[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2761901C1 - Guaranteed power supply system for railway cars - Google Patents

Guaranteed power supply system for railway cars Download PDF

Info

Publication number
RU2761901C1
RU2761901C1 RU2021106599A RU2021106599A RU2761901C1 RU 2761901 C1 RU2761901 C1 RU 2761901C1 RU 2021106599 A RU2021106599 A RU 2021106599A RU 2021106599 A RU2021106599 A RU 2021106599A RU 2761901 C1 RU2761901 C1 RU 2761901C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
power supply
guaranteed power
consumers
buses
Prior art date
Application number
RU2021106599A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Валерьевич Аркадьев
Николай Петрович Кириллов
Александр Викторович Чемусов
Дмитрий Викторович Заварыкин
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ
Priority to RU2021106599A priority Critical patent/RU2761901C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761901C1 publication Critical patent/RU2761901C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/10—Constant-current supply systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used as a device for guaranteed power supply of electric train cars. The system contains a DC voltage distribution device, a DC contact network, DC and AC consumers, a high-voltage three-phase inverter with a transformer output, which contains a current switch and a control system. The system also contains a three-phase transformer, the primary and secondary windings of which are connected in a star, a rectifier, a block of dividing diodes with n sections and a guaranteed power supply bus. The energy-mechanical unit contains a set of diesel generator sets from the first to the m-th, a set of rectifiers from the first to the m-th, a storage battery and a low-voltage three-phase inverter with a sinusoidal output voltage. DC consumers are connected to the guaranteed power supply buses, and AC consumers are connected to the specified low-voltage inverter.
EFFECT: provision of guaranteed power supply to consumers of direct and alternating current of cars both during movement and at stops.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве устройства гарантированного электропитания вагонов электропоезда.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used as a device for guaranteed power supply of electric train cars.

Известна двухканальная система гарантированного электроснабжения вагонов, содержащая два ввода от внешней системы электроснабжения, общее устройство распределительное, два параллельно включенных понижающих трансформатора, второе общее устройство распределительное, два параллельно включенных преобразовательных трансформатора, два выпрямителя, устройство распределительное постоянного тока, сглаживающее устройство, питающий фидер, рельсовый фидер, контактную сеть и электрооборудование не тяговых потребителей, при этом указанные вводы выполнены от разных районных подстанций, каналы системы идентичны, при этом питающий фидер соединен с разными участками контактного провода, а рельсовый фидер соединен с рельсом через сглаживающее устройство [1]. Данная система нашло широкое применение на железнодорожном транспорте ряда стран, так как она отличается сравнительной простотой схемы и высокой надежностью, однако электрическую энергию контактной сети с высоким напряжением постоянного тока затруднительно использовать для электроснабжения вагонов по мерам безопасности и высокой стоимости кабельной сети, что ограничивает область применения системы.A two-channel system of guaranteed power supply of cars is known, containing two inputs from an external power supply system, a common distribution device, two parallel-connected step-down transformers, a second common distribution device, two parallel-connected converter transformers, two rectifiers, a DC distribution device, a smoothing device that feeds a feeder, rail feeder, contact network and electrical equipment of non-traction consumers, while these inputs are made from different regional substations, the system channels are identical, while the supply feeder is connected to different sections of the contact wire, and the rail feeder is connected to the rail through a smoothing device [1]. This system has found wide application in the railway transport of a number of countries, since it is characterized by a comparatively simple circuit and high reliability, however, it is difficult to use electrical energy of the contact network with a high DC voltage for power supply of cars due to safety measures and the high cost of the cable network, which limits the scope of application systems.

Требуемый технический результат заключается в обеспечении гарантированного электропитания потребителей постоянного и переменного тока вагонов как при движении, так и на остановках.The required technical result is to provide a guaranteed power supply to consumers of direct and alternating current of cars both during movement and at stops.

