Система електропостачання безконтактних електровозів для двоколійної схеми транспортування вантажів

Система електропостачання безконтактних електровозів для двоколійної схеми транспортування вантажів у складі тягової мережі з двох кабелів - прямого та зворотного, сполучених між собою в кінці мережі, джерела живлення високочастотним струмом, до виходу якого приєднано обидва кабелі на початку мережі, та розміщеного на кожному з електровозів енергоприймача з магнітопроводом та вмонтованою в нього обмоткою, з'єднаною через випрямляч та вимикач з двигунами електровоза, яка відрізняється тим, що прямий та зворотний кабелі по всій довжині мережі, через проміжки, не більші кроку транспозиції, зміщено в горизонтальній площині, перпендикулярно напрямку руху і без розриву електричного кола на відстані, відповідно, lk+b і lk-b, де lk віддалення поздовжніх осей колій, b - відстань між кабелями мережі, та додатково введено ємнісний накопичувач енергії, сполучений з виходом випрямляча. Винахід відноситься до систем електропостачання електровозів, енергія на які передається посередництвом електромагнітного поля і які використовують у двоколійній схемі транспортування вантажів, наприклад, у шахтах, небезпечних за газом та пилом. Відомий пристрій для передачі електромагнітної енергії безконтактному електровозу [Патент №6994 UA, кл. B60L 5/00, В6ОМ 7/00. Пристрій для передачі електромагнітної енергії безконтактному електровозу (варіанти) / Півняк Г.Г., Панченко В.І., Рибалко А.Я., Кольцов І.Б.// Бюл. №12, 2006], що містить тягову мережу, зроблену з окремих розподілених по довжині та з'єднаних між собою, котушок та енергоприймач на електровозі з магнітопроводом та обмоткою з окремих секцій, витки яких з'єднано між собою послідовнозустрічне. Котушки тягової мережі сформовані з прямого та зворотного кабелів мережі, як прямокутники однакової довжини та приєднані на початку мережі до високочастотного джерела струму. Кількість котушок мережі на проміжку, що відповідає довжині енергоприймача, зроблено парною. Обмотку енергоприймача з'єднано через випрямляч з ємнісним накопиченням енергії. Недоліками вказаного пристрою при використанні його у двоколійній системі транспортування вантажів є необхідність застосування двох окремих тягових мереж та двох високочастотних джерел струму, що спричинює збільшення витрат провідникового матеріалу, збільшення втрат потужності у котушках тягової мережі та зріст реактивної потужності конденсаторів, які забезпечують у тяговій мережі стан резонансу напруг. Найбільш близькою до пропонованого винаходу є система електропостачання безконтактного електровоза [кн. Транспорт с индуктивной передачей энергии для угольных шахт. Под ред. Г.Г.Пивняка. - М.:Недра, 1990. - 245с.], яка включає тягову мережу з двох кабелів - прямого та зво UA (11) 91746 (13) (21) a200812065 (22) 13.10.2008 (24) 25.08.2010 (46) 25.08.2010, Бюл.№ 16, 2010 р. (72) ПІВНЯК ГЕННАДІЙ ГРИГОРОВИЧ, ПАНЧЕНКО ВІКТОР ІВАНОВИЧ, РИБАЛКО АНАТОЛІЙ ЯКОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA a200703451 C2; 10.10.2008 UA 79861 C2; 25.07.2007 UA 69964 C2; 15.09.2004 UA a200703410 C2; 10.10.2008 US 5293308 A; 08.03.1994 Транспорт с индуктивной передачей энергии для угольных шахт. Под ред. Г.Г. Пивняка. - М.: Недра, 1990. - 245 с SU 1546302 A1; 28.02.1990 SU 787207 A; 15.12.1980 DE 4429656 C1; 25.04.1996 WO 2004090918 A1; 21.10.2004 DE 4115568 A1; 04.02.1993 C2 2 (19) 1 3 ротного, сполучених між собою в кінці мережі, джерело живлення високочастотним струмом, до якого приєднано обидва кабелі на початку мережі, та розміщений на електровозі енергоприймач з магнітопроводом та вмонтованою в нього обмоткою. Уздовж тягової мережі зроблено кілька транспозицій кабелів. Недоліками зазначеної системи електропостачання при використанні її у двоколійній схемі транспортування є: 1) необхідність застосування двох тягових мереж та двох високочастотних джерел струму з вказаними вище негативними наслідками; 2) потреба у транспозиції кабелів мережі, що ускладнює її конструкцію. В основу винаходу покладено завдання з удосконалення системи електропостачання безконтактних електровозів, при використанні їх у двоколійній схемі транспортування вантажів, в якій зміною місцеположень прямого та зворотного кабелів тягової мережі по її довжині та введенням в електричне коло енергоприймача ємнісного накопичувача енергії досягають зменшення витрат провідникового матеріалу, зменшення втрат потужності у кабелях мережі та зменшення витрат на конденсатори, які забезпечують у тяговій мережі стан резонансу напруг, що робить систему електропостачання більш ефективною. