Электросистема пассажирского вагона

Электросистема пассажирского вагона содержит источники бортового электропитания (1), силовые шины электропитания переменным (220v) током (2) и постоянным (24v) током (3), (4), к которым подключены через блоки коммутации и защиты сети (5) потребители или группы потребителей (6). Управление электрооборудованием вагона (потребителями) и их диагностика осуществляется системой контроля управления электрооборудованием. Для повышения надежности и безопасности электросистемы, повышения ее функциональности и снижения стоимости система контроля и управления оборудованием выполнена в виде центрального процессорного блока (7) с расположенным в служебном отделении вагона терминалом (8), соединенных проложенной по вагону шиной связи (9) с блоками коммутации и защиты сети (5), каждый из которых выполнен в виде установленных в сети питания потребителей (12) датчика тока (10) и бесконтактного полупроводникового выключателя (11), управляемого процессором (13), формирующим сигнал на отключение питания при регистрации увеличения силы тока по шине питания свыше заданной величины в течение заданного времени. Процессор (13) формирует также сигналы состояния каждого бесконтактного полупроводникового выключателя (11), передаваемые по шине связи (9) в центральный процессорный блок (7). Центральный процессорный бок (7) содержит сформированные программы включения-отключения потребителей (6).

Для управления потребителями (6) извне (из другого вагона, из локомотива или любого диспетчерского пункта вне состава) система контроля и управления содержит блок командно-информационного обмена (19), обеспечивающий поступление извне вагона по проводным и непроводным каналам связи программ управления потребителями, их диагностику и передачу информации об их состоянии. Бесконтактные полупроводниковые выключатели (11) могут быть выполнены в виде твердотельных оптоэлектронных реле, а датчики тока - в виде шунтов или в виде бесконтактных датчиков тока, работающих на эффекте Холла. 6 пунктов формулы, 3 фиг.чертежей.

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам электроснабжения пассажирских вагонов.

Современные пассажирские вагоны оснащены большим количеством достаточно сложного и энергоемкого оборудования, к которому относятся, в частности, системы освещения, отопления, вентиляции и кондиционирования, охлаждения продуктов питания и питьевой воды, приготовления пищи и кипячения воды, системы радиовещания и связи, обеспечения безопасности движения и др.

Большое количество электрооборудования, его сложность, энергоемкость и тяжелые условия его эксплуатации на железных дорогах требуют принятия мер для обеспечения надежности его функционирования и обеспечения безопасности пассажирских перевозок.

Известна электросистема пассажирского вагона, содержащая источники бортового электропитания, к которым относятся располагаемые в подвагонном пространстве генератор, аккумуляторная батарея, подвагонные электромагистрали, преобразователи и регуляторы, проложенные внутри вагона силовые сети постоянного и переменного тока, к которым подсоединены потребители (освещение, обогрев, системы кондиционирования и т.д.), пускорегулирующая

аппаратура подключения потребителей, располагаемая как правило на электрощитах и пультах в служебных помещениях вагона вместе с аппаратурой контроля электрооборудования [1].

Эта система обеспечивает централизованное (из служебного отделения вагона) включение и отключение потребителей, и регистрацию факта выхода их из строя. Однако она очень громоздка, поскольку предусматривает прокладку по всему вагону от потребителей к служебному отделению электрических кабелей (на современных вагонах их длина достигает 4000 метров) и не обладает сама высокой надежностью из-за использования контактных коммутирующих устройств (выключателей, контакторов, реле и т.п.)

Известна также электросистема пассажирского вагона, содержащая источники бортового электропитания, силовые шины электропитания, к которым подсоединены через блоки коммутации и защиты сети группы и отдельные потребители и систему контроля электрооборудования вагона [2]. В этой системе обеспечивается защита источника постоянного тока (аккумуляторной батареи) путем отключения части потребителей при возникновении перегрузки, определяемой датчиком тока, по показаниям которого вырабатывается сигнал, подаваемый на исполнительный элемент (реле). Однако, задача повышения надежности данной электросистемы решается только частично, защищая ее только при перегрузке источника постоянного тока.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности и безопасности электросистемы вагона, повышении функциональности системы ее

контроля и диагностики, в упрощении и снижении стоимости электросистемы за счет существенного уменьшения трасс электропроводки, количества и типа коммутационного оборудования, уменьшения стоимости и упрощения монтажа.