Поставленный технический результат достигается тем, что в системе гарантированного электропитания вагонов, содержащей устройство распределительное постоянного напряжения, контактную сеть постоянного тока, потребители постоянного и переменного тока, введены последовательно соединенные: высоковольтный трехфазный инвертор с трансформаторным выходом, выпрямитель, блок разделительных диодов, содержащий п секций и шины гарантированного питания; энергомеханический блок, содержащий m каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные: дизель-генераторный агрегат и выпрямитель, и размещен в собственном вагоне, аккумуляторная батарея и низковольтный трехфазный инвертор с синусоидальным напряжением, при этом потребители постоянного тока подключены к шинам гарантированного питания, указанная батарея соединена с указанными шинами через первую секцию блока разделительных диодов, каждый из m каналов энергомеханического блока подключен к названным шинам через соответствующую секцию указанного блока диодов, а потребители переменного тока подключены к указанному низковольтному инвертору, подключенному непосредственно к шинам гарантированного питания.The set technical result is achieved by the fact that in the system of guaranteed power supply of cars, containing a DC voltage distribution device, a DC contact network, DC and AC consumers, the following are connected in series: a high-voltage three-phase inverter with a transformer output, a rectifier, a block of dividing diodes containing n sections and busbars of guaranteed power supply; an energy-mechanical unit containing m channels, each of which contains series-connected: a diesel generator set and a rectifier, and is located in its own carriage, a storage battery and a low-voltage three-phase inverter with sinusoidal voltage, while DC consumers are connected to guaranteed power buses, the specified battery connected to the specified buses through the first section of the block of dividing diodes, each of the m channels of the energy-mechanical unit is connected to the named buses through the corresponding section of the specified block of diodes, and the AC consumers are connected to the specified low-voltage inverter connected directly to the buses of guaranteed power supply.

На чертеже представлена структурная схема системы электропитания вагонов.The drawing shows a block diagram of the car power supply system.

Система содержит устройство распределительное постоянного напряжения 1, контактную сеть постоянного тока 2, высоковольтный трехфазный инвертор с трансформаторным выходом 3, содержащим коммутатор тока с системой управления 3-1, трехфазный трансформатор 3-2, выпрямитель 4, блок разделительных диодов 5 с первой секцией 5-1, второй секцией 5-2, третьей секцией 5-3, четвертой секцией 5-4 и так далее до секции 5-n, шины гарантированного питания 6, энергомеханический блок (не обозначен), содержащий набор 7 от первого 7-1 до 7-m дизель-генераторного агрегата и совокупность выпрямителей 8 от первого 8-1 до 8-т, аккумуляторную батарею 9 подключенную к первой секции 5-1 блока разделительных диодов 5, низковольтный трехфазный инвертор с синусоидальным напряжением 10, причем указанный инвертор соединен с шинами гарантированного питания 6 непосредственно, высоковольтный трехфазный инвертор 3 выполняет несколько функций: понижение величины постоянного напряжения контактной сети до требуемого значения за счет коэффициента трансформации трансформатора 3-2; преобразование постоянного тока в трехфазный переменный ток и обеспечение гальванической развязки источника, в качестве которого используется контактная сеть от потребителя, подключенного к шинам 6. Выпрямитель 4 преобразует трехфазный ток инвертора 3 в постоянный ток, поэтому он основан на схеме Ларионова. Дизель-генераторные агрегаты 7 могут быть распределены по всем вагонам по одному, или группами в отдельных вагонах, при этом мощности всех от 7-1 до 7-m могут быть разными. Выпрямители 8 от первого 8-1 до 8-m основаны тоже на схеме Ларионова. Напряжения выпрямителя 4, выпрямителей 8 могут быть неодинаковыми, а именно: напряжение от контактной сети Uкс должно быть выше напряжения выпрямителей от 8-1 до 8-т на 1…1,5 В, причем напряжения Uк каналов энергомеханического блока 8 выше напряжения аккумуляторной батареи 9 UAB также на 1…1,5 В. Поэтому правило выбора напряжения на шинах гарантированного питания 6 имеет видThe system contains a DC voltage distribution device 1, a DC contact network 2, a high-voltage three-phase inverter with a transformer output 3 containing a current switch with a control system 3-1, a three-phase transformer 3-2, a rectifier 4, a block of isolation diodes 5 with the first section 5- 1, the second section 5-2, the third section 5-3, the fourth section 5-4, and so on up to section 5-n, guaranteed power bus 6, an energy-mechanical unit (not indicated) containing a set of 7 from the first 7-1 to 7 -m of a diesel generator set and a set of rectifiers 8 from the first 8-1 to 8-t, a storage battery 9 connected to the first section 5-1 of the block of dividing diodes 5, a low-voltage three-phase inverter with a sinusoidal voltage 10, and the specified inverter is connected to the buses of the guaranteed power supply 6 directly, high-voltage three-phase inverter 3 performs several functions: lowering the DC voltage of the contact network to the required value due to the transformation ratio of the transformer 3-2; converting direct current into three-phase alternating current and providing galvanic isolation of the source, which is used as a contact network from a consumer connected to buses 6. Rectifier 4 converts the three-phase current of inverter 3 into direct current, therefore it is based on Larionov's scheme. Diesel generator sets 7 can be distributed among all cars one by one, or in groups in separate cars, while the power of all from 7-1 to 7-m can be different. Rectifiers 8 from the first 8-1 to 8-m are also based on Larionov's scheme. The voltages of the rectifier 4, rectifiers 8 may not be the same, namely: the voltage from the contact network U cc must be higher than the voltage of the rectifiers from 8-1 to 8-t by 1 ... 1.5 V, and the voltage U to the channels of the energy-mechanical unit 8 is higher than the voltage storage battery 9 U AB also for 1 ... 1.5 V. Therefore, the rule for choosing the voltage on the buses of guaranteed power supply 6 has the form