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомій системі електропостачання безконтактних електровозів, що включає тягову мережу з двох кабелів - прямого та зворотного, сполучених між собою в кінці мережі, джерело живлення високочастотним струмом, до виводів якого приєднано обидва кабелі на початку мережі, та розміщений на кожному з електровозів енергоприймач з магнітопроводом і вкладеною в нього обмоткою, з'єднаною посередництвом випрямляча з двигунами електровоза, згідно з винаходом, прямий та зворотний кабелі через проміжки по довжині мережі, не більші кроку транспозиції, зміщено у горизонтальній площині перпендикулярно напрямку руху і без розриву електричного кола на відстані, відповідно, lk+b і lk-b, де Ik - віддалення поздовжніх осей колій; b - відстань між кабелями мережі, та введено ємнісний накопичувач енергії, який з'єднано з виходом випрямляча. Сутність пропонованої системи електропостачання пояснюється рисунками, де на Фіг.1 представлено вид тягової мережі зверху в напрямку, перпендикулярному її площині; на Фіг.2 приведена електрична схема енергоприймача. Пропонована система електропостачання має у своєму складі тягову мережу з двох кабелів прямого 1 та зворотного 2, розташованих у горизонтальній площині на відстані b один від одного. Стрілками на Фіг.1 позначено напрями струмів у кабелях для довільного моменту часу. На початку мережі кабелі 1 і 2 приєднано до джерела живлення 3 високочастотним струмом, яке розраховане на роботу в режимі джерела струму. В кінці мережі кабелі 1 і 2 з'єднано між собою. По довжині мережі, через проміжки, що не більші кроку транспозиції lТ (Фіг.1) прямий 1 та зворотний кабелі зміщено в горизонтальній площині, перпендикулярно на 91746 4 прямку руху електровозів, на такі відстані: lk+b (прямий кабель) і lk-b (зворотний кабель), де lk віддалення поздовжніх осей колій; b - відстань між кабелями мережі. Вказане зміщення зроблено без порушення цілісності кабелів, тобто без розриву електричного кола. Кількість зміщень кабелів по довжині мережі зроблено не парною, що забезпечує для обох колій однакове число ділянок, на яких електровози отримують живлення. Другу складову системи електропостачання розміщено на електровозі. До її складу входить енергоприймач з обмоткою 4 (Фіг.2), яку вмонтовано в магнітопровід (на Фіг.2 не показано), та випрямляч 5, що приєднаний до обмотки 4. До виходу випрямляча 5 безпосередньо приєднано ємнісний накопичувач енергії 6. Електродвигуни 7 і 8 електровоза з'єднано з накопичувачем 6 через вимикач 9. Джерело живлення 3 за потужністю розраховане на живлення електровозів, що працюють на двох коліях. Пропонована система електропостачання працює таким чином. Початкове місцеположення електровозів на обох коліях - на ділянках, де знаходяться кабелі 1 і 2 тягової мережі. Після вводу в роботу джерела живлення 3 у кабелях 1 і 2 виникає високочастотний струм, який створює навколо них відповідне змінне магнітне поле. Магнітний потік цього поля пронизує витки обмотки 4 енергоприймача кожного з електровозів, що спричинює виникнення в обмотці електрорушійної сили (ЕРС). Вказана ЕРС викликає на виході випрямляча 5 струм, стала складова якого забезпечує як заряд ємнісного накопичувача 6, так і живлення двигунів 7 і 8 електровоза. Після повного заряду ємнісного накопичувача, енергія, яку отримує енергоприймач від тягової мережі, витрачається тільки на живлення двигунів 7 і 8 при руху електровоза. На ділянках колії, де відсутні кабелі 1 і 2 тягової мережі, живлення двигунів 7 і 8 електровоза при його руху забезпечується за рахунок енергії, накопиченої ємнісним накопичувачем 6 в період перебування електровоза на ділянках колії з кабелями тягової мережі. З метою прискорення процесу накопичення енергії, наприклад, перед виходом електровоза з ділянки колії з кабелями 1 і 2, вимикач 9 розмикається (Фіг.2) на певний час. У пропонованій системі електропостачання передбачено використання одного джерела живлення високочастотним струмом, що спрощує експлуатацію джерела та зменшує витрати на нього. У пропонованій системі електропостачання магнітний потік тягової мережі на сусідніх ділянках її довжиною lТ має взаємно протилежний напрям (фазу), що еквівалентно транспозиції кабелів у системі - прототипі. Втрати потужності у кабелях тягової мережі в системі електропостачання - прототипі в розрахунку на дві колії Р=4I2R0lm, де l - струм мережі, lm - довжина транспортування; R0 - активний опір одиниці довжини кабеля мережі. 5 91746 Втрати потужності у кабелях мережі пропонованої системи: l n Р'=2I2R0lm+I2R0l3=2I2R0lm(1+ 1 ), lm де l3 - загальна довжина зміщень кабелів; І1 довжина кабеля в одному зміщенні; n - кількість зміщень по довжині транспортування. Аналіз відношення P'1 l1 P 2 lm дозволяє стверджувати про зменшення втрат потужності у кабелях мережі пропонованої системи електропостачання майже у два рази (l1n