Для достижения указанных результатов в электросистеме пассажирского вагона, содержащей источники бортового электропитания, силовые шины электропитания переменным (220v) и постоянным током (24v), подключенные к силовым шинам через блоки коммутации и защиты сети группы и отдельные потребители и систему контроля и управления электрооборудованием, предлагается выполнить систему контроля и управления в виде центрального процессорного блока с расположенным в служебном отделении вагона терминалом, соединенных проложенной по вагону шиной связи с блоками коммутации и защиты сети, каждый из которых расположен в месте подключения потребителей к силовым шинам электропитания и выполнен в виде установленных в сети питания потребителей по крайней мере одного датчика тока и бесконтактного полупроводникового выключателя, управляемого процессором, один вход которого соединен через шину связи с центральным процессорным блоком и терминалом, а второй вход - с преобразователем и усилителем регистрируемого датчиком тока сигнала, формирующего сигнал на отключение питания при регистрации увеличения силы тока по шине питания свыше заданной величины в течение заданного времени по сравнению с заданными параметрами, при этом предлагается процессор каждого блока коммутации и защиты выполнить формирующим и сигналы состояния каждого бесконтактного полупроводникового выключателя (включено, выключено, отключено в вязи с

превышением силы тока), передаваемые по шине связи в центральный процессорный блок.

Предлагается также снабдить систему контроля и управления командно-информационным блоком, связанным с центральным процессорным блоком и терминалом и обеспечивающим поступление извне вагона по проводным и непроводным каналам связи программ управления потребителями, их диагностику и передачу информации об их состоянии.

Кроме того предлагается снабдить и центральный процессорный блок сформированными программами включения-отключения и диагностики потребителей, обеспечивающими идентификацию факта выхода из строя электрооборудования вагона и включения вместо него исправного оборудования, способного реализовать аналогичные или близкие к ним функции.

По крайней мере часть бесконтактных полупроводниковых выключателей в блоках коммутации и защиты предлагается выполнить в виде твердотельных оптоэлектронных реле, а по крайней мере часть датчиков тока выполнить в виде установленного перед ними шунта, по падению напряжения на котором формируется подаваемый в процессор сигнал о величине силы тока в шине питания, или в виде бесконтактного датчика тока, работающего на эффекте Холла.

Переход на стандартное промышленное напряжение 220 V /50 Гц с изолированной нейтралью позволяет перейти на полностью электронное управление силовыми цепями, а применение для этого электронных ключей (бесконтактных полупроводниковых выключателей) снижает излучение

радиопомех, упрощает электросистему, повышает надежность и долговечность оборудования.

Введение же дополнительного (к силовому) бортового напряжения =24 V позволяет обеспечить безопасное электропитание для средне- и слабонагруженных цепей, при этом возможно применение всей существующей номенклатуры стандартных (например, автомобильных) устройств, обладающих высокой надежностью и низкой стоимостью.

На прилагаемых чертежах представлены возможные схемы реализации предлагаемого устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема электросистемы вагона, На фиг.2 - схема блока коммутации и защиты в сети переменного тока. На фиг.3 - схема блока коммутации и защиты в сети постоянного тока. Электросистема пассажирского вагона содержит источники бортового электропитания 1, которые, как правило расположены в подвагонном пространстве и могут включать в себя аккумуляторную батарею, электрогенератор с приводом от колесной пары, от двигателя внутреннего сгорания (например, дизель-генератор) и/или от электродвигателя, питаемого от внешнего источника. К числу источников электропитания относятся и внешние источники, например, на 3000V и 380V.

Наиболее целесообразно иметь в вагоне два вида силового электропитания -на стандартное промышленное напряжение 220 V переменного тока частотой 50 Гц и на 24 V постоянного тока, для этого аккумуляторная батарея, электрогенератор и внешний электроввод соединяются с располагаемыми также в подвагонном

пространстве преобразователями, от которых и запитываются две бортовые силовые шины электропитания - шина 2 питания переменным током 220 V и силовая шина 3 питания постоянным током 24 V.

