Устройство для питания цепей управления электроподвижного состава

0 11 649607 Сова Соаетскнн Социалистических Республик(51) М. Кл.В 60 1. 1/10//Н 021 7/34 Приоритет Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(43) Опубликовано 28,02.79. Бюллетень8 (45) Дата опубликования описания 28.02.792) Авторы изобретения Симонян Втуравский и 71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ЦЕПЕЙ УП ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЕН Изобретение относится к области электрооборудования транспорта и предназначено для питания нагрузок цепей управления электроподвижного состава стабильным постоянным напряжением, например 50 В, и обеспечения нормального заряда аккумуляторной батареи.Известны различныс устройства для питания цепей управления и заряда аккумуляторной батареи, которая может выполняться секционированной 1, 2.Наиболее близким к изобретению является устройство для питания цепей управления электроподвижного состава, содержащее генераторы постоянного тока, одни одноименные выводы которых подключены к одноименному выводу секционированной аккумуляторной батареи и шине цепей управления, а другие одноименные выводы которых соединены через рубильники между собой и с одноименным выводом секционированной аккумуляторной батареи и другой шиной цепей управления, причем обмотки возбуждения генераторов подключены каждая к своему регулятору напряжения, а последовательно с аккумуляторной батареей включены балластные резисторы 3.Устройство допускает как недозаряд, так и перезаряд аккумуляторной батареи. При набросах и сбросах нагрузки может нарушаться нормальная работа цепей управления. При высокой скорости вращения нагружен только один генератор. В балластных резисторах теряется существенная доля вырабатываемой энергии.Цель изобретения - улучшение энергетических показателей и повышение надежности работы устройства.Для достижения этой цели устройство снабжено тремя электрическими вентилями, включенными между рубильниками и второй из указанных шин цепей управления, причем два электрических вентилях из указанных соединены последовательно и к точке их соединения между собой подключен второй вывод секционированной аккумуляторной батареи.Устройство может быть снабжено подключенным параллельно к обмотке якоря одного из генераторов постоянного тока контактором, нормально открытые контакты которого включены последовательно с балластными резисторами и секциями аккумуляторной батареи.Устройство может быть снабжено подключенным к обмотке якоря другого из генераторов постоянного тока вторым контактором, нормально разомкнутый контакт которого включен последовательно с катушкой первого контактора и нормально замкнутыйконтакт которого включен последовательно между секциями аккумуляторной батареи,Устройство может быть снабжено подключенным ко вторым одноименным выводам генераторов постоянного тока третьим контактором, нормально замкнутый контакт которого включен последовательно с катушкой второго контактора.Устройство может быть снабжено выполненной из последовательно соединенных диода, регулируемого резистора и нормально открытого контакта первого из указанных контакторов цепью обратной связи, включенной между регулятором напряжения одного из генераторов постоянного тока и точкой соединения одного из балластных резисторов с нормально открытым контактом первого из указанных контактора.На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - электрическая схема бесконтактного регулятор а напряжения.Устройство содержит два генератора 1 и 2 постоянного тока, отрицательные полюсы обмоток возбуждения и якоря которых подключены к отрицательной шине цепей управления (силовые цепи обозначены на фиг. 1 жирными линиями), Положительный полюс обмотки якоря генератора 1 подключен к контакту рубильника 3. Другой контакт того же рубильника 3 через диод 4 подключен к положительной шине цепей управления.Бесконтактный регулятор 5 напряжения имеет два входных зажима 5-1 и 5-2. Квыходному зажиму 5-3 бесконтактного регулятора 5 напряжения подключен положительный полюс обмотки возбуждения генератора 1, Входной зажим 5-2 регулятора 5 подключен к контакту рубильника З,а входной зажим 5-1 - к отрицательной шине цепей управления.