 В.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что модуль фильтрации содержит печатную плату, на которой установлены первый и второй клеммники на 9 клемм каждый, два фильтра устранения импульсных электрических помех, два диода, одиннадцать конденсаторов, два резистора и четыре LC-фильтра, причем первая, вторая и третья клеммы второго клеммника подключены первой линией к первому выходу первого LC-фильтра, четвертая, пятая и шестая клеммы второго клеммника подключены второй линией к первому выходу второго LC-фильтра, при этом первая линия и вторая линия между LC-фильтрами и вторым клеммником соединены параллельно расположенными участками, первый из которых содержит конденсатор C₁, второй участок содержит конденсатор С₂, третий участок содержит два резистора, четвертый участок содержит два диода, вторые выходы первого и второго LC-фильтров, а также третий и четвертый участки подключены через конденсатор С₁₀ к заземлению, к которому также подключены корпуса первого и второго LC-фильтров, седьмая клемма второго клеммника третьей линией подключена через первый фильтр устранения импульсных электрических помех к первому входу третьего LC-фильтра, восьмая клемма второго клеммника четвертой линией через второй фильтр устранения импульсных электрических помех подключена к первому входу четвертого LC-фильтра, при этом третья и четвертая линии соединены между клеммами и LC-фильтрами через последовательно установленные конденсаторы С₃ и С₁₁, вторые входы третьего и четвертого LC-фильтров соединены между собой и с заземлениями корпусов третьего и четвертого LC-фильтров, а также пятой линией - с девятой клеммой второго клеммника, при этом пятая линия соединена посредством конденсатора C₅ с третьей линией и конденсатора С₄ с четвертой линией, первый вход первого LC-фильтра соединен шестой линией с первой клеммой первого клеммника, второй вход первого LC-фильтра соединен седьмой линией со второй клеммой первого клеммника, первый вход второго LC-фильтра соединен восьмой линией с третьей клеммой первого клеммника, второй вход второго LC-фильтра соединен девятой линией с четвертой клеммой первого клеммника, первый выход третьего LC-фильтра соединен с пятой клеммой первого клеммника, которая подключена к шестой клемме первого клеммника, первый выход четвертого LC-фильтра соединен с седьмой клеммой первого клеммника, которая подключена к восьмой клемме первого клеммника, второй выход четвертого LC-фильтра соединен с девятой клеммой первого клеммника, при этом шестая линия через конденсатор С₆ подключена к заземлению, а через конденсатор C₇ - к седьмой линии, девятая линия через конденсатор С₉ подключена к заземлению, а через конденсатор C₈ - к восьмой линии, второй выход третьего LC-фильтра подключен ко второму выходу четвертого LC-фильтра.