Шин питания 2 и 3 может быть и несколько, в частности, все системы и агрегаты управления питаются от отдельной силовой шины 4 постоянного тока на 24 V.

К силовым шинам 2, 3 и 4 подключаются через блоки коммутации и защиты сети 5 потребители (или группы потребителей) 6.

Управление работой потребителей 6 контролируется системой контроля и управления, которая включает центральный процессорный блок 7, связанный с располагаемым, как правило, в служебном отделении вагона терминалом 8. Терминал 8 с центральным процессорным блоком 7 соединены с блоками коммутации и защиты сети 5 по шине связи 9, например, слаботочной помехозащищенной шине связи RS 485, которых может быть в вагоне и несколько (для обеспечения надежности по правилу «ИЛИ»).

Каждый блок коммутации и защиты сети 5 (Фиг.2, 3) расположен в месте подключения потребителей к силовым шинам электропитания 2, 3 и содержит по крайней мере один датчик тока 10 и бесконтактный полупроводниковый выключатель 11.

В качестве датчика тока 10 может использоваться классный шунт, по падению напряжения на котором можно судить о величине силы тока в сети 12, но могут использоваться и бесконтактные датчики тока на эффекте Холла, а в качестве бесконтактного выключателя 11 в электросистеме пассажирского вагона

наиболее рационально применение твердотельного оптоэлектронного реле, но могут использоваться, например, и тиристоры.

Сигналы управления бесконтактным выключателем 11 формируются и подаются соединенным с ним процессором 13, расположенным в блоке коммутации защиты сети 5, один из входов которого 14 соединен через шину связи и управления 9 с центральным процессорным блоком 7. Второй вход 15 процессора 13 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 16, в котором формируется сигнал путем усиления и преобразования регистрируемого датчиком тока 10 увеличения силы тока в сети.

Сигнал на включение/отключение бесконтактного полупроводникового выключателя 11 может поступать и непосредственно от расположенного у потребителя коммутатора через вход 17 процессора 13.

Кроме этого, процессор 13 формирует также сигналы о состоянии (включено, выключено, отключено в связи с превышением силы тока) бесконтактного полупроводникового выключателя 11, направляя их с выхода 18 по шине связи 9 в центральный процессорный блок 7.

Система контроля и управления электрооборудованием вагона содержит также блок командно-информационного обмена 19, связанный с центральным процессорным блоком 7 и терминалом 8, который обеспечивает поступление извне вагона по проводным и непроводным каналам связи программ управления потребителями, их диагностики и передачу информации об их состоянии.

Это может быть канал спутниковой связи или сотовый GSM телефон, реализуемый в блоке командно-информационного обмена 19, в виде модуля с

модемным интерфейсом, а также радиоканал WiFi связи между вагонами, и шина связи между вагонами.

Таким образом, управление оборудованием и системами вагона может осуществляться проводником вагона через расположенный в служебном отделении терминал 8. Центральный процессорный блок 7 содержит сформированные программы включения-отключения и диагностики оборудования вагона, обеспечивающие идентификацию факта выхода его из строя с индикацией на терминал 8 и включение вместо него в некоторых случаях исправного оборудования, способного реализовать аналогичные или близкие к ним функции, что обеспечивает полностью или частично автоматическое управление оборудованием.

Наличие блока командно-информационного обмена 19 позволяет осуществлять управление, контроль и диагностику оборудования и из других вагонов, из локомотива или из любого диспетчерского пункта, находящегося вне состава.

Заявленная электросистема пассажирского вагона функционирует следующим образом.

Источники бортового электропитания 1 обеспечивают выработку и подвод электроэнергии в любых ситуациях: во время движения, во время стоянки, во время длительного отстоя вагона, как при наличии внешних источников питания, так и при их отсутствии.

По силовым шинам электропитания 2, 3 и 4 электропитание подводится к потребителям, подсоединяемым к силовым шинам питания 2, 3 через блоки коммутации и защиты сети 5.

