RU145666U1 - RESISTOR BLOCK FOR PUBLIC ELECTRIC TRANSPORT - Google Patents

Abstract

1. Блок резисторов для общественного электротранспорта, имеющий установленные в виде рядов резистивные элементы в опорно-крепёжной арматуре, электрически и механически соединенные между собой, и имеющий токовыводы, соединённые с узлом электрических подключений, отличающийся тем, что каждый из рядов резистивных элементов составлен из вертикально ориентированных воздухопрозрачных спиралей, навитых из круглой тугоплавкой формодержащей металлической проволоки диаметром 1,5-5 мм, с шагом спирали не менее 1,5 диаметров проволоки и диаметром навивки не более 12 диаметров проволоки, причем спирали установлены между верхними и нижними токоведущими держателями и закреплены на них через свои крайние витки.2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что он имеет кожух с противолежащими входным и выходным отверстиями, при этом по периметру отверстия, по крайней мере, входного, размещен концентратор охлаждающего воздушного потока с профилировано оформленными гранями, образующими обращенный вглубь рупорообразный канал для прохода воздуха.3. Блок по п. 2, отличающийся тем, что опорно-крепёжная арматура включает два каркаса - внешний для кожуха и внутренний для держателей с резистивными элементами, при этом каждый из каркасов имеет стойки из толстостенного прочного металла и горизонтальные верхние и нижние рамообразные крепежные пластины.4. Блок по п. 3, отличающийся тем, что внешний и внутренний каркасы одновременно разделены электрически и соединены механически керамическими изоляторами с развитой поверхностью, образующими дополнительный - второй контур изоляции.1. The resistor block for public electric transport, having resistive elements installed in rows in support fixtures, electrically and mechanically interconnected, and having current outputs connected to an electrical connection unit, characterized in that each of the rows of resistive elements is composed of vertically oriented translucent spirals wound from a round refractory shaped metal wire with a diameter of 1.5-5 mm, with a spiral pitch of at least 1.5 wire diameters and diameter avivki not more than 12 wire diameters, the helix installed between upper and lower conductive holders and secured to them through their extreme vitki.2. The block according to claim 1, characterized in that it has a casing with opposite inlet and outlet openings, and a cooling air flow concentrator with profiled decorated faces is formed around the perimeter of the opening, at least of the inlet, forming a horn-shaped channel for deep air passage .3. The block according to claim 2, characterized in that the support and mounting reinforcement includes two frames - an external one for the casing and an internal one for holders with resistive elements, each of the frames having racks made of thick-walled strong metal and horizontal upper and lower frame-shaped mounting plates. . The block according to claim 3, characterized in that the outer and inner frames are simultaneously electrically separated and mechanically connected by ceramic insulators with a developed surface, forming an additional - second insulation loop.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к конструкции блока резисторов в электротранспорте и может быть* использована для разработки изделий этого вида - как в городском электротранспорте, включая и метро, так и в пригородных электропоездах.The utility model relates to electrical engineering, in particular, to the design of a resistor block in electric vehicles and can be * used to develop products of this kind - both in urban electric vehicles, including the metro, and in suburban electric trains.

Блоки резисторов служат в качестве дополнительной нагрузки, включаемой в цепь тягового электродвигателя при его электродинамическом торможении, обеспечивая необходимое рассеивание избыточной энергии, возникающей при переходе электродвигателя из двигательного в генераторный режим.The resistor blocks serve as an additional load that is included in the traction motor circuit during its electrodynamic braking, providing the necessary dissipation of excess energy arising from the transition of the motor from the motor to the generator mode.

Известны блоки резисторов, используемых в системах торможения электротранспорта:Known resistor blocks used in braking systems of electric vehicles:

- свидетельство RU на полезную модель №17658 «Модуль тормозных резисторов для электроподвижного состава»;- RU certificate for utility model No. 17658 “Braking resistor module for electric rolling stock”;

- свидетельство RU на полезную модель №22918 «Тормозной резистор для вагонов метрополитена»;- RU certificate for utility model No. 22918 "Braking resistor for subway cars";

- патент RU на изобретение №2195034 «Модуль нагрузочных резисторов (варианты)».- RU patent for the invention No. 2195034 "Module load resistors (options)".

В названных выше технических решениях резистивные элементы выполнены в виде трубчатых электронагревателей (ТЭНов).In the above technical solutions, resistive elements are made in the form of tubular electric heaters (TENOV).