Положительный полюс обмотки якоря генератора 2 подключен к контакту другого рубильника 6. Средний контакт этого рубильника 6 подключен к аноду диода 7, у которого катод соединен с другим контактом рубильника 6, с анодом диода 8 и с положительным полюсом аккумуляторного узла 9, содержащего две параллельные ветви. Одна из ветвей содержит секцию 10 аккумуляторной батареи, нормально разомкнутый контакт контактора 11 и балластный резистор 12. Другая ветвь содержит идентичные элементы, но расположенные в обратной последовательности: балластный резистор 13, второй нормально разомкнутый контакт контактора 11 и секцию 14 аккумуляторной батареи. Обе секции 10 и 14 аккумуляторной батареи одинаковы, и их номинальное напряжение равно половине напряжения питания цепей управления. Оба балластных резистора 12 и 13 также имеют одинаковые сопротивление. Отрицательный полюс аккумуляторного узла 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 9, т. е. общая точка балластного резистора 12 и отрицательного полюса секции 14 батареи, подключен к отрицательной шине цепей управления.Секции 10 и 14 аккумуляторной батареи соединены между собой последовательно посредством нормально замкнутого контакта контактора 15. Устройство содержит также и другой бесконтактный регулятор 16 напряжения с зажимами 16-1 - 16-5. Обмотка возбуждения генератора 2 также, как и обмотка возбуждения генератора 1, подключена отрицательным полюсом к отрицательной шине цепей управления, а положительным - к выходному зажиму 16-3 бесконтактного регулятора 16 напряжения. Другой выходной зажим 16-5 и входной зажим 16-2 бесконтактного регулятора 16 объединены и подключены к контакту рубильника б. Входной зажим 16-1 регулятора 16 подключен к отрицательной шине цепей управления, У регулятора 16 имеется третий входной зажим 16-4, который через цепочку, состоящую из нормально разомкнутого блок-контакта контактора 11 регулируемого резистора 17 и диода 18, подключен к балластному резистору 12.Катоды диодов 4 и 8, а также контакт рубильника 6 подключены к положительной шине цепей управления.Между положительными полюсами обмоток якоря генераторов 1 и 2 подключена катушка контактора 19, Его нормально замкнутый контакт включен в цепи катушки контактора 15, которая подключена ко входу бесконтактного регулятора 5 напряжения, Нормально разомкнутые контакты контактора 15 включены в цепи катушки контактора 11, которая подключена к входным зажимам 16-1 и 16-2 регулятора 16 напряженияя генер атор а 2.Бесконтактный регулятор 5 или 16 напряжения (см. фиг. 2) представляет собой транзисторный несимметричный триггер, собранный на двух транзисторах 20 и 21, Положительная обратная связь между транзисторами 20 и 21 осуществляется посредством резистора 22, а форсировка опрокидывания триггера достигается цепочкой, содержащей резистор 23 и конденсатор 24. К коллекторной цепи выходного транзистора 21, т. е. к точке соединения балластного резистора 25 и обратного диода 26 (эта точка является выходным зажимом 5-3 или 16-3 регулятора), подключен конец обмотки возбуждения генератора, напряжение которого стабилизирует регулятор. Входная, т. е. измерительная, цепь бесконтактного регулятора напряжения содержит резисторы 27 - 29 и стабилитрон 30, Входные зажимы 5-1 и 5-2 или 16-1 и 16-2 являются входом регулятора. Входной зажим 16-4 соединен с резистором 29 и имеется только в регуляторе 16, К нему подключен конец цепочки обратной связи из элементов 17, 18, контакт кон 649607тактора 11 (см. фиг, 1), В регуляторе также имеются диод 31 и резистор 32,Устройство работает следующим образом.Как только генератор начинает вращаться, вследствие остаточного магнетизма в обмотке якоря образуется ЭДС величиной порядка 5 В, которая прикладывается как ко входу бесконтактцого регулятора напряжения, так и через цепочку, состоящчю из резистора 22, диода 31, транзистора 21, резисторов 32 и 25, к обмотке возбуждения генератора. Пока напряжение генератора меньше 50 В, транзистор 20 заперт, а транзистор 21 открыт, и в обмотке возбуждения генератора течет максимальный ток, обусловленный параметрами перечисленных элементов, включенных последовательно с обмоткой возбуждения, и сопротивлением самой обмотки возбуждения. Поскольку через обмотку возбуждения пошел ток, то это приведет к увеличению напряжения