Высоковольтный статический преобразователь для пассажирского вагона

Полезная модель направлена на улучшение условий профилактических и ремонтных работ высоковольтного статического преобразователя для пассажирского вагона во время движения и кратковременных остановок поезда путем конструктивного исполнения в виде шкафа, размещаемого внутри вагона, с учетом требований по надежности и безопасности, требующих эффективного теплоотвода от нагреваемых во время работы силовых элементов схемы.

Указанный технический результат достигают тем, что силовые элементы преобразователя закрепляют внутри металлического шкафа с открывающимися передними дверцами на двух вертикальных установочных плитах с прорезными окнами. В каждом прорезном окне закрепляют теплоотводящие радиаторы с горизонтальными ребрами. С передней стороны к этим радиаторам присоединяют силовые элементы. Установочные плиты закрепляют параллельно задней стенке шкафа, и горизонтально расположенные ребра радиаторов образуют единый воздуховод между боковыми стенками шкафа. При этом снаружи к боковым стенкам шкафа прикрепляют короба для подсоединения внешних гибких воздуховодов, связанных с уличной атмосферой через жалюзи вагона, а в самих боковых стенках прорезают отверстия для прохождения воздуха вдоль ребер радиаторов. 1 н.п.ф., 2 з.п.ф., 2 ил.

Область техники

Полезная модель относится к электротехническим устройствам для преобразования тока. Высоковольтный статический преобразователь предназначен для преобразования высоковольтного напряжения железнодорожной контактной сети постоянного и переменного тока с целью использования в вагонах электропоездов для питания низковольтных вагонных потребителей. Может использоваться в пассажирском вагоне, площадь которого позволяет размещать подобное габаритное оборудование внутри себя, например, в двухэтажном вагоне на одном из этажей.

Уровень техники

Известные преобразовательные устройства для железнодорожного транспорта конструктивно исполнены с условием размещения под вагоном, в специальных подвагонных ящиках. Все они должны быть изготовлены в соответствии с высокими требованиями по надежности и ремонтопригодности, так как условия эксплуатации их довольно жесткие (пыль, тряска, влажность, большой разброс рабочих температур).

Известен источник для питания собственных нужд электропоездов, разработанный компанией Estel Pluss AS (Таллинн, Эстония) [www.estel.ee/product3.htm]. Преобразователь выполнен в виде двух блоков - высоковольтного и низковольтного, размещенных в одном подвагонном ящике. Он обеспечивает питание всех низковольтных потребителей электроэнергии пассажирского вагона, включая электродвигатели установки кондиционирования воздуха и компрессора, выполнен на IGBT-приборах, снабжен микропроцессорным управлением. Преобразователь оснащен необходимым набором защит, сигнализации, средствами технической диагностики. Пульт управления расположен в тамбуре вагона. Здесь сервисное обслуживание на достаточно высоком уровне, но ремонт возможен только на станциях, во время стоянки.

Преобразователи SIEBEST (разработка компании Siemens, Германия), предназначенные для бортовой сети электроснабжения, изготавливаются в модульном исполнении и размещаются также в стандартных подвагонных ящиках. Отвод тепла от силовых элементов обеспечивают наружные радиаторы, которые хорошо защищены от попадания грязи и влаги. Из этой серии хорошо известен преобразователь собственных нужд (Блок Энергоснабжения Вагона, сокращенно - БЭВ), который поставляется для России департаментом DUEWAG AG [Рекламный лист фирмы Siemens AG. Департамент транспортной техники. Транспортные средства. Оборудование для бортового электроснабжения с/о DUEWAG AG]. Он устанавливается в подвагонном алюминиевом окрашенном ящике. Отдельные компоненты преобразователя выполнены в виде стандартизированных модулей с воздушным охлаждением. В передней части каркаса под крышкой находится силовая единица с модулем входного преобразователя, инвертором и устройством зарядки аккумулятора. Вся силовая единица может быть при потребности полностью заменена. Компоненты системы управления, контакторы, предохранители, датчик доступны через крышку спереди и сзади. Вентилятор находится в центре ящика и может быть, при необходимости, снят снизу или сверху.