Вариант конструкции с использованием ТЭНов с технической точки зрения удобен тем, что в них легко осуществить качественней кондуктивный теплоотвод от оболочки ТЭНа на его оребрение или на стандартный воздушный радиатор. А уже с этих элементов организовать качественный конвективный теплоотвод с помощью потока воздуха, обусловленного движением электрического транспортного средства. Однако с технической точки зрения этот подход практически неприемлем по целому ряду причин.A design variant with the use of heating elements from a technical point of view is convenient in that it is easy to carry out better conductive heat removal from the heating element shell to its fins or to a standard air radiator. And already from these elements to organize a high-quality convective heat sink using an air stream due to the movement of an electric vehicle. However, from a technical point of view, this approach is practically unacceptable for a number of reasons.

Прежде всего, ТЭН - это очень инерционный элемент, в котором энергия в стационарном режиме работы (даже при интенсивном теплоотводе с его поверхности) постепенно накапливается в его внутренних областях. После отключения напряжения нагрева ТЭНа тепло с его поверхности нужно еще какое-то время снимать. Так на тепловентиляторах с нагревательными элементами на ТЭНах специально вводят время задержки выключения вентилятора после отключения напряжения нагрева. Если этого не делать, температура поверхности (оболочки) ТЭНа будет нарастать после его выключения. Это будет иметь место, поскольку аккумулированная в нем тепловая энергия будет выравниваться по объему ТЭНа (перераспределяться от внутренних элементов - нагревательной спирали и т.п.- к поверхности), а съем тепла с поверхности при остановке вентилятора уже прекратится.First of all, the heater is a very inertial element in which energy in a stationary mode of operation (even with intense heat removal from its surface) gradually accumulates in its internal regions. After turning off the heating voltage of the heating element, heat from its surface needs to be removed for some more time. So on fan heaters with heating elements on the heating elements, the delay time for turning off the fan after switching off the heating voltage is specially introduced. If this is not done, the temperature of the surface (shell) of the heating element will increase after it is turned off. This will take place, since the thermal energy accumulated in it will be equalized in the volume of the heating element (redistributed from the internal elements - the heating coil, etc. - to the surface), and the removal of heat from the surface when the fan stops is already stopped.

В данном случае напряжение на ТЭНы будет подано в начале цикла торможения. После этого мощность, выделяемая в ТЭНе, будет нарастать. Она максимальна примерно в середине цикла торможения. В результате энергия в нем будет все это время накапливаться, а съем тепла с поверхности будет практически еще нулевым, поскольку тепло не успеет перераспределиться по объему и не поступит на поверхность (оболочку) ТЭНа.In this case, the voltage to the heating elements will be applied at the beginning of the braking cycle. After that, the power allocated in the heating element will increase. It is maximum around the middle of the braking cycle. As a result, the energy in it will accumulate all this time, and the removal of heat from the surface will be practically still zero, since the heat will not have time to redistribute in volume and will not reach the surface (shell) of the heating element.

К тому времени, когда тепло начнет поступать на оболочку, троллейбус или трамвай уже остановятся (время разогрева ТЭНа - 5÷10 минут, а время торможения - не более 20 секунд), охлаждающий резистивные элементы воздух уже не будет поступать в блок тормозных резисторов. Соответственно ТЭНы будут нагреваться дальше со всеми вытекающими отсюда проблемами по надежности, долговечности и тепловому режиму эксплуатации окружающих блок других элементов трамвая и троллейбуса.By the time heat starts to flow to the shell, the trolleybus or tram will have stopped (heating time of the heating element is 5 ÷ 10 minutes, and the braking time is not more than 20 seconds), the air cooling the resistive elements will no longer enter the block of brake resistors. Accordingly, the heating elements will continue to heat up with all the ensuing problems in terms of reliability, durability and thermal operation of the other tram and trolleybus elements surrounding the unit.

Кроме того, максимальная теплорассеивающая способность воздушных ТЭНов не превышает, как правило, 3 кВт, а рассеиваемая в блоке тормозных резисторов в режиме торможения мощность достигает в пике нескольких сотен киловатт. Таким образом, блок тормозных резисторов должен будет строиться из не менее, чем 100÷150 ТЭНов, каждый со своим радиатором (или по несколько штук в каждом радиаторе, но, разумеется, с отдельной установкой каждого ТЭНа).In addition, the maximum heat dissipation capacity of air heating elements does not exceed, as a rule, 3 kW, and the power dissipated in the block of braking resistors in the braking mode reaches a peak of several hundred kilowatts. Thus, the block of braking resistors will have to be built of no less than 100 ÷ 150 heating elements, each with its own radiator (or several pieces in each radiator, but, of course, with a separate installation of each heating element).

