Преобразователи пассажирских вагонов

Введение

Под электрооборудованием понимается совокупность электротехнических устройств, которые при работе в соответствии со своим назначением производят, преобразуют, передают, распределяют и потребляют электрическую энергию. Вагонное электрооборудование (ВЭО) условно можно разделить на две группы: систему электроснабжения (СЭС) и потребители (приемники) электроэнергии. Системы электроснабжения производят, преобразуют, передают и распределяют электроэнергию. Потребители же перерабатывают ее в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую), непосредственно используемые для создания необходимых условий при перевозке пассажиров.

От надежной работы потребителей зависит качество обслуживания пассажиров. Потребители же смогут выполнить все предъявляемые к ним требования лишь в случае бесперебойной подачи к их цепям электроэнергии.

Выполнение последней задачи возложено на СЭС, которые призваны обеспечить вагонные потребители электроэнергией определенного вида, в необходимом количестве и заданного качества независимо от влияния внешних и внутренних мешающих факторов.

Вид электроэнергии определяется родом тока (постоянный, переменный), частотой и количеством фаз, а требуемое ее количество зависит от установленной мощности и количества потребителей с учетом одновременности их работы и условий пуска.

В любую СЭС входят: источники питания; устройства управления, регулирования и защиты, обеспечивающие их нормальное функционирование; а также распределительные устройства и проводные сети, по которым энергия от источников передается к потребителям и распределяется между ними.

Источников питания в вагонных СЭС, как правило, два: основной и вспомогательный - резервный. В зависимости от того, где расположен основной источник и сколько вагонов он обеспечивает энергией, различают: автономные системы электроснабжения (ЛСЭС) и централизованные (ЦЭС).

Большинство пассажирских вагонов, эксплуатируемых на дорогах России, оснащены АСЭС, в которых основным источником электроэнергии служит генератор, приводимый во вращение от оси колесной пары. Такие системы часто называют осевыми. Дополнительным источником в них является аккумуляторная батарея, от которой потребители питаются па стоянке.

Все автономные - осевые СЭС для питания вагонных потребителей вырабатывают номинальное напряжение 50 или 110В постоянного тока. Напряжение 110В используется в вагонах, оборудованных холодильными установками (вагоны с кондиционированием). Во всех остальных вагонах (без кондиционирования) используется напряжение 50В.

При ЦЭС все вагоны поезда питаются от единого источника.
Такими источниками могут быть дизель - генераторные установки, расположенные в вагоне - электростанции или на тепловозе, а также контактный провод на электрифицированных участках железных дорог. На дорогах России от синхронных генераторов вагона - электростанции по трехпроводной магистрали к поезду подается трехфазное напряжение 220/380В промышленной частоты 50Гц. От контактного же провода к поезду подается напряжение 3000В постоянного или однофазного переменного тока также промышленной частоты. При этом используется однопроводная магистраль. В первом случае (при трехфазном напряжении) рельс является нулевым проводом, во втором (при 3000В) обратным, по которому замыкается цепь питания поезда.

В России вагоны с ЦЭС до настоящего времени находит ограниченное применение. Система, с питанием от контактного провода до последнего времени использовалась только для отопления в зимний период. Питание же остальных - низковольтных потребителей при этой системе возможно лишь при оснащении вагонов специальными преобразователями. Поэтому  в вагонах, оборудованных высоковольтной магистралью, сохранялась в полном объеме низковольтная АСЭС с питанием от вагонного генератора.

Вагонные генераторы с аккумуляторной батареей в АСЭС,
генераторы вагона - электростанции и тепловоза, а также контактный провод на электрифицированных участках при ЦЭС вместе с коммутационной, регулирующей, защитной аппаратурой и проводными цепями образуют основную - первичную СЭС. Однако наряду с первичной и в вагонах с АСЭС, и в вагонах с ЦЭС устанавливают и вторичные системы электроснабжения.

Необходимость их применения, например в АСЭС, объясняется тем, что отдельные потребители вагона не могут непосредственно использовать энергию, вырабатываемую генератором и батареей. Вторичная СЭС, получая электроэнергию от первичной, преобразует ее в электроэнергию, параметры которой (род тока, частота, количество фаз) удовлетворяют условиям работы таких потребителей.

В вагонах с ЦЭС, получающих питание от высоковольтной
магистрали, вторичные СЭС позволяют преобразовать ее энергию и обеспечить питание низковольтных потребителей и заряд аккумуляторной батареи, выполняющей и здесь функции резервного источника питания. Вторичных СЭС на вагоне может быть несколько.

Среди требований, предъявляемых к любым системам электроснабжения, основным является обеспечение заданного уровня питающего напряжения в цепях потребителей независимо от мешающего влияния внешних и внутренних факторов. Для выполнения этого требования схемы АСЭС, например, снабжаются специальной аппаратурой регулирования, стабилизации,  защиты и переключения, которая поддерживает требуемый режим работы системы, а при возникновении аварийной ситуации производит все необходимые отключения и переключения.

Тем не менее, выходное напряжение, подаваемое источниками АСЭС к цепям потребителей, может меняться в достаточно широких пределах. В вагонах с АСЭС, в зависимости от ее типа, эти изменения достигают по отношению к номинальному значению ± 25...30%. Поэтому вторичные СЭС в таких системах кроме функций преобразования зачастую выполняют дополнительно и функции стабилизации.

В вагонах с ЦЭС на дорогах России напряжение однопроводной магистрали может меняться по отношению к номинальному в пределах +17, -20% в цепях переменного тока и ±33% в цепях постоянного тока. Поэтому в этих системах все необходимые функции стабилизации возложены на вторичные СЭС, которые для этого оснащают необходимыми аппаратами управления, регулирования и защиты.

Названные аппараты должны: обеспечить требуемую точность при поддержании заданных значений выходных параметров источников питания первичных и вторичных СЭС; иметь высокое быстродействие, исключающее вредное влияние на оборудование переходных и аварийных процессов, возникающих в цепях источников и потребителей; обладать высокой надежностью, малым весом и экономичностью (иметь высокий КПД и малую стоимость).

Всеми перечисленными свойствами в полной мере обладают устройства, выполненные на основе полупроводниковых элементов.

II. Назначение преобразователей