Пристрій для енергопостачання безконтактного електровоза

1. Пристрій для електропостачання безконтактного електровоза, який містить розташований на електровозі енергоприймач з обмоткою та тягову мережу з двох проводів, перший з яких виконано з кількох окремих елементарних кабелів, закріплених на трубі з ізоляційного матеріалу, другий - у C2 2 (19) 1 3 Крім того, труба може бути виконана з електроізоляційного матеріалу з нанесеним на її внутрішню поверхню струмопровідним шаром - першим проводом, а плоска котушка енергоприймача зроблена із кількох витків, складених у вигляді вісімки. Другий провід, що всередині труби, зроблено у цьому разі подвійним і його частини розміщено симетрично відносно горизонтальної осі труби і по обидві сторони від плоскої котушки енергоприймача. Крім того, електропровідний прошарок може бути зроблено у вигляді кількох, окремих, симетрично розташованих і закріплених у стінці, або на поверхні труби елементарних проводів, які з'єднані між собою в обох кінцях тягової мережі. Недоліками зазначеного пристрою є значні втрати потужності у першому проводі тягової мережі від вихрових струмів, викликаних магнітним потоком котушки енергоприймача, малий розмір взаємоіндуктивності тягової мережі з енергоприймачем, необхідність ввімкнення у проводи тягової мережі конденсаторів та можливість збудження вибухонебезпечних струмів у сторонніх електропровідних контурах магнітним потоком котушки енергоприймача. В основу винаходу поставлено завдання удосконалення високочастотного пристрою для безконтактної передачі енергії на рухомий об'єкт (електровоз), в якому вибором іншої конструкції енергоприймача та введенням в нього магнітопроводу забезпечуєтся значне зменшення втрат потужності у тяговій мережі від вихрових струмів, збільшення взаємоіндуктивності енергоприймача з тяговою мережою та одержання внутрішньої електричної ємності в обмотці енергоприймача і, за рахунок цього, досягається більш ефективна передача енергії на електровоз, збільшення коефіцієнта корисної дії та зменшення небезпеки при експлуатації електровоза. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому пристрої для енергопостачання безконтактного електровоза який містить розташований на електровозі, енергоприймач з обмоткою, та тягову мережу з двох проводів, перший з яких зроблено з кількох окремих елементарних кабелів, закріплених на трубі з ізоляційного матеріалу та з'єднаних між собою на початку і в кінці мережі, другий - у вигляді цільного кабеля, коаксіальне розміщеного всередині труби, причому на початку тягової мережі проводи приєднані до джерела високочастотного струму, а в кінці - з'єднані між собою, згідно з винаходом, в енергоприймач введено орієнтований уздовж тягової мережі магнітопровід, який зроблено розімкненим у своїй верхній частині, і бокові частини якого охоплюють другий провід мережі, а на нижній частині магнітопроводу, як на осерді, розміщено обмотку енергоприймача. Крім того, згідно з винаходом, в конструкцію енергоприймача введено феромагнітні пластини, між якими з проміжками розміщено нижню частину магнітопроводу з можливістю зміни розміру проміжків. Крім того, згідно з винаходом, обмотка енергоприймача зроблена з електропровідних стрічок (парних і непарних), розділених між собою шарами 91081 4 діелектрика з можливістю ввімкнення зовнішнього електричного кола до точок з'єднання парних стрічок з одного кінця і непарних - з протилежного кінця обмотки. На Фіг.1 зображено поздовжній осьовий переріз пристрою (показано один, самий верхній елементарний кабель тягової мережі), на Фіг.2 - поперечний переріз пристрою. Пристрій містить тягову мережу з двох проводів. Перший провід зроблено з кількох окремих елементарних кабелів 1, закріплених зовні або всередині трубки 2 з електроізоляційного матеріалу. Кабелі 1 рівномірно розподілено по периметру труби 2 (Фіг.2). Трубу 2 разом з кабелями 1 приєднано нерухомо до стелі гірничої виробки 3 за допомогою кріплення 4. По осьовій лінії труби 2 розміщено другий провід 5 (Фіг.1; 2) тягової мережі у вигляді суцільного високочастотного кабеля, який через проміжки сполучено з трубою 2 за допомогою кріплень 6 з електроізоляційного матеріалу. Елементарні кабелі 1 на початку і в кінці тягової мережі замкненні між собою; в кінці мережі вони з'єднані з другим проводом 5, а на початку приєднані разом з проводом 5 до джерела високочастотного струму (на Фіг.1 і 2 не показано ). Магнітопровід енергоприймача 7 (Фіг.1; 2), зроблений з фериту або магнітодіелектрика, в середній частині має форму циліндра і охоплює другий провід 5 мережі. У верхній частині магнітопровід 7 розімкнено таким чином, що повітряний проміжок 8 робить вільним прохід другого проводу 5 та забезпечує відповідну магнітну