В результате получится очень массивная и габаритная конструкция с огромной трудоемкостью изготовления и лишь ради того, чтобы создать устройство, неприемлемое с позиций надежности, долговечности и теплового режима эксплуатации окружающих блок других элементов трамвая и троллейбуса.The result is a very massive and dimensional design with enormous laboriousness of manufacture and only in order to create a device that is unacceptable from the standpoint of reliability, durability and thermal operation of the other tram and trolleybus elements surrounding the block.

Известны также конструкции, в которых блок резисторов помещен в корпус, образующий канал с входом и выходом воздуха, и выполнен в виде навитой ленты высокого удельного сопротивления с токоотводами:There are also known designs in which the resistor block is placed in a housing that forms a channel with air inlet and outlet, and is made in the form of a wound tape of high resistivity with down conductors:

- В.К. Калинин «Электровозы и электропоезда», М: Транспорт, 1991;- VK. Kalinin "Electric locomotives and electric trains", M: Transport, 1991;

- авторское свидетельство SU №1327195 «Мощный воздухоохлаждаемый резистор»,- copyright certificate SU No. 1327195 "Powerful air-cooled resistor",

- авторское свидетельство SU №1647665 «Блок резисторов»,- copyright certificate SU No. 1647665 "Block of resistors",

- патент RU на полезную модель №112492 «Блок резисторов с принудительным охлаждением»,- RU patent for utility model No. 112492 "Block of resistors with forced cooling",

- патент RU на изобретение №2115966 «Резистивный блок».- RU patent for the invention No. 21115966 "Resistive block".

Перечисленные выше в данном перечне конструкции имеют свои серьезные ограничения, связанные в основном с малой механической формоустойчивостью ленточной спирали. В рамках этой конструкцич ленточную проволоку для пространственной локализации сопротивления навивают «на ребро», получая таким образом спираль с очень малым декрементом затухания в диапазоне возникающих в составе транспортного средства вибраций.The designs listed above in this list have their own serious limitations, associated mainly with the low mechanical shape stability of the tape spiral. Within the framework of this design, a ribbon wire for spatial localization of resistance is wound “on the edge”, thereby obtaining a spiral with a very small attenuation decrement in the range of vibrations occurring in the vehicle.

Однако сами изоляторы внесли в эту композицию целый ряд существенных недостатков.However, the insulators themselves introduced into this composition a number of significant drawbacks.

Во-первых, эти изоляторы достаточно габаритны и массивны, что многократно увеличивает общий объем конструкции и массу блоков.Firstly, these insulators are sufficiently large and massive, which greatly increases the total volume of the structure and the mass of blocks.

Во-вторых, они существенно ухудшают теплоотвод от блоков по следующим причинам:Secondly, they significantly worsen the heat sink from the blocks for the following reasons:

- высококачественный кондуктивный теплоотвод от спирали на керамические изоляторы практически невозможен в силу слабого теплового контакта между спиралью и изоляторами в такой конструкции;- high-quality conductive heat removal from the spiral to ceramic insulators is practically impossible due to weak thermal contact between the spiral and the insulators in this design;

- конвективный теплоотвод в такой конструкции также невозможен, поскольку сами изоляторы создают большое аэродинамическое сопротивление потоку охлаждающего (при движении транспортного средства) воздуха и, кроме того, большая часть диаметра витков ленточной спирали попадает в такой конструкции в аэродинамическую тень от изоляторов;- convective heat removal in this design is also impossible, because the insulators themselves create a large aerodynamic resistance to the flow of cooling (when the vehicle is moving) air and, in addition, most of the diameter of the turns of the tape spiral falls into this aerodynamic shadow from the insulators;

- тепло, накопившееся за счет механизмов теплоемкости в самих изоляторах (даже через слабые механизмы кондуктивной теплопередачи), с самих изоляторов в силу изложенных выше причин снимается достаточно медленно;- the heat accumulated due to the heat capacity mechanisms in the insulators themselves (even through weak conductive heat transfer mechanisms), is removed rather slowly from the insulators themselves due to the reasons stated above;

- в результате тепло не успевает полностью перейти в поток охлаждающего воздуха за время движения от начала торможения до полной остановки (конца электрического торможения).- as a result, the heat does not have time to completely transfer to the flow of cooling air during the movement from the start of braking to a complete stop (end of electric braking).