Главный недостаток - трудный доступ при профилактике и ремонте. Также к недостаткам можно отнести большие габариты и вес преобразователя в целом и съемных блоков, что вызывает определенные сложности при ремонте.

В качестве прототипа рассмотрим высоковольтный статический преобразователь для пассажирского вагона по патенту на полезную модель РФ 50060.

Устройство размещено в двух подвагонных ящиках: в одном - высоковольтная часть, в другом - низковольтная. Устройство состоит из сборочных единиц в блочно-модульном исполнении. Оба ящика имеют в задней стенке прорезные окна, а на внешней стороне задних стенок закреплены радиаторы, обдуваемые потоком воздуха при движении поезда. Конструкция обеспечивает эффективный отвод тепла от нагревающихся элементов через радиаторы. Радиаторы первого подвагонного ящика, где размещена высоковольтная часть, изолированы от корпуса с целью электрозащиты и могут дополнительно обдуваться вентилятором (одним или несколькими), закрепленным также на задней стенке корпуса. Кроме того, в первом подвагонном ящике предусмотрена электрическая изоляция теплопроводящих плит, на которых закреплены нагревающиеся силовые элементы высоковольтной части, от корпуса и радиатора в проеме прорезных окон на случай возможного пробоя высокого напряжения. Во втором подвагонном ящике, где размещена низковольтная часть, блоки и модули, входящие в состав сборочных единиц, также размещены на теплопроводящих плитах, но эти плиты закреплены непосредственно на радиаторах в проемах прорезных окон. Доступ к содержимому обоих подвагонных ящиков возможен без выдвижения подвагонного ящика, через откидывающиеся вверх и фиксирующиеся в горизонтальном положении дверцы передних стенок, которые в случае непогоды могут служить защитным козырьком для ремонтно-обслуживающего персонала.

Недостатками указанного прототипа является невозможность осуществления ремонта во время движения и кратковременных остановок поезда.

Исключить указанный недостаток можно размещением преобразователя внутри вагона. При этом конструкция должна предусматривать эффективное охлаждение нагреваемых элементов устройства.

Раскрытие полезной модели

Полезная модель направлена на улучшение условий профилактических и ремонтных работ высоковольтного статического преобразователя для пассажирского вагона во время движения и кратковременных остановок поезда путем разработки конструкции, предназначенной для размещения внутри вагона, с учетом требований по надежности и безопасности, требующих эффективного теплоотвода от нагреваемых во время работы силовых элементов преобразователя.

Преобразователь конструктивно выполнен в виде единого металлического шкафа с открывающимися дверцами на передней стенке. Он включает в себя высоковольтную и низковольтную части схемы и выполнен из сборочных элементов в блочно-модульном исполнении. Преобразователь предназначен для использования внутри вагона, поэтому снабжен крепежом для крепления к полу и стенке вагона. Его конструкция обеспечивает организацию единого воздуховода для эффективного воздушного охлаждения всех радиаторов силовых элементов.

Преобразователь содержит высоковольтную и низковольтную части, состоящие из сборочных элементов в блочно-модульном исполнении. Конструктивно выполнен в виде двух вертикальных установочных плит, укрепленных внутри металлического шкафа параллельно задней стенке. Одна из плит выполнена из изоляционного материала и на ней укреплены охлаждающие радиаторы с горизонтально расположенными ребрами. На радиаторах закреплены силовые полупроводниковые блоки высоковольтной части преобразователя. Вторая плита выполнена из металлического листа, на котором также укреплены охлаждающие радиаторы с горизонтально расположенными ребрами. На этих радиаторах закреплены силовые блоки низковольтной части преобразователя. Для организации воздушного охлаждения на внешних боковых сторонах шкафа установлены конструктивные элементы - короба, к которым могут присоединяться внешние гибкие воздуховоды для забора и выброса охлаждающего воздуха через жалюзи вагона, а в самих стенках проделаны отверстия.

