Пристрій накопичення електричної енергії тягового електричного комплексу електровоза

Реферат: Пристрій накопичення електричної енергії тягового електротехнічного комплексу електровоза містить електровоз з електроприводом та пристрій подачі електричної енергії, контактний провід, струмознімач, механізм підйому, датчик положення, датчик температури, датчик напруги, маршрутизатор електричної енергії, блок перетворення електричної енергії, блок управління, детектора напруги, накопичувач, блок управління гальмуванням/розгоном, блок управління гальмівним зусиллям. UA 83779 U (54) ПРИСТРІЙ НАКОПИЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ТЯГОВОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОМПЛЕКСУ ЕЛЕКТРОВОЗА UA 83779 U UA 83779 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до систем електричного гальмування двигунів постійного струму, та може бути використана для реалізації енергоефективних систем електричного гальмування електричних машин транспорту без передачі гальмівної енергії по мережі живлення. Відомий (Спосіб гальмування двигуна постійного струму, патент UA47111А, Н02Р 3/06, 17.06.2002, бюл. № 6, Дрючін О.О.), при якому величину струму гальмування встановлюють зміною часу замикання якоря двигуна, а частину енергії двигуна передають до мережі, на інтервалах між замиканнями до якоря підключають реактивний накопичувач, в якому здійснюють попереднє накопичення енергії двигуна і вихідну напругу якого порівнюють з верхньою і нижньою межами і рівнем мережі, при перевищенні рівня мережі вихід накопичувача підключають до мережі, при досягненні верхньої межі до виходу накопичувача підключають баластний опір, який відключають при досягненні нижньої межі. Спільними ознаками аналога та пристрою, що заявляється, є наявність двигуна постійного струму, індуктивності, яка підключена до якоря двигуна послідовно, керованого ключа, який підключений паралельно до якоря двигуна індуктивності, діода, один вивід якого підключено до керованого ключа і індуктивності, сукупність вказаних елементів утворюють блок управління гальмівним зусиллям. Причини, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: на датчику контролю струму його величину гальмування встановлюють зміною часу замикання якоря двигуна, що не дозволяє отримати задане середнє значення струму; частину енергії передають до мережі, що збільшує втрати від передачі енергії; підключення баластного опору призводить до додаткових втрат електричної енергії; спосіб не передбачає розгін двигуна. Відомий (Способ движения электрического транспортного средства на рекуперированной электроэнергии и устройство для его осуществления, патент RU2346690C2, B60L 7/12, 20.12.2011, бюл. № 35, Лиманский С.С), яке вирішується тим, що підключається тяговий електродвигун транспортного засобу до джерела постійної напруги живильної мережі для здійснення початку руху, подальше відключення транспортного засобу від джерела постійного напруги живильної мережі та здійснення електродинамічного гальмування шляхом переходу тягового електродвигуна в режим генератора, здійснення накопичення уведеннях енергії, виділеної в процесі електродинамічного гальмування, в зверхенергоємному імпульсному конденсаторі і її повернення на власну тягу електродвигуна, новим є те, що накопичення і повернення уведеннях енергії на власну тягу електродвигуна здійснюють з допомогою зверхенергоємного імпульсного конденсатора, підключеного послідовно з джерелом постійної напруги живильної мережі через тяговий електродвигун і забезпеченого засобом, що перешкоджає зміні його полярності після його повної розрядки в процесі віддачі рекуперованої енергії на тягу і підключеним в непровідних стані паралельно сверхенергоемному імпульсному конденсатору, при цьому його негативний вивід з'єднаний з негативним виводом зверхенергоємного імпульсного конденсатора і негативним виводом електродвигуна, а позитивний вивід засобу, перешкоджає зміні полярності зверхенергоємного імпульсного конденсатора, і позитивний вивід зверхенергоємного імпульсного конденсатора з'єднані з від'ємним дротом контактної мережі живлення, крім того, негативний вивід зверхенергоємного імпульсного конденсатора з'єднаний з позитивним проводом контактної мережі живлення через зворотній діод, підключений до нього в непровідному стані, а позитивний вивід електродвигуна з'єднаний з позитивним виводом зверхенергоємного