Из практики известно, что блоки резисторов такой конструкции постоянно перегреваются - при торможении трамваев, троллейбусов, электропоездов температура их достигает 550÷600°C (до белого свечения). Кроме того, если использовать для изготовления этих массивных изоляторов высококачественную керамическую массу с высоким содержанием оксида алюминия, цена блоков силовых резисторов будет неприемлемо большой. Поэтому используют, как правило, низкокачественную керамическую массу с малым содержанием оксида алюминия. Такие изоляторы имеют низкую механическую прочность, растрескиваются и рассыпаются в процессе эксплуатации от возникающих при этом сильных термических ударов, а это уже создает электрическую и пожарную опасность для всего транспортного средства в целом.It is known from practice that resistor blocks of this design constantly overheat - when braking trams, trolleybuses, electric trains, their temperature reaches 550 ÷ 600 ° C (to a white glow). In addition, if you use high-quality ceramic material with a high content of aluminum oxide to manufacture these massive insulators, the price of power resistor blocks will be unacceptably high. Therefore, as a rule, a low-quality ceramic mass with a low content of aluminum oxide is used. Such insulators have low mechanical strength, crack and crumble during operation from the resulting strong thermal shock, and this already creates an electrical and fire hazard for the entire vehicle as a whole.

Наиболее близким аналогом заявляемого блока является блок тормозных резисторов (см. прилагаемое фото на фиг. 5), изготовляемый заводом ЗАО «Тролза»^* (^*Завод производит троллейбусы с 1951 года, общий выпуск составил более 60 тысяч троллейбусов. Средний выпуск в год порядка 200-300 штук. Одна из моделей троллейбусов, выпускаемых ЗАО «Тролза» (Саратовская область, г. Энгельс, http://trolza.ru/) - "ЗиУ-682Г-016", является самой выпускаемой в мире. Троллейбусы этой марки разошлись по всему миру, став не только визитной карточкой предприятия, но и символом России как троллейбусной державы. За 2012 год произведено 314 троллейбусов. Часть продукции экспортировалась и экспортируется в самые разные страны. За 2013 год объем выпуска продукции составил порядка четырехсот штук.) в г. Энгельсе, совместно с которым данный Заявитель (ООО «Этна») проводил исследования разнообразных конструкций силовых и тормозных блоков и часть выводов нашла отражение при описании их недостатков и недоработок в данной заявке. Кроме того Заявителю была поручена разработка конструкции тормозного блока, свободного от выявленных недостатков.The closest analogue of the claimed block is a block of brake resistors (see the attached photo in Fig. 5), manufactured by the Trolza plant ^* ( ^* The plant has been producing trolleybuses since 1951, the total production amounted to more than 60 thousand trolleybuses. The average output per year is about 200 -300 pieces. One of the models of trolleybuses manufactured by CJSC Trolza (Saratov Region, Engels, http://trolza.ru/) - "ZiU-682G-016", is the most produced in the world. Trolleybuses of this brand sold around the world, becoming not only a business card of the enterprise, but also a symbol of Russia as trolleybus power. 314 trolleybuses were produced in 2012. Some of the products were exported and exported to various countries. In 2013, the output amounted to about four hundred pieces.) in the city of Engels, together with which this Applicant (Etna LLC) conducted research various designs of power and brake blocks and some of the conclusions were reflected in the description of their shortcomings and shortcomings in this application. In addition, the Applicant was entrusted with the development of the design of the brake unit, free from identified shortcomings.

Недостатки наиболее близкого аналога те же, что и у других конструкций блоков с резистивными элементами из навитой ленты высокого удельного сопротивления, описанных выше.The disadvantages of the closest analogue are the same as that of other designs of blocks with resistive elements from a wound tape of high specific resistance described above.

Задачей заявляемой полезной модели является снижение рабочей температуры блока резисторов при снижении их габаритов и массы.The objective of the claimed utility model is to reduce the operating temperature of the resistor block while reducing their size and weight.