Причем в одном внешнем коробе, связываемом со входным воздуховодом, могут быть размещены вентиляторы, закрепленные на стенке шкафа, а в другом, связываемом с выходным воздуховодом, может быть установлен блок демпферных резисторов, служащий для защиты от всплесков входных токов. Охлаждающие радиаторы высоковольтной и низковольтной частей преобразователя, размещены на установочных плитах сзади, напротив задней стенки шкафа, и их горизонтально расположенные ребра образуют единый воздуховод, соединяющий внешние - входной и выходной - воздуховоды через боковые стенки шкафа с отверстиями.

Таким образом, конструктивная организация внутри шкафа преобразователя единого воздуховода, связанного с уличной атмосферой через подсоединяемые гибкие внешние воздуховоды, обеспечивает эффективный теплоотвод от нагревающихся во время работы элементов. Такое конструктивное решение повышает надежность и безопасность работы преобразователя. А исполнение преобразователя в виде шкафа, закрепляемого внутри вагона и имеющего открывающиеся передние дверцы, обеспечивает комфортные условия эксплуатации и позволяет проводить ремонтные и профилактические работы даже во время следования поезда.

Описание графических фигур

На фиг.1 изображен высоковольтный статический преобразователь для пассажирского вагона с открытыми передними дверцами.

На фиг.2 изображен вид сзади высоковольтного статического преобразователя для пассажирского вагона без задней стенки.

Осуществление полезной модели

Шкаф 1 высоковольтного статического преобразователя для пассажирского вагона имеет на передней стенке открывающиеся дверцы 2 для свободного доступа к элементам схемы. Снаружи к левой стенке шкафа прикреплен короб 3, в котором размещены вентиляторы 4 принудительного охлаждения, закрытые в коробе решетчатой пластиной 5. К правой стенке шкафа также снаружи прикреплен короб 6, в котором размещены демпферные резисторы 7.

С внутренней стороны шкафа на его левой, правой и нижней стенках размещены сборочные элементы 8 в блочно-модульном исполнении, не требующие специального охлаждения. Внутри шкафа вертикально и параллельно задней стенке расположены рядом установочные плиты 9 и 10. Расстояние между ними и задней стенкой шкафа определяет ширину свободного коридора для движения воздуха. Левая установочная плита 9 занята высоковольтной частью преобразователя, правая плита 10 - низковольтной частью. Левая плита 9 выполнена из изоляционного материала и имеет прорезные окошки 11, в каждом из которых снаружи закреплен радиатор 12, на котором изнутри окна закреплен соответствующий силовой элемент в виде высоковольтного модуля 13. Правая плита 10 содержит прорезные окна 14, с внешней стороны которых закреплены радиаторы 15, а с внутренней силовые блоки в виде низковольтного модуля 16. Таким образом, все радиаторы элементов схемы преобразователя, выделяющие при работе тепло, через прорезные окна выставлены во внутренний воздуховод ящика. Левая боковая стенка ящика имеет прорезные окна 17, для подачи внутрь потока воздуха с помощью вентиляторов 4. Правая боковая стенка ящика имеет прорезные окна 18 для прохода воздуха к демпфирующим резисторам 7. Для забора наружного охлаждающего воздуха служат входной воздуховод 19, а для выброса теплого воздуха - выходной воздуховод 20. В стенках шкафа имеются крепежные элементы 21 для закрепления на полу и стенке вагона. Справа на ящике имеются входные патрубки 22 для кабельного подсоединения к высоковольтной сети поезда и выходные отверстия 23 для кабельного подсоединения к вагонным потребителям. На радиаторы высоковольтной и низковольтной частей надеты защитные короба из, соответственно, изоляционного материала и металла, которые не препятствуют движению воздуха вдоль ребер радиаторов. Короба 24 высоковольтной части закреплены непосредственно на радиаторах 12. Короба 25 низковольтной части, защищающие радиаторы 15, закреплены на металлической установочной плите 10.