Figure 00000001
Figure 00000001

Выполнение неравенства (1) позволяет реализовать ступенчатый принцип обеспечения электрической энергией потребителей постоянного и переменного тока, что обеспечивает принцип непрерывности электроснабжения.The fulfillment of inequality (1) makes it possible to implement the stepwise principle of providing electrical energy to consumers of direct and alternating current, which ensures the principle of continuity of power supply.

Таким образом, введенное электрооборудование в систему гарантированного электропитания позволяет достичь требуемого результата, при этом элементы устройства выбраны по рекомендациям [1], [2], [3] и [4].Thus, the introduced electrical equipment into the guaranteed power supply system allows achieving the required result, while the elements of the device are selected according to the recommendations [1], [2], [3] and [4].

Система работает следующим образом.The system works as follows.

После полного монтажа электрооборудования устройства оно может находиться в нескольких режимах, при этом первым из них является полный режим. В этом режиме включены все источники электрической энергии. При включении коммутаторов тока в устройстве распределительном 1 постоянное напряжение поступает на контактную сеть 2, откуда оно подается на высоковольтный трехфазный инвертор 3, где постоянный ток преобразуется в трехфазный переменный ток с напряжением в форме неполного прямоугольника, поскольку первичная обмотка (не обозначена) трансформатора 3-2 соединена в звезду. Выходное пониженное напряжение инвертора поступает на схему выпрямления выпрямителя 4, где оно преобразуется из трехфазного переменного напряжения в постоянное. Выпрямленное напряжение через вторую секцию 5-2 блока разделительных диодов поступает на шины гарантированного питания 6, ввиду того, что диод секции открыт.Потребители постоянного тока, подключенные к указанным шинам, начинают функционировать. При наличии напряжения на шинах 6 начинает работать низковольтный трехфазный инвертор 10 с синусоидальным выходным напряжением, что позволяет функционировать и потребителям переменного тока, поскольку в данном инверторе постоянный ток преобразуется в трехфазный переменный ток, качество напряжения которого определяется схемой формирования синусоидального напряжения, например, фильтром гармоник (не показан). Через заданное время запускаются дизель-генераторные агрегаты 7-1, 7-2, 7-m набора 7, напряжения трехфазных синхронных генераторов которых поступают на совокупность выпрямителей 8 и выпрямленные напряжения выпрямителей 8-1, 8-2, 8-m поступают через соответствующие секции 5-3, 5-4, 5-n на шины гарантированного питания 6, если отсутствует напряжение на контактной сети. Это условие определяется неравенством (1). Через определенный интервал включается аккумуляторная батарея 9 и ее напряжение может появиться на шинах гарантированного питания 6, если будет отсутствовать напряжение от контактной сети 2 и не включатся дизель-генераторные агрегаты 7-1, 7-2, 7-m. Описанный механизм позволяет раскрыть условия образования напряжения на шинах гарантированного питания 6 при условиях работоспособности всех трех источников электрической энергии, или при работоспособности двух или даже одного. Таким образом при исправном состоянии хотя бы одного источника из трех потребители постоянного и переменного тока будут обеспечены электрической энергией заданного качества.After complete installation of the electrical equipment of the device, it can be in several modes, the first of which is full mode. In this mode, all sources of electrical energy are turned on. When you turn on the current switches in the distribution device 1, the constant voltage is supplied to the contact network 2, from where it is fed to the high-voltage three-phase inverter 3, where the direct current is converted into a three-phase alternating current with a voltage in the form of an incomplete rectangle, since the primary winding (not indicated) of the transformer 3- 2 is connected to a star. The output undervoltage of the inverter is fed to the rectifier circuit 4, where it is converted from three-phase alternating voltage to direct voltage. The rectified voltage through the second section 5-2 of the block of blocking diodes is fed to the guaranteed supply buses 6, due to the fact that the diode of the section is open. DC consumers connected to these buses begin to function. In the presence of voltage on the buses 6, a low-voltage three-phase inverter 10 with a sinusoidal output voltage begins to operate, which also allows AC consumers to operate, since in this inverter the direct current is converted into a three-phase alternating current, the voltage quality of which is determined by the sinusoidal voltage generation circuit, for example, a harmonic filter (not shown). After a specified time, diesel generator sets 7-1, 7-2, 7-m of set 7 are started, the voltages of three-phase synchronous generators of which are fed to the set of rectifiers 8 and the rectified voltages of rectifiers 8-1, 8-2, 8-m are fed through the corresponding sections 5-3, 5-4, 5-n to the guaranteed power bus 6, if there is no voltage on the contact network. This condition is determined by inequality (1). After a certain interval, the storage battery 9 is turned on and its voltage may appear on the guaranteed supply buses 6 if there is no voltage from the contact network 2 and the diesel generator sets 7-1, 7-2, 7-m do not turn on. The described mechanism makes it possible to reveal the conditions for the formation of voltage on the buses of guaranteed power supply 6 under the conditions of the operability of all three sources of electrical energy, or when two or even one are operable. Thus, if at least one of the three sources is in good condition, DC and AC consumers will be provided with electrical energy of a given quality.