на обмотке якоря генератора, и, следовательно, к еще большему увеличению тока возбуждения, до тех пор, пока напряжение генератора не станет несколько больше 50 В. Тогда транзистор 20 открывается, а транзистор 21 закрывается. Это приводит к некоторому снижению напряжения генератора, что вызывает запирание транзистора 20 и, следовательно, отпирание транзистора 21. Напряжение генератора снова поднимается, и весь процесс регулирования, т, е. стабилизации, повторяется. Поскольку сам бесконтактный регулятор напряжения является практически безынерционным аппаратом, а его коэффициент возврата близок к единице, то регулирование напряжения генератора происходит .с большой частотой (порядка несколько сот Герц) и малой пульсацией (до Отто). Резистор 28 служит для регулирования уставки напряжения бесконтактцого регулятора напряжения 5 или 16.В нормальном (неаварийном) режиме рубильники 3 и 6 находятся во включенном положении. При этом входные зажимы обоих регуляторов 5 и 16 напряжения подключены к обмоткам якоря генераторов 1 и 2.Пока генераторы не вращаются, контактор 15 обесточен, поскольку напряжения генераторов равны нулю. Поэтому нормально замкнутый контакт контактора 15, соедцгтятощий положительный полюс сскцттц 14 аккумуляторной батареи с отрицательным полюсом секции 10 аккумуляторной батареи, замкнут, я контакт коцтяктора 15 в цепи катушки коцтактора 11 разомкнут. Вследствие этого контакты контактора 11 в параллельных ветвях, содержащих секции 10 и 14 аккумуляторной батареи и балластные резисторы 12 и 13, разомкнуты, и поэтому обе секции аккумуляторной батареи включены последовательно и их суммарное напряжение приложено через диод 8 к положительной и отрицательной шинам цепей управления. При отсутствии нагрузки в це 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 пях управлсния напряжштис каждой сскццц батареи несколько больше половины напряжения питания, т. с. больше 25 В.Регулятор 5 напряжения отрегулирован так, что генератор 1 дает, например, 51 В, а регулятор 16 отрегулирован так, что генератор 2 дает, например, 49 В. Когда ца обмотке якоря генератора 1 напояжецие достигает величины порядка 40 В, контактор 15 срабатывает, его нормально замкнтьтй контакт в цепях секций аккумуляторной батареи размыкается, а нормально разотктт- тый контакт в цепи катушки коцтакторя 11 замыкается. в результате чего срабатывает контактор 11 и замыкаются сго ноомяльтто разомкнутые контакты в параллельцых ветвях, где нахолятся секции аккумуляторной батареи, и в цепочке обратной связи, состоящей из резистора 17 ц диода 18. Таким образом, сскщцт 10 и 14 батареи вместе с балластными резисторами 12 и 13 обтазуют две параллельные зарядные группы, через которые протекают зарядные токи по контуру: положительный полюс обмотки якоря генератора 2 в контак рубильника б - диод 7 - обе параллельные ветви аккумуляторного узла 9 - отрицательный полюс обмотки якоря генератора 2. Таким образом, благодаря тому. что вся аккухтуляторная батарея, дающая в сумме напряжение 50 В, разделена на две сскции, осуществляется нормальныц заряд от генератора 2, дающего 49 В. Контактор 19 в нормальном режиме не срабатывает, поскольку разница напряжений обоих генератооов, приложенная к нему, составляет всего 2 В (51 - 49) В, и поэтому его нормально замкнутыц контакт в цепи катушки контактооа 15 остается замттнутьтм.Геттсрятор 1 питает только нагрузки цепей управления ц не приттттхтает чястия в зарядке аккумуляторной батареи, Батарея заряжается от генератора 2, который в нормальном режиме не несет никакой другой нагрузки. Питание генератором 1 нагрузок цепей управления производится по следующему контуру: положительный полюс обмотки якоря генератора 1 - контакты рубильника 3 - лцод 4 - положительная ц отрицательная шины цепей 1 правления, отрицательный полюс обмотки якоря генератора 1. Диол 8 прслотвращает протекание тока из генератора 1 г, яккухтуляторттьтй узел 9 заряжаемых секций 10 и 14 аккумуляторной батяпсц. С другой стороны, чтобы предотвратить протекянцс тока из генератора 2 в цепи управления по цепи: положительный полтос обмотки якоря генератора 2 - диоды 7 и 8 - цепи управления - отрицательный полюс обмотки якоря генератора 2, напряжение генератопа 1 выбрано больше напряжения генератора 