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в блоке резисторов для общественного электротранспорта, имеющем установленные в виде рядов резистивные элементы в опорно-крепежной арматуре, электрически и механически соединенные между собой и имеющем токовыводы, соединенные с узлом электрических подключений, каждый из рядов резистивных элементов составлен из вертикально ориентированных воздухопрозрачных спиралей, навитых из круглой тугоплавкой формодержащей металлической проволоки диаметром 1,5-5 мм, с шагом спирали не менее 1,5 диаметров проволоки, диаметром навивки не более 12 диаметров проволоки, причем спирали установлены между верхними и нижними токоведущими держателями и закреплены на них через свои крайние витки.The essence of the claimed utility model lies in the fact that in the resistor block for public electric transport, which has resistive elements installed in rows in support fixtures, is electrically and mechanically connected to each other and has current outputs connected to the electrical connection unit, each of the series of resistive elements composed of vertically oriented translucent spirals wound from a round refractory shaped metal wire with a diameter of 1.5-5 mm, with a spiral pitch of not less than its 1.5 diameters of the wire, the diameter of the winding is not more than 12 diameters of the wire, and the spirals are installed between the upper and lower current-carrying holders and fixed to them through their extreme turns.

Кроме того заявляется блок с вышеназванными особенностями, имеющий кожух с противолежащими входным и выходным отверстиями, при этом по периметру отверстия, по крайней мере, входного, размещен концентратор охлаждающего воздушного потока с профилировано оформленными гранями, образующими обращенный вглубь рупорообразный канал для прохода воздуха.In addition, a block with the above-mentioned features is claimed, having a casing with opposite inlet and outlet openings, while a perimeter of at least an inlet is placed around the perimeter of the opening of the cooling air flow concentrator with shaped edges forming inward a horn-shaped channel for air passage.

Заявляется также блок с вышеназванными особенностями, в котором опорно-крепежная арматура включает два каркаса - внешний для кожуха, и внутренний для держателей с резистивными элементами, при этом каждый из каркасов имеет стойки из толстостенного прочного металла и горизонтальные верхние и нижние рамообразные крепежные пластины.A block with the abovementioned features is also claimed, in which the support and mounting reinforcement includes two frames - an external one for the casing and an internal one for holders with resistive elements, each of the frames having racks made of thick-walled strong metal and horizontal upper and lower frame-shaped mounting plates.

Кроме того внешний и внутренний каркасы одновременно разделены электрически и соединены механически керамическими изоляторами с развитой поверхностью, образующими дополнительный контур изоляции.In addition, the outer and inner frames are simultaneously electrically separated and mechanically connected by ceramic insulators with a developed surface, forming an additional insulation loop.

Технический результат заявляемого решения.The technical result of the proposed solution.

Главным конструктивным отличием заявляемой конструкции является оригинальное выполнение резисторов в виде воздухопрозрачных спиральных конструкций, что осуществлено навивкой их из прочной формодержащей круглой фехралевой проволоки, установленных в готовой конструкциии в блок в виде вертикально ориентированных спиралей, расположенных между нижними и верхними держателями и закрепленными на них (по типу положения каждой стоя) вдоль вертикальной стороны блока, а не так, как во всех описанных аналогах-конструкций - при ориентации сформированных спиралей в положении лежа вдоль горизонтальной стороны блока.The main structural difference of the claimed design is the original design of the resistors in the form of translucent spiral structures, which is carried out by winding them from a solid shaped round Fechral wire installed in the finished structure and in a block in the form of vertically oriented spirals located between the lower and upper holders and fixed to them (by type of position of each standing) along the vertical side of the block, and not as in all the described analogs-constructions - when orienting spirals in a lying position along the horizontal side of the block.

Из описанного в пункте «Сущность заявляемого решения» видна причинно-следственная связь новых конструктивных приемов и модификации узлов, которые дают значительный выигрыш в достижении поставленных задач - снижении рабочей температуры эксплуатации блока резисторов при снижении одновременно его массы и габаритов.From the “Essence of the claimed solution” described in the paragraph, a causal relationship of new design methods and modification of nodes is visible, which give a significant gain in achieving the objectives - lowering the operating temperature of the operation of the resistor unit while reducing its weight and dimensions.

В отличие от используемых ранее конструкций предлагаемая конструкция на воздухопрозрачных спиральных элементах представляется гораздо более надежной в конструктивном и технологическом плане.Unlike previously used designs, the proposed design on translucent spiral elements seems to be much more reliable in terms of design and technology.