Источники, принятые во вниманиеSources taken into account

[1] Слепцов М.А., Савина Т.Н. Электроснабжение электрического транспорта. М., МЭИ., 2001, стр. 14, рис. 2.[1] Sleptsov M.A., Savina T.N. Electricity supply for electric vehicles. M., MPEI., 2001, p. 14, fig. 2.

[2] Марквардт К.Г. Электроснабжение железных дорог. М., Транспорт, 1965, 464 с.[2] K.G. Marquardt Railroad power supply. M., Transport, 1965, 464 p.

[3] Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М. Энергоатомиздат, 1986, 376 с.[3] Moin B.C. Stabilized transistor converters. M. Energoatomizdat, 1986, 376 p.

[4] Источники электропитания РЭА. Справочник. Под ред. Г.С. Найвельта. М., Радио и связь, 1986, 576 с.[4] Sources of power supply of CEA. Directory. Ed. G.S. Nivelt. M., Radio and communication, 1986, 576 p.

Claims (1)

Система гарантированного электропитания вагонов, содержащая устройство распределительное постоянного тока, контактную сеть постоянного тока, потребители постоянного и переменного тока, отличающаяся тем, что введены последовательно включенные: высоковольтный трехфазный инвертор с трансформаторным выходом, выпрямитель, блок разделительных диодов, содержащий n секций и шины гарантированного питания; энергомеханический блок, содержащий m каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные: дизель-генераторный агрегат и выпрямитель, и размещен в собственном вагоне, аккумуляторная батарея и низковольтный трехфазный инвертор с синусоидальным напряжением, при этом потребители постоянного тока подключены к шинам гарантированного питания, указанная батарея соединена с указанными шинами через первую секцию блока разделительных диодов, каждый из m каналов энергомеханического блока подключен к названным шинам через соответствующие секции указанного блока диодов, а потребители переменного тока подключены к указанному низковольтному инвертору, подключенному непосредственно к шинам гарантированного питания.A system of guaranteed power supply for cars, containing a DC distribution device, a DC contact network, DC and AC consumers, characterized in that the following are introduced in series: a high-voltage three-phase inverter with a transformer output, a rectifier, a block of separating diodes containing n sections and guaranteed power bus ; an energy-mechanical unit containing m channels, each of which contains series-connected: a diesel generator set and a rectifier, and is located in its own carriage, a storage battery and a low-voltage three-phase inverter with sinusoidal voltage, while DC consumers are connected to guaranteed power buses, the specified battery connected to the specified buses through the first section of the block of dividing diodes, each of the m channels of the energy-mechanical unit is connected to the named buses through the corresponding sections of the specified block of diodes, and the AC consumers are connected to the specified low-voltage inverter connected directly to the buses of guaranteed power supply.
RU2021106599A 2021-03-15 2021-03-15 Guaranteed power supply system for railway cars RU2761901C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106599A RU2761901C1 (en) 2021-03-15 2021-03-15 Guaranteed power supply system for railway cars