2. Разница этих напряжений прикладывается в обратном направлении к диод 8, вследствие чсго он заперт. В начале процесса зарядки, когда секции10 и 14 батареи частично или полностью заряжены, напряжения на их полюсах минимальны и составляют, например, около 27 - 28 В без нагрузки. Поэтому ток заряда и соответственно падение напряжения на балластном резисторе 12 (также и на резисторе 14) максимально и равно 22 - 21 В. При настройке бесконтактного регулятора 16 напряжения между входными зажимами 16-4 и 16-1 установлено напряжение величиной порядка 20 В. Поэтому в начальный период заряда диода 18 (см. фиг, 1) заперт, поскольку к нему приложено обратное напряжение, равное разности падений напряжений ца резисторах 12 и 29 (см. фиг. 2). Эта разность напряжений принята равной 2 - 1 В. До момента, когда эта разность станет равной нулю из-за запертого состояния диода 18, электрическая связь между резистором 12 и резистором 29 практически 5 1 О 15 20 отсутствует, поэтому бесконтактный регулятор 16 напряжения поддерживает на генераторе 2 постоянное напряжение 49 В.По мере заряда секций 10 и 14 батарсинапряжение на их полюсах растет, следовательно, напряжение на балластных резисторах 12 и 13 падает. Как только падение напряжения на резисторе 12 уменьшится довеличины 20 В, диод 18 отпирается, возникает электрическая связь между резистором 3029 и резистором 12, и тогда цепочка, состоящая из резистора 17, диода 18 и резистора12, подключается параллельно нижней (почертежу) части резистора 29. В результатепараметры всей измерительной входной цепи (резисторы 27, 28 и 29 на фиг. 2) регулятора напряжения изменяются, что приводит к автоматическому изменению уставкирегулятора, а именно к уменьшению напряжения генератора 2, Применение описанной 40обратной связи дало возможность повыситьинтенсивность заряда секций аккумуляторной батареи в начальный период процессазаряда (до момента отпирания диода 18),а затем после отпирания диода 18 - плачно уменьшить зарядный ток, вследствие чего батарея заряжается нормально и нет выкипания электролита,Таким образом, благодаря разделениюнагрузок между генераторами 1 и 2 удалось 50поддерживать постоянство напряжения вцепях управления, питая их от генератора 1, и одновременно оптимально заряжатьаккумуляторную батарею благодаря обеспечению автоматического уменьшения напряжения на генераторе 2 в процессе заряда.Поскольку в цепях управления отсутствуютбалластные резисторы, то повышается КПДустройства,Работа устройства при наиболее вероят- б 0ных неисправностях осуществляется следующим образом.При выходе из строя генератора 1 напряжение, даваемое генератором 1, снизит- .ся почти до нуля, и под действием напря жения генератора 2 сработает контактор 19 (контактор 19 срабатывает от абсолютной разности напряжений генераторов 1 и 2), разомкнув свой нормально замкнутый контакт в цепи питания катушки контактора 15. Последний отпадает, разомкнув своими контактами цепь катушки контактора 11 и замкнув свой нормально замкнутый контакт в аккумуляторном узле 9, включив последовательно секции 10 и 14 аккумуляторной батареи. Кроме того, вследствие отключения контактора 11 его контакты в цепях заряда обеих секций батареи разомкнутся, и батарея цз режима заряда псрейдст в режим разряда, питая цепи управления через слсдующло цепь: положительный полюс секции 10 батареи - диод 8 положительная шина цепей управления - отрицательный полюс секции 14 багареи, Обычно в начале разряда батареи на цепи управления его напряжение превосходит напряжение генератора 2, поэтому диод 7 заперт под действием обратного напряжения и все цепи управления питаются от аккумуляторной батареи. Но вследствие разряда на нагрузку напряжение батареи быстро уменьшится до уровня напряжения гецсратора 2, и тогда генератор 2 начнет брать ца себя нагрузку и даже будет подзаряжать батарею. Таким образом,при порче генератора 1 вся нагрузка автоматически переходит ца генератор 2 без вмешательства обслуживающего персонала.При выходе из строя генератора 1 независимо от того, какой величины напряжение установилось на генераторе 2 до аварии в процессе заряда аккумуляторной батареи, оно автоматически скачком возрастет до 49 В ввиду отключения цепи обратной связи контактором 11.