імпульсного конденсатора через блокуючий діод, підключений до нього в провідному стані, при цьому ємність зверхенергоємного імпульсного конденсатора вибирається виходячи з можливості конденсатора поглинути всю енергію, що виділилася в процесі рекуперативного гальмування при одночасному забезпеченні заданої безпечної низьковольтної напруги на борту транспортного засобу, далі для початку нового руху після завершення електродинамічного рекуперативного гальмування тяговий електродвигун підключають до джерела постійної напруги живильної мережі і починають новий рух при одночасно включених двох джерелах живлення тягового електродвигуна, а саме високовольтного джерела постійного напруги живильної мережі та низьковольтного безпечного джерела енергії із заданою напругою, в вигляді зверхенергоємного імпульсного конденсатора з запасеної в ньому енергією, яка виділилася в процесі рекуперативного електродинамічного гальмування. Спільними ознаками аналога та пристрою, що заявляється, є наявність тягового електродвигуна, блока управління тяговим двигуном, засобом для накопичення енергії рекуперативним гальмуванням та повернення на тягу електродвигуна. Причини, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: відсутність блока управління гальмівним зусиллям; відсутність датчика напруги на накопичувачі; відсутність 1 UA 83779 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 датчика струму двигуна; відсутність датчика напруги двигуна, що не дозволяє контролювати рівень накопиченої енергії та електрорушійної сили двигуна. Відомий (Рекуператор энергии торможения, патент RU2348541C2, В60К 6/00, 10.03.2009, бюл. № 7, Ашрапов Ф. У., Ржавский Ю.Г.), яке полягає в тому, що рекуператор енергії гальмування, що містить тяговий електродвигун, через інвертор зі входом керуючих сигналів підключений до позитивної і негативною шинам живлення, до яких через блок перемикання режимів з входом керуючих сигналів підключений конденсатор, який введений випрямляч, входи якого з'єднані з відповідними входами тягового електродвигуна, один вихід з'єднаний з негативною шиною живлення, а інший вихід підключений до входу блока перемикання режимів. Спільними ознаками аналога та пристрою, що заявляється, є наявність тягового електродвигуна, блока перемикання режимів з входом управляючих сигналів, конденсатор, виконуючий функції накопичувача, перетворювач. Причини, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: наявність додаткового випрямляча, що призводить до додаткових втрат; відсутність датчика струму двигуна та датчика напруги конденсатора, що не дозволяє регулювати струм під час гальмування та контролювати енергію накопичувача. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є (Electrical Railway System, патент WO2009/133608, B60L 13/00, 20.07.2012, бюл. № 16, Kitanaka Hidetoshi), яка полягає у тому, що електрична залізнична система, зконфігурованна так, що містить залізничний вагон з електроприводом і пристрій подачі електричної енергії, який подає електричну енергію до залізничного вагона з електроприводом, при цьому пристрій подачі електричної енергії містить джерело електроживлення; контактний провід, з'єднаний з джерелом електроживлення, залізничний вагон з електроприводом містить струмознімач, який встановлений на даху залізничного вагона з електроприводом, має частину зіткнення з контактним проводом, з'єднується з частиною контактного проводу, і здатний виконувати операцію підняття і операцію опускання частини зіткнення з контактним проводом на основі інструкції ззовні; блок перемикання, який з'єднаний з струмознімачем і виконує включення і відключення головного кола як маршрутизатор електричної енергії; пристрій перетворення електричної енергії, який з'єднаний з блоком перемикання і виконує перетворення електричної енергії; пристрій накопичення електричної енергії, який з'єднаний з пристроєм перетворення електричної енергії і накопичує електричну енергію; електродвигун, який приводиться в дію пристроєм перетворення електричної енергії і приводить в рух залізничний вагон з електроприводом; та блок керування, який управляє щонайменше блоком перемикання, і блок керування зконфігурований, щоб виконувати управління включенням/виключенням блока перемикання і пристрої перетворення електричної енергії на основі фізичних величин, що вказують рівень стану контакту між частиною контактного проводу та частиною