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106599A RU2761901C1 (en) 2021-03-15 2021-03-15 Guaranteed power supply system for railway cars

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761901C1 true RU2761901C1 (en) 2021-12-13

Family

ID=79175083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021106599A RU2761901C1 (en) 2021-03-15 2021-03-15 Guaranteed power supply system for railway cars

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761901C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0904973A2 (en) * 1997-09-26 1999-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Method of operation for a current system of a rail vehicle
JP2002191102A (en) * 2000-12-20 2002-07-05 Toshiba Corp Power supply device for vehicle and controlling device thereof
RU96295U1 (en) * 2010-02-19 2010-07-20 Ооо "Гамем" PASSENGER WAGON ELECTRICITY SUPPLY DEVICE
RU2422299C1 (en) * 2009-12-07 2011-06-27 Ооо "Гамем" Power supply system of electric train with asynchronous traction drive

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0904973A2 (en) * 1997-09-26 1999-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Method of operation for a current system of a rail vehicle
JP2002191102A (en) * 2000-12-20 2002-07-05 Toshiba Corp Power supply device for vehicle and controlling device thereof
RU2422299C1 (en) * 2009-12-07 2011-06-27 Ооо "Гамем" Power supply system of electric train with asynchronous traction drive
RU96295U1 (en) * 2010-02-19 2010-07-20 Ооо "Гамем" PASSENGER WAGON ELECTRICITY SUPPLY DEVICE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Слепцов М.А. и др., Электроснабжение электрического транспорта, Москва, МЭИ, 2001, с.14, рис.2. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Krastev et al. Future of electric railways: advanced electrification systems with static converters for ac railways
RU2175918C2 (en) Method of and device for direct voltage supply of traction system
RU2467891C2 (en) Method of feeding standby auxiliary consuming hardware, auxiliary converter and railway vehicle to this end
US9776518B2 (en) System with battery charging device and vehicle electrical system power supply stage
KR930016274A (en) Electric system of electric car
Sano et al. A boost conversion system consisting of multiple DC-DC converter modules for interfacing wind farms and HVDC transmission
CN112311242A (en) Bidirectional direct current wall box for electric vehicle
CN210183018U (en) Grid-connected power supply system and grid-connected device of data center
Hinz et al. Impact and opportunities of medium-voltage DC grids in urban railway systems
JP7132720B2 (en) cubicle
JP5662713B2 (en) Electric power system reactive power compensation device with electric vehicle charging function, and electric vehicle charging device with electric power system reactive power compensation function
RU2326774C1 (en) Converting device of the passangers car power supply system
RU2761901C1 (en) Guaranteed power supply system for railway cars
CA2027292C (en) Voltage regulating, load levelling and load transfer device for single phase ac electric railways, using batteries
CA2027291C (en) Electronic three phase to single phase power converter
RU2757016C1 (en) Uninterruptible power supply system for cars
CN111355240B (en) Rail transit power distribution network system, power supply system and regenerated energy inverter circuit
RU2755800C1 (en) System for uninterrupted power supply of electric locomotive
CN109412469B (en) Traction converter system main circuit, control method and system
RU2481691C1 (en) Static converter
EP0010811A1 (en) Switching transistor over-voltage protection means
RU2737107C1 (en) Intelligent secondary power source
RU2619917C1 (en) Device of guaranteed power supply
CN210526305U (en) Emergency starting device for power supply system of railway dormitory van and power supply system
Rahman et al. Simultaneous Tapping of AC and DC Power and their Independent Control from Composite AC–DC Power Transmission Lines