Управление функционированием оборудования вагона - потребителями 6 (их включение, отключение, диагностика и контроль состояния) могут осуществляться в автоматическом режиме системой контроля и управления посредством сформированных в центральном процессорном блоке 7 программ, либо через терминал 8, например, проводником вагона, либо через блок командно-информационного обмена 19 извне по каналам проводной и непроводной связи.

В аварийной ситуации (перегрузка сети, короткое замыкание и т.п.) датчиками тока 10 блоков коммутации и защиты сети 5 регистрируется увеличение силы тока по шине питания и сигнал после его усиления и преобразования в аналого-цифровом преобразователе 16 поступает в процессор 13, который в случае превышения сигналом заданной величины в течение заданного времени осуществляет отключение потребителя 6 посредством подачи управляющего (запирающего) сигнала на бесконтактный полупроводниковый выключатель 11. При этом процессор 13 направляет сигнал об отключении выключателя 11 в связи с аварийной ситуацией в центральной процессорный блок 7 с выводом на терминал 8.

В случаях, когда имеется возможность вместо вышедшего из строя и отключенного оборудования осуществляется подключение исправного

(резервного) оборудования, способного реализовать аналогичные или близкие к ним функции.

Источники информации:

[1] В.П. Егоров «Устройство и эксплуатация пассажирских вагонов» М., 1999 г., стр. 127-134, рис. 45.

[2] РФ, ПМ, пат. №11512, B 60 L 1/00, 1999 г. [3] РФ, Из. патент №2203814, B 60 R 16/02, 2002 г.

1. Электросистема пассажирского вагона, содержащая источники бортового электропитания, силовые шины электропитания переменным (220 V) и постоянным (24 V) током, подключенные к силовым шинам через блоки коммутации и защиты сети группы потребителей и систему контроля и управления электрооборудованием вагона, отличающаяся тем, что система контроля и управления электрооборудованием вагона выполнена в виде центрального процессорного блока с расположенным в служебном отделении вагона терминалом, соединенных проложенной по вагону шиной связи с блоками коммутации и защиты сети, каждый из которых расположен в месте подключения потребителей к силовым шинам электропитания и выполнен в виде установленных в сети питания потребителей, по крайней мере, одного датчика тока и бесконтактного полупроводникового выключателя, управляемого процессором, один вход которого соединен через шину связи с центральным процессорным блоком и терминалом, а второй вход - с преобразователем и усилителем показаний датчика тока, по которым процессор формирует сигнал на отключение питания при регистрации увеличения силы тока по шине питания свыше заданной величины в течение заданного времени по сравнению с заданными параметрами, при этом процессор блока коммутации и защиты формирует и сигналы состояния каждого бесконтактного полупроводникового выключателя (включено, выключено, отключено в связи с превышением силы тока), передаваемые по шине связи в центральной процессорный блок.

2. Электросистема пассажирского вагона по п.1, отличающаяся тем, что система контроля и управления электрооборудованием содержит блок командно-информационного обмена, связанный с центральным процессорным блоком и терминалом и обеспечивающий поступление извне вагона по проводным и непроводным каналам связи программ управления потребителями, их диагностику и передачу информации об их состоянии.

3. Электросистема пассажирского вагона по п.1, отличающаяся тем, что центральный процессорный блок содержит сформированные программы включения-отключения и диагностики потребителей, обеспечивающие идентификацию факта выхода из строя электрооборудования вагона и включение вместо него исправного оборудования, способного реализовать аналогичные или близкие к ним функции.

4. Электросистема пассажирского вагона по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере, часть бесконтактных полупроводниковых выключателей в блоках защиты коммутации выполнена в виде твердотельных оптоэлектронных реле.

5. Электросистема пассажирского вагона по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть установленных в блоках коммутации и защиты датчиков тока выполнена в виде установленного перед бесконтактным полупроводниковым выключателем шунта, по падению напряжения, на котором формируется подаваемый в процессор сигнал о величине силы тока в шине питания.

6. Электросистема пассажирского вагона по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть датчиков тока выполнена в виде бесконтактного датчика тока, работающего на эффекте Холла.