Устройство электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог
Владельцы патента RU 2762044:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (RU)
Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства электропитания, уменьшении стоимости устройства электропитания и снижении эксплуатационных расходов. Достигается тем, что устройство электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог образовано колесами проходящих вагонных тележек подвижного состава, движущихся по участку железнодорожного пути одного направления движения поездов, и постоянным магнитом с полюсами N и S, закрепленным на опоре, установленной в горизонтальном габарите приближения строений железнодорожного пути. Постоянный магнит имеет подковообразную форму и закреплен на опоре при помощи кронштейнов и таким образом, чтобы его полюса N и S были направлены на ряд колес, расположенных с одной стороны проходящих вагонных тележек. На постоянном магните намотана катушка индуктивности, выводы которой соединены с входами выпрямителя. Параллельно выходам выпрямителя подключен накопитель электрической энергии и входы нагрузки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к устройствам электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог, таких как нагрузки освещения остановочных пунктов и переездов, устройств связи, а также устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, регулирующих движение поездов.
Известны источники электропитания, в которых для питания нетяговых потребителей применяется система продольного электроснабжения (Электропитание устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи / Вл. В. Сапожников, И.П. Ковалев, В.А. Кононов, А.М. Костроминов, Б.С. Сергеев. - М.: Маршрут, 2005. - С. 220, рис. 7.3), включающая в себя источники электроэнергии, трансформаторные подстанции, протяженные линии электропередачи, проложенные вдоль путей, однофазные понижающие трансформаторы, выходное напряжение которых подключается к нагрузке нетяговых потребителей.
Недостатком подобных источников и систем электропитания является их большая стоимость при строительстве протяженных линий электропередачи, а также высокие эксплуатационные расходы на высоковольтное оборудование.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является источник электропитания устройств железнодорожной автоматики (Патент RU 2706851 С1, МПК B61L 1/04, опубл. 21.11.2019 бюл. №33), содержащий выпрямитель, выход которого подключен к емкостному накопителю энергии и к нагрузке, и образованный проходящими колесными парами, первым и вторым рельсами железнодорожного пути одного направления движения поездов, между шейками которых введен постоянный магнит с полюсами N и S, на котором расположена катушка индуктивности, выводы которой соединены с входами выпрямителя.
Недостатком этого источника электропитания является необходимость сверления отверстий в шейках рельсов и выполнения магнита специальной формы с резьбовым креплением к шейкам рельсов. Это обусловливает снижение надежности работы рельсов, увеличение капитальных вложений и эксплуатационных расходов. Кроме того, наличие постоянного магнита в пределах нижнего габарита подвижного состава определяет возможность его повреждения, например, при движении над устройством снегоочистительного механизма или другого аналогичного устройства.
Технической задачей изобретения является создание устройства, способного обеспечить электропитанием устройства рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог.
Технический результат - повышение надежности работы устройства электропитания, уменьшение стоимости устройства электропитания и снижение эксплуатационных расходов.
В устройстве электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог, содержащем выпрямитель, выход которого подключен к накопителю электрической энергии и к нагрузке, постоянный магнит с полюсами N и S, на котором расположена катушка индуктивности, выводы которой соединены с входами выпрямителя, согласно изобретению, постоянный магнит имеет подковообразную форму и закреплен на опоре, установленной в горизонтальном габарите приближения строений железнодорожного пути, при этом устройство электропитания образовано колесами проходящих вагонных тележек подвижного состава, движущихся по участку железнодорожного пути одного направления движения поездов, причем постоянный магнит закреплен на опоре таким образом, чтобы его полюса N и S были направлены на ряд колес, расположенных с одной стороны проходящих вагонных тележек.
Постоянный магнит закреплен на опоре при помощи кронштейнов.
Сущность изобретения поясняется фигурой.
На фигуре приведена схема устройства электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог.
Устройство электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог образовано колесами 1 проходящих вагонных тележек подвижного состава, движущихся по участку железнодорожного пути 2 одного направления движения поездов, и постоянным магнитом 7 с полюсами N и S, закрепленном на опоре 4, установленной в горизонтальном габарите приближения строений железнодорожного пути 3. Постоянный магнит 7 имеет подковообразную форму и закреплен на опоре 4 при помощи кронштейнов 5 и 6 таким образом, чтобы его полюса N и S были направлены на ряд колес 1, расположенных с одной стороны проходящих вагонных тележек. На постоянном магните 7 намотана катушка индуктивности 8, выводы которой соединены с входами выпрямителя 9. Параллельно выходам выпрямителя 9 подключен накопитель электрической энергии 10 и входы нагрузки 11. В качестве накопителя электрической энергии могут использоваться известные аккумуляторы или суперконденсаторы. Нагрузкой 11 являются устройства рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог. К ним относятся установки, принадлежащие всем службам дороги, механизмы и инструменты, для работы которых необходима электроэнергия, а также освещение платформ, переездов и других объектов.