В случае выхода из строя генератора 2 снова срабатывает контактор 19 и замыкаются контакты контактора 15 в ккумуляторном узле 9, обесточивается контактор 11, и его контакты в параллельных ветвях аккумуляторного узла 9 размыкаются, и тогда суммарное напряжение секций 10 и 14 батареи через диод 8 приложится к цепям управления. Может оказаться, что суммарное напряжение секций 10 и 14 батареи будет в первый момент больше напряжения генератора . Тогда всю нагрузкуцепейуправлеция возьмет на себя аккумуляторная батарея, и под действием разности напряжений диод 4 запоется и с генератора 1 нагрузка снимется. Когда напряжение батареи станет равным напряжению генератора 1, диод 4 откроется, а диод 8 запрется, что приводит к переводу нагрузки с аккумуляторной батареи на генератор 1. В этом случае генератор 1 питает только цепи управления и не подзаряжает аккумуляторную батарею, поскольку диод 8 заперт. Теперь для того чтобы батарея подзаряжалась от генератора 1, необходимо переключить рубильник 6. Диод 8 зашунтируется, и откроется путь длязарядного тока из генератора 1 в аккумуляторную батарею.При выходе из строя обоих генераторов 1 и 2 все контакторы обесточены, поэтому нормально замкнутый контакт контактора 5 15 замкнут, контакты контактора 11 разомкнуты, и тогда сеции 10 и 14 аккумуляторной батареи включены последовательно и питают цепи управления,Применение описанного устройства на 10 элсктроподвижном составе позволяет повысить качество заряда аккумуляторной батареи и не заменять их длительное время в процессе эксплуатации.15Формула изобретения1, Устройство для питания цепей управления электроподвижного состава, содер жащес генераторы постоянного тока, одни одноименные выводы которых подключены к одноименному выводу секционированной аккумуляторной батареи и шине цепей управления, а другие одноименные выводы 25 соединены через рубильники между собой и с другим одноименным выводом секционированной аккумуляторной батареи и другой шиной цепей управления, обмотки возбуждения генераторов подключены каждая к 30 своему регулятору напряжения, а последовательно с аккумуляторной батареей включены балластные резисторы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и повышения на- З 5 дежности работы, устройство снабжено тремя электрическими вентилями, включенными между рубильниками и второй из указанных шин цепей управления, причем два электрических вентиля из указанных 40 соединены последовательно и к точке их соединения между собой подключен второй вывод секционированной аккумуляторной батареи. 2. Устройство по п, 1, отл ич аю шее с я тем, что оно снабжено подключенным параллельно обмотке якоря одного из генераторов постоянного тока контактором, нормально открытые контакты которого включены последовательно с балластными резисторами и секциями аккумуляторной батареи.3. Устройство по пп, 1 и 2, отличающе с ся тем, что оно снабжено подключенным к обмотке якоря другого из генераторов постоянного тока вторым контактором, нормально разомкнутый контакт которых включен последовательно с катушкой первого контактора и нормально замкнутый контакт которого включен последовательно между секциямн аккумуляторной батареи.4. Устройство по пп, 1 - 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно снабжено подключенным ко вторым одноименным выводам генераторов постоянного тока третьим контактором, нормально замкнутый контакт которого включен последовательно с катушкой второго контактора,5, Устройство по пп, 1 - 4, о т л и ч а ющееся тем, что оно снабжено выполненной из последовательно соединенных диода, регулируемого резистора и нормально открытого контакта первого из указанных контакторов цепью обратной связи, включенной между регулятором напряжения одного из генераторов постоянного тока и точкой соединения одного из балластных резисторов с нормально открытым контактом первого из указанных контактора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР494804, кл. Н 01 М 45/00, 1974.2. Авторское свидетельство СССР488734, кл. В 60 1. 1/12, 1974.3. Электровоз ВЛ 10. - Руководство по эксплуатации. Под ред. О. А. Кикнадзе. М., Транспорт, 1973, с. 206.649607 Х, Ю.l Фиг 2 едактор А, Купряк орректор Л. Брахнин Заказ 573/16 Изд. ЛЪ 193 Тираж 821 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5