Кроме придания конструкции каждой из спиралей свойств воздухопрозрачности (без заполнения внутри стержневыми керамическими изоляторами) и значительного облегчения только за счет этого приема массы блока в целом, необходимо учесть важное отличие держателей спиралей - они выполнены в виде токоведущих конструкций, являющихся звеньями общей электрической цепи, соединяющей все элементы-резисторы. Подобного ни в одном из аналогов, описанных в обзоре данной заявки, до этого не было известно.In addition to imparting air-tightness properties to each spiral design (without filling inside with ceramic rod insulators) and significantly facilitating this only by taking the mass of the block as a whole, it is necessary to take into account the important difference between the spiral holders - they are made in the form of current-carrying structures that are links in a common electrical circuit connecting all resistor elements. Similar to none of the analogues described in the review of this application, before this was not known.

Круглая толстая проволока гораздо жестче ленточной, декремент затухания механических колебаний навитой из нее спирали гораздо больше. За счет правильного выбора натяжения спирали удается полностью вывести механические резонансы за диапазон частот вибраций транспортного средства.A round thick wire is much stiffer than a ribbon wire, the decrement of the damping of mechanical vibrations of the spiral wound from it is much larger. Due to the correct choice of the spiral tension, it is possible to completely derive mechanical resonances beyond the frequency range of the vehicle’s vibration.

Прозрачные спирали практически не создают аэродинамического сопротивления потоку охлаждающего их воздуха; при этом все их витки и все элементы каждого витка охлаждаются этим потоком (в такой конструкции в аэродинамическую тень не попадает практически ни один из подвергающихся нагреву элементов). В результате удается на сотни градусов снизить температуру резисторов, довести температуру имеющегося в предлагаемой конструкции кожуха практически до температуры окружающей среды, обеспечить высокую надежность и долговечность конструкции. И, кроме того, за счет отсутствия в предлагаемой конструкции массивных, габаритных керамических изоляторов для фиксации витков спирали, удается значительно снизить габариты и массу блоков.Transparent spirals practically do not create aerodynamic resistance to the flow of cooling air; at the same time, all their turns and all elements of each turn are cooled by this flow (in such a design, practically none of the elements exposed to heating gets into the aerodynamic shadow). As a result, it is possible to reduce the temperature of the resistors by hundreds of degrees, bring the temperature of the casing in the proposed design to almost ambient temperature, and ensure high reliability and durability of the structure. And, in addition, due to the lack of massive, dimensional ceramic insulators in the proposed design for fixing spiral coils, it is possible to significantly reduce the dimensions and weight of the blocks.

Еще один важный эффект удается получить за счет того, что в предлагаемой конструкции суммарная индуктивность примерно в 6 раз ниже, чем на блоке предшествующей конструкции. За счет этого в наиболее распространенных в настоящее время транспортных средствах с транзисторным управлением существенно расширяется диапазон тормозного усилия. Соответственно расширяется и диапазон скоростей, в котором работает электрическое торможение.Another important effect can be obtained due to the fact that in the proposed design, the total inductance is approximately 6 times lower than on the block of the previous design. Due to this, in the currently most common vehicles with transistor control, the range of braking force is significantly expanded. Accordingly, the range of speeds in which electric braking works also expands.

Итак, кратко технические преимущества заключаются:So, briefly the technical advantages are:

- в повышении удельной мощности рассеяния за счет увеличения прозрачности конструкции, что позволило обеспечить значительное снижение габаритов и массы устройства;- to increase the specific power dissipation by increasing the transparency of the structure, which allowed to ensure a significant reduction in the dimensions and mass of the device;

- в устранении сильных локальных перегревов резисторов и корпуса блока, снижении рабочей температуры резисторов и корпуса блока (температура которого в этой конструкции практически не отличается от температуры окружающей среды). Следствием этого явилось значительное повышение надежности и долговечности блока и улучшение условий эксплуатации, увеличение срока службы близлежащих к нему элементов конструкций различных электрических транспортных средств;- in eliminating strong local overheating of the resistors and the block body, lowering the operating temperature of the resistors and the block body (the temperature of which in this design is almost the same as the ambient temperature). The consequence of this was a significant increase in the reliability and durability of the unit and an improvement in operating conditions, an increase in the service life of structural elements of various electric vehicles adjacent to it;

- еще одним следствием облегчения температурного режима и увеличения устойчивости блока к механическим и термомеханическим воздействиям явилось значительное повышение его электрической и пожарной безопасности;- Another consequence of facilitating the temperature regime and increasing the resistance of the unit to mechanical and thermomechanical influences was a significant increase in its electrical and fire safety;

- к важным техническим преимуществам можно отнести также обеспечение более плавного электрического торможения в более широком диапазоне скоростей транспортного средства, что кроме комфорта водителя и пассажиров обеспечивает еще и снижение нагрузки на устройства механического торможения.- important technical advantages include also providing smoother electrical braking in a wider range of vehicle speeds, which, in addition to the comfort of the driver and passengers, also provides a reduction in the load on mechanical braking devices.