При проследовании по участку железнодорожного пути 2 колес 1 вагонных тележек подвижного состава в конструкции показанной схемы возникает переменный магнитный поток 12, показанный пунктирной линией, который изменяется благодаря чередованию магнитной проницаемости колес 1 вагонных тележек при последовательном проследовании вагонов подвижного состава по участку железнодорожного пути 2.
Устройство электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог работает следующим образом.
При отсутствии прохождения вагонов с колесами 1 вагонных тележек на участке железнодорожного пути 2, постоянный магнитный поток 12, создаваемый постоянным магнитом 7, замыкается через воздух, магнитная проницаемость которого равна единице. Выходное напряжение на катушке индуктивности 8 равно нулю. Напряжение на накопителе электрической энергии 10, а, следовательно, и на входе нагрузки 11 поддерживается неизменным за счет остаточного накопленного напряжения на накопителе электрической энергии 10, которое было накоплено во время движения вагона с колесами 1 вагонных тележек по участку железнодорожного пути 2.
При прохождении колес 1 вагонных тележек в магнитном поле постоянного магнита 7, установленного на опоре 4 в горизонтальном габарите приближения строений железнодорожного пути 3, замкнутый магнитный поток 12 увеличивается за счет большей магнитной проницаемости металлических колес 1 вагонных тележек. По мере проследования колес 1 вагонных тележек подвижного состава в магнитном поле постоянного магнита 7, магнитный поток изменяется во времени. В соответствии с законом электромагнитной индукции на выводах катушки индуктивности 8 образуются импульсы разнополярного напряжения. После преобразования этого напряжения выпрямителем 9 импульсы напряжения подзаряжают накопитель электрической энергии 10, чем обеспечивается электропитание нагрузки 11.
Достаточная энергетическая эффективность рассматриваемой схемы устройства электропитания обеспечивается за счет того, что при продвижении по участку железнодорожного пути 2 колес 1 вагонных тележек подвижного состава в магнитном поле постоянного магнита 7 количество этапов времени появления импульсов выходного напряжения составляет несколько десятков-сотен колес 1 вагонных тележек подвижного состава. Это будет соответствовать аналогичному увеличению мощности, накапливаемой в накопителе электрической энергии 10. Поэтому рассматриваемая схема может обеспечить нагрузку 11 электропитанием мощностью в несколько единиц-десятков Ватт, что вполне достаточно для обеспечения работоспособности многих устройств рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог.
Повышение надежности приведенной схемы устройства электропитания достигается путем крепления постоянного магнита 7 на опоре 4 через кронштейны 5 и 6 в горизонтальном габарите приближения строений железнодорожного пути 3.
Таким образом, источником энергии для питания нагрузки 11 является процесс движения колес 1 вагонных тележек подвижного состава, которые движутся по участку железнодорожного пути 2 одного направления движения поездов в магнитном поле постоянного магнита 7 с катушкой индуктивности 8, выпрямителем 9, накопителем электрической энергии 10 и нагрузкой 11.
Следовательно, для питания нагрузки не требуется внешних источников электроснабжения, которые существуют в известных системах электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог. Этим достигается уменьшение стоимости устройства электропитания и снижение эксплуатационных расходов.
1. Устройство электропитания рассредоточенных нетяговых потребителей железных дорог, содержащее выпрямитель, выход которого подключен к накопителю энергии и к нагрузке, постоянный магнит с полюсами N и S, на котором расположена катушка индуктивности, выводы которой соединены с входами выпрямителя, отличающееся тем, что постоянный магнит имеет подковообразную форму и закреплен на опоре, установленной в горизонтальном габарите приближения строений железнодорожного пути, при этом устройство электропитания образовано колесами проходящих вагонных тележек подвижного состава, движущихся по участку железнодорожного пути одного направления движения поездов, причем постоянный магнит закреплен на опоре таким образом, чтобы его полюса N и S были направлены на ряд колес, расположенных с одной стороны проходящих вагонных тележек.
2. Устройство электропитания по п. 1, отличающееся тем, что постоянный магнит закреплен на опоре при помощи кронштейнов.