зіткнення з контактним проводом. Спільними ознаками найближчого аналога та пристрою є наявність електровоза з електроприводом та пристрій подачі електричної енергії, при цьому контактний провід, як полюс джерела електроживлення, з'єднаний зі струмознімачем, який встановлений на даху транспортного засобу, з'єднаним з механізмом підйому та датчиком положення, датчик температури з'єднаний зі струмознімачем у місці контакту з контактним проводом, вихід струмознімача з'єднаний з датчиком напруги та маршрутизатором електричної енергії, вихід якого з'єднаний з входом блока перетворення електричної енергії, другий вхід блока перетворення електричної енергії з'єднаний з колесом та рельсом, як другим полюсом джерела електроживлення, блок перетворення електроенергії з'єднаний через датчик струму з електричним двигуном та входом датчика напруги, електричний двигун механічно з'єднаний з колесом, блок перетворення електричної енергії з'єднаний з блоком управління, входи якого з'єднані з виходами датчика температури, датчика положення та детектора напруги, другий вихід блока управління з'єднаний з керуючим входом маршрутизатора електричної енергії, третій вихід з'єднаний з механізмом підйому, блок перетворення з'єднаний з накопичувачем. Причини що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: відсутність блока управління гальмівним зусиллям, блока управління гальмуванням/розгоном, датчика струму двигуна та накопичувача, датчика напруги накопичувача, що не дозволяє регулювати струм гальмування та контролювати рівень залишкової та накопиченої енергії. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення безпечного руху залізничного вагона на ділянці, яка має контактну мережу та ділянці безконтактної мережі. Поставлена задача вирішується шляхом введення додаткових датчиків контролю струму та напруги, блоків управлінням гальмівним зусиллям та управління гальмуванням, що дасть змогу забезпечити необхідну інтенсивність гальмування, виключити додаткові втрати та підвищити ефективність гальмування з можливістю наступного розгону за рахунок гальмівної енергії. 2 UA 83779 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель пояснюється кресленням, де наведено блок-схему, на якій прийняті позначення: 1 - контактний провід; 2 - струмоприймач; 3 - датчик положення стану струмознімача; 4 - датчик температури; 5 - датчик контролю механізму підйому та опускання струмознімача; 6 - детектор напруги; 7 - колесо; 8 - рельс; 9 - блок перемикання; 10 - блок управління; 11 - електродвигун; 12 - блок перетворення електричної енергії; 13 - датчик струму електродвигуна; 14 - датчик напруги електродвигуна; 15 - блок управління гальмівним зусиллям; 16 - блок управління гальмуванням/розгоном; 17 - датчик струму накопичувача; 18 - датчик напруги накопичувача; 19 - накопичувач; 20 - електровоз. Пристрій складається з (креслення) електровоза з електроприводом, контактний провід з'єднаний зі струмознімачем, який з'єднаний з механізмом підйому та датчиком положення, датчик температури з'єднаний зі струмознімачем у місці контакту з контактним проводом, вихід струмознімача з'єднаний з датчиком напруги та маршрутизатором електричної енергії, вихід якого з'єднаний з входом блока перетворення електричної енергії, другий вхід блока перетворення електричної енергії з'єднаний з колесом та рельсом, блок перетворення електроенергії з'єднаний через датчик струму з електричним двигуном та входом датчика напруги, електричний двигун механічно з'єднаний з колесом, блок перетворення електричної енергії з'єднаний з блоком управління входи якого з'єднані з виходами датчика температури, датчика положення та детектора напруги, другий вихід блока управління з'єднаний з керуючим входом маршрутизатора електричної енергії, третій вихід з'єднаний з механізмом підйому, блок перетворення з'єднаний з накопичувачем. Пристрій працює наступним чином. Режим розгону. Контактний провід (1), що отримує енергію від контактної мережі, з'єднаний з частиною струмоприймача (2), який підключений до електровоза (20). Струмоприймач (2) з'єднаний з блоком (9) перемикання, який виконує включення та відключення головного кола як маршрутизатор електричної енергії. Блок (10) управління отримує сигнали з датчика (3) по входу 2, що показує сигнал стану контактного проводу (2), по входу 3 сигнал з датчика (4), який контролює температуру дотику з контактним