Заявляемое устройство поясняется с помощью Фиг. 1-4, на которых представлены:The inventive device is illustrated using FIG. 1-4, on which are presented:

фиг. 1 - вид спереди заявляемого устройства;FIG. 1 is a front view of the inventive device;

фиг. 2 - вид сзади заявляемого устройства;FIG. 2 is a rear view of the inventive device;

фиг. 3 - вид сзади одной из модификаций заявляемого устройства с вынесенным за кожух узлом электрических подключений;FIG. 3 is a rear view of one of the modifications of the claimed device with a remote assembly of electrical connections;

фиг. 4 - группа параллельно соединенных спиралей.FIG. 4 - a group of parallel connected spirals.

На всех фиг. позициями 1-27 обозначены:In all of FIG. positions 1-27 are indicated:

1 - резистивный элемент;1 - resistive element;

2 - ряды резистивных элементов;2 - rows of resistive elements;

3 - нижний держатель;3 - lower holder;

4 - верхний держатель;4 - upper holder;

5 - проволока спирали;5 - spiral wire;

6 - изолятор внутреннего (первого) контура изоляции;6 - insulator of the internal (first) insulation loop;

7 - крайние витки спиралей;7 - extreme turns of spirals;

8 - внутренний каркас;8 - inner frame;

9 - внешний каркас;9 - external frame;

10 - кожух;10 - a casing;

11 - входное отверстие;11 - inlet;

12 - выходное отверстие;12 - outlet;

13 - концентратор воздушного потока;13 - air flow concentrator;

14 - грани концентратора;14 - facets of the concentrator;

15 - защитная сетка;15 - a protective grid;

16 - рамообразная крепежная пластина;16 - frame-shaped mounting plate;

17 - изолятор внешнего (второго) контура изоляции с развитой поверхностью;17 - insulator of the external (second) insulation loop with a developed surface;

18 - токовыводы;18 - current outputs;

19 - резьбовое соединение спиралей с держателями;19 - threaded connection of spirals with holders;

20 - вставка для усиления каркаса;20 - insert for reinforcing the frame;

21 - П-образная скоба;21 - U-shaped bracket;

22 - маломощный резистор;22 - low power resistor;

23 - опора;23 - support;

24 - стойка внешнего каркаса;24 - the rack of the outer frame;

25 - технологическое отверстие;25 - technological hole;

26 - болт заземления;26 - grounding bolt;

27 - узел электрических подключений.27 - node electrical connections.

Блок резисторов для электрического общественного транспорта содержит резистивные элементы 1 в виде воздухопрозрачных спиралей. Резистивные элементы 1 расположены рядами 2 в опорно-крепежной арматуре и закреплены с торцевых сторон на токопроводящих держателях - верхнем 3 и нижнем 4, выполненных в виде горизонтальных пластин, установленных горизонтальными рядами внутри блока. Воздухопрозрачные спирали резистивных элементов 1 выполнены из круглой высокоомной проволоки 5 диаметром d 3,0 мм, свернутой в спираль. Диаметр D навивки спирали 30 мм, шаг h спирали 6,2 мм. Подходящими свойствами обладает, например, проволока марки суперфехраль GSSY. Использование такого типа резистивных элементов 1 позволяет получить ряд преимуществ по сравнению с другими конструкциями-аналогами: безынерционность, прозрачность для воздушного потока, уменьшенные массо-габаритные размеры. Сопротивление, мощность, и размер резистивного элемента 1 определяются параметрами цепи (током и напряжением), в которую, устанавливают резистивные элементы 1, а конструкция диктуется необходимостью осуществления максимального теплоотвода с поверхности резистивного элемента 1. Крайние витки спиралей 7 закреплены на держателях 3, 4 через изоляторы 6. Электрическая изоляция держателей 3, 4 резистивных элементов 1 от каркаса 8 (назовем его внутренним) обеспечивается размещением между держателями 3, 4 и данным каркасом 8 керамических изоляторов 6.The resistor block for electric public transport contains resistive elements 1 in the form of translucent spirals. Resistive elements 1 are arranged in rows 2 in the support and mounting fixtures and are fixed from the end sides to the conductive holders - upper 3 and lower 4, made in the form of horizontal plates installed by horizontal rows inside the block. Translucent spirals of the resistive elements 1 are made of round high-resistance wire 5 with a diameter of d 3.0 mm, rolled into a spiral. The diameter D of the spiral winding is 30 mm, the pitch h of the spiral is 6.2 mm. Suitable properties are possessed, for example, by GSSY super-fechral wire. The use of this type of resistive elements 1 allows you to get a number of advantages compared to other structures-analogues: inertia, transparency for the air flow, reduced weight and overall dimensions. The resistance, power, and size of the resistive element 1 are determined by the circuit parameters (current and voltage), into which the resistive elements 1 are installed, and the design is dictated by the need for maximum heat removal from the surface of the resistive element 1. The extreme turns of the spirals 7 are fixed to the holders 3, 4 through insulators 6. The electrical insulation of the holders 3, 4 of the resistive elements 1 from the frame 8 (let's call it internal) is ensured by placing ceramic insulators 6 between the holders 3, 4 and this frame 8.

Кожух 10 имеет прямоугольные отверстия - входное 11 и противолежащее ему выходное 12.The casing 10 has rectangular holes - input 11 and the opposite output 12.

Для формирования сжатого воздушного потока, направленного на резистивные элементы 1, в конструкции устройства предусмотрен концентратор 13 воздушного потока. Он образован, например, четырьмя профилировано оформленными гранями 14, образующими обращенный вглубь устройства рупорообразный канал для прохода воздуха. Концентратор 13 воздушного потока размещен по периметру отверстия, по крайней мере, входного 11. Возможен вариант устройства с двумя концентраторами 13 воздушного потока, обращенными друг к другу со стороны входного 11 и выходного 12 отверстий.To form a compressed air stream directed to the resistive elements 1, a concentrator 13 of the air stream is provided in the design of the device. It is formed, for example, by four profiled decorated faces 14, forming a horn-like channel for air passage facing inland. An airflow concentrator 13 is placed around the perimeter of the opening of at least the inlet 11. A device with two airflow concentrators 13 facing each other from the inlet 11 and the outlet 12 openings is possible.

Входное 11 и выходное 12 отверстия устройства закрыты защитными сетками 15 для предотвращения попадания внутрь устройстве, посторонних предметов, птиц, в частности. Сетки 15 имеют ячейки размером не менее 10×10 мм.The input 11 and output 12 of the device openings are covered with protective nets 15 to prevent foreign objects, birds, in particular, from entering the device. The nets 15 have cells of at least 10 × 10 mm in size.

Установка одного каркаса 8 внутри второго, расположенного ближе к стенкам кожуха 10, как правило, в форме прямоугольного параллелепипеда, и поэтому являющегося внешним каркасом 9, осуществляется при помощи скоб 21 П-образной формы на керамических изоляторах 17 с развитой поверхностью, обеспечивая, таким образом, второй контур электрической изоляции. Каждый из каркасов 8, 9 имеет стойки 24 из толстостенного прочного металла и протяженные горизонтальные верхние и нижние рамообразные крепежные пластины 16, объединяющие в своем составе группы спиралей на держателях 3, 4.The installation of one frame 8 inside the second, located closer to the walls of the casing 10, usually in the form of a rectangular parallelepiped, and therefore being the external frame 9, is carried out using staples 21 U-shaped on ceramic insulators 17 with a developed surface, thus providing , second circuit of electrical insulation. Each of the frames 8, 9 has racks 24 of thick-walled strong metal and extended horizontal upper and lower frame-shaped mounting plates 16, combining in their composition groups of spirals on holders 3, 4.

Благодаря облегченным тепловым режимам предлагаемой конструкции, отсутствию в ней значительных термомеханических нагрузок, приводящих к ослаблению резьбовых соединений 19 (фиг. 4) данное устройство получилось не обслуживаемым (не требующим систематических осмотров и обслуживания), что очень важно для эксплуатации. Это серьезное преимущество заявляемого решения перед блоками резисторов предшествующих конструкций, которые приходилось осматривать и обслуживать практически перед каждым выходом троллейбусов, трамваев и т.п. на линию. Причем не только осматривать, но и систематически подтягивать потерявшие прочную фиксацию от сильных