провідність. Нижня частина магнітопроводу 7 зроблена частково як осердя 9 (Фіг.2), на якому розміщено обмотку 10 енергоприймача. Довжину осердя 9 вибрано меншою довжини магнітопроводу і такою, що бокові частини обмотки 10 не виступають за межі магнітопроводу. Магнітопровід 7 з обмоткою 10 закріплено на електровозі 11 (Фіг.1; 2) за допомогою підставок 12. Нижню частину магнітопроводу 7 розміщено між феромагнітними пластинами 13 і 14 з відповідними проміжками 15 і 16 (Фіг.1). Пластини 13 і 14, мають в плані форму прямокутників із заокругленими краями (Фіг.2). Конструкція кріплення 17 і 18 пластин 13 і 14 забезпечує можливість зміни розміру проміжків, наприклад, і шляхом розміщення в них пластин діелектрика визначеної товщини. Обмотку 10 енергоприймача зроблено з окремих (парних і непарних) електропровідних стрічок, загальна кількість яких вибрана кратною двом. Довжина парних і непарних стрічок можуть бути різною. В зоні взаємного перекриття парних і непарних стрічок, тобто на однаковій їх довжині, стрічки розділені між собою шарами діелектрика. При цьому, між стрічками створюється електрична ємність. Необхідний розмір ємності забезпечується вибором довжини, на якій електропровідні стрічки взаємно перекриваються, та вибором товщини і типу діелектрика. Непарні стрічки з'єднано між собою з одного кінця обмотки 10 (перший вивід обмотки), парні - з'єднано між собою з протилеж 5 ного кінця (другий вивід обмотки). До першого і другого виводів обмотки 10 ввімкнено зовнішнє електричне коло, яке забезпечує живлення двигунів електровоза 11. Пристрій для енергопостачання безконтактного електровоза працює таким чином: після ввімкнення джерела живлення у кабелях 1 і проводі 5 тягової мережі виникає змінний струм, який створює відповідне магнітне поле у навколишньому середовищі. В зоні знаходження енергоприймача електровоза струм проводу 5 викликає магнітний потік у колі магнітопроводу 7. Цей потік пронизує витки обмотки 10 і викликає в них появу електрорушійної сили, яка живить двигуни електровоза 11. При роботі електровоза струм обмотки 10 енергоприймача викликає змінний магнітний потік, який проходить, в основному, по магнітопроводу 7, повітряному проміжку 8 і, частково, через повітряні проміжки в середній та нижній частинах магнітопроводу. Вказаний магнітний потік не пронизує електричні кола із паралельно з'єднаних елементарних кабелів 1, внаслідок цього там не виникає вихрових струмів і втрат потужності від їх дії. Крім того, введення в конструкцію енергоприймача магнітопроводу 7, розімкненого у верхній частині з відповідно сформованим при цьому повітряним проміжком 8, значно збільшує взаємоіндуктивність обмотки 10 енергоприймача з тяговою мережею, що дає змогу зменшити або число витків обмотки, або розмір струму живлення мережі. Вибрана форма магнітопроводу значно зменшує вплив магнітного потоку енергоприймача на сторонні електропровідні контури, що підвищує безпеку при експлуатації електровоза у вибухонебезпечних середовищах. 91081 6 Обмотка енергоприймача безконтактного електровоза має значну індуктивність і відповідно, значний індуктивний опір. Для одержання достатнього струму живлення двигунів в електричне коло енергоприймача, звичайно, вмикають зовнішні конденсатори, які забезпечують в ньому стан, близький до резонансу напруг. В пропонованому пристрої завдяки застосуванні в обмотці 10 електропровідних стрічок, розділених на визначеній їх довжині шарами діелектрика, створюється відповідна внутрішня ємність, яка ввімкнена послідовно в електричне коло обмотки енергоприймача. Це, або зовсім виключає застосування зовнішніх конденсаторів, або значно зменшує потребу в них. В умовах виробництва майже неможливо забезпечити виконання умов, відповідних стану резонансу напруг в електричному колі енергоприймача. Виходячи з цього, в конструкцію енергоприймача пропонованого пристрою введено феромагнітні пластини, які розміщено з проміжками відносно торців магнітопроводу в його нижній частині. При зміні розміру цих проміжків відносно середнього значення змінюється за величиною магнітні потоки розсіювання обмотки енергоприймача та її індуктивність (приблизно на ±10%). Це забезпечує точну настройку електричного кола енергоприймача в резонанс з частотою струму тягової мережі, як при вводі в експлуатацію електровоза, так і в ході експлуатації. Крім того, феромагнітні пластини шунтують бокові магнітні потоки розсіювання обмотки енергоприймача, виключаючи їх дію на сторонні електропровідні контури та на машиніста електровоза. Останньому сприяє також вибір довжини осердя меншою довжини бокових частин магнітопроводу. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 91081 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601