Такая конструкция позволяет обеспечить нормальный тепловой режим работы электрической схемы преобразователя, расположенного внутри шкафа, закрепленного внутри пассажирского вагона. Это определяет стабильную и надежную работу устройства, предназначенного для преобразования переменного или постоянного высоковольтного напряжения контактной железнодорожной сети в низковольтное напряжение различного типа и величины для всех видов вагонных потребителей.

Такие статические преобразователи целесообразно устанавливать в вагонах, конструкция которых позволяет вместить подобное оборудование, не стесняя пассажиров, например в двухэтажных вагонах, которые в настоящее время рассматриваются как вариант пополнения парка железнодорожных вагонов в России, в частности к Олимпиаде 2014 года, когда значительно увеличится пассажиропоток по всем направлениям наших дорог.

Так, например, разработанный авторами, в соответствии с вышеизложенным описанием, пятисистемный преобразователь ПВС-40-06-У1 имеет габариты: 1982 × 1165 × 547 мм. Его мощность 40 кВт, вес. 640 кг. Он предназначен для работы от контактной железнодорожной сети 3 кВ постоянного или переменного тока.

Преобразователь предназначен для размещения на втором этаже двухэтажного вагона. Как показано на фиг.1, широкие открывающиеся дверцы 2 обеспечивают свободный доступ абсолютно ко всем элементам схемы. Высоковольтные модули 13 закреплены на радиаторах 12 и размещены в проемах прорезных окон 11 на установочной плите 9, изготовленной из изоляционного материала, располагаясь в левой стороне шкафа. Низковольтные модули 16 закреплены на радиаторах 15 и размещены в проемах прорезных окон 14 на установочной плите 10, изготовленной из металла, располагаясь в правой части шкафа. Другие сборочные элементы 8 расположены на боковых и нижней внутренних поверхностях стенок шкафа. Все сборочные элементы преобразователя могут быть заменены при необходимости в считанные минуты.

На фиг 2 показано, как радиаторы 12 и 15 защищены коробами 24 и 25. Вентиляторы 4 расположены по вертикали друг над другом в наружном коробе 3, который сопрягается с входным воздуховодом 19, подсоединяемым к жалюзи вагона. Лопасти вентиляторов 4 обеспечивают принудительное движение воздуха через прорезные отверстия 17 в боковой стенке шкафа, вдоль ребер нагревающихся радиаторов к прорезным отверстиям 18 в противоположной стене шкафа, на которой снаружи закреплены демпферные резисторы 7, располагаясь в коробе 6, который сопрягается с выходным воздуховодом 20, служащим для выброса теплого воздуха наружу через жалюзи вагона. Шкаф прикрепляется к стене и полу вагона с помощью крепежных элементов 21.

1. Высоковольтный статический преобразователь для пассажирского вагона, содержащий высоковольтную и низковольтную части, состоящие из сборочных элементов в блочно-модульном исполнении, и встроенную систему охлаждения, отличающийся тем, что конструктивно выполнен в виде двух вертикальных установочных плит, укрепленных внутри металлического шкафа, причем одна из плит выполнена из изоляционного материала и на ней закреплены радиаторы с горизонтально расположенными ребрами, на которых установлены силовые полупроводниковые блоки высоковольтной части преобразователя, а вторая плита выполнена из металлического листа, на котором также закреплены радиаторы с горизонтально расположенными ребрами, на которых установлены силовые блоки низковольтной части преобразователя, кроме того, на боковых стенках шкафа, имеющих отверстия, снаружи закреплены короба для подсоединения внешних воздуховодов: входного - для забора и выходного - для выброса охлаждающего воздуха через жалюзи вагона, при этом горизонтально расположенные ребра радиаторов высоковольтной и низковольтной частей преобразователя образуют между боковыми стенками шкафа единый воздуховод.

2. Высоковольтный статический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в коробе для подсоединения внешнего входного воздуховода размещены вентиляторы, закрепленные на стенке шкафа.

3. Высоковольтный статический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в коробе для подсоединения внешнего выходного воздуховода установлен блок демпферных резисторов.