проводом (1) та сигнал по виходу 3 на датчик (5) контролю механізму підйому та опускання пантографа. Електродвигун (11) приводиться у дію блоком (12) перетворення електричної енергії, при цьому контролюються струм датчиком (13) та напруга датчиком (14) двигуна, який приводить у дію залізничний вагон (20), розміщеним у цьому електроприводі. Електродвигун (11), що отримує енергію від блока (12) перетворення електричної енергії, приводить у дію колесо (7), що рухається по рельсу (8) та передає енергію до блока (10) перетворення електричної енергії, який отримує сигнали з блока (9) перемикання, через який проходить енергія від контактної мережі через контактний провід (1) або від попередньо накопиченого накопичувача (19). Якщо накопиченої енергії достатньо у накопичувачі (19), то датчик (5) контролю механізму підйому та опускання пантографа подає сигнал до блока (10) управління, до блока (9) перемикання, який розмикає коло отримання енергії через контактний провід (1) від контактної мережі. Режим руху. Контактний провід (1), що отримує енергію від контактної мережі, з'єднаний з частиною струмоприймача (2), який підведений до електровоза (20). Струмоприймач (2) з'єднаний з блоком (9) перемикання, який виконує включення та відключення головного кола як маршрутизатор електричної енергії. Блок (10) управління отримує сигнали з датчика (3) по входу 2, що показує сигнал стану контактного проводу (2), по входу 3 сигнал з датчика (4), який контролює температуру дотику з контактним проводом (1), та сигнал по виходу 3 на датчик (5) контролю механізму підйому та опускання пантографа. Режим гальмування. Блок (10) управління подає сигнал з виходу 4 на блок (16) управління гальмування/розгоном по входу 3. Блок (15) управління гальмівним зусиллям отримує сигнал з виходу 1 блока (16) управління гальмуванням/розгоном, в результаті змінюється струм гальмування електродвигуна (11), контрольований датчиком струму (13) та струм накопичувача електричної енергії (19), контрольований датчиком струму (17). Датчик (18) напруги показує рівень накопленої енергії блока (16) управління гальмуванням/розгоном по входу 4. 3 UA 83779 U 5 Рівень накопленої енергії контролюють за рівнем напруги, за допомогою датчика напруги (18), вихід якого з'єднаний з входом 4 блока (14) управління гальмуванням/розгоном. Таким чином, даний пристрій дозволяє забезпечити безпечний рух електровоза на ділянці, яка має контактну мережу та ділянці без контактної мережі та забезпечує необхідну інтенсивність гальмування, виключення додаткових втрат та підвищення ефективності гальмування з можливістю наступного розгону за рахунок гальмівної енергії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 Пристрій накопичення електричної енергії тягового електротехнічного комплексу електровоза, що містить електровоз з електроприводом та пристрій подачі електричної енергії, при цьому контактний провід, з'єднаний зі струмознімачем, який встановлений на даху транспортного засобу, з'єднаним з механізмом підйому та датчиком положення, датчик температури з'єднаний зі струмознімачем у місці контакту з контактним проводом, вихід струмознімача з'єднаний з датчиком напруги та маршрутизатором електричної енергії, вихід якого з'єднаний з входом блока перетворення електричної енергії, другий вхід блока перетворення електричної енергії з'єднаний з колесом та рельсом, блок перетворення електроенергії з'єднаний через датчик струму з електричним двигуном та входом датчика напруги, електричний двигун механічно з'єднаний з колесом, блок перетворення електричної енергії з'єднаний з блоком управління, входи якого з'єднані з виходами датчика температури, датчика положення та детектора напруги, другий вихід блока управління з'єднаний з керуючим входом маршрутизатора електричної енергії, третій вихід з'єднаний з механізмом підйому, блок перетворення з'єднаний з накопичувачем, який відрізняється тим, що вихід блока перетворення електричної енергії з'єднаний з блоком управління гальмівним зусиллям, який з'єднано через датчик струму з накопичувачем та датчиком напруги накопичувача, блок управління гальмування/розгоном, входи якого з'єднані з виходами датчиків струму та напруги двигуна і накопичувача, виходом блока управління, вихід блока управління гальмуванням/розгоном з'єднаний з входом блока управління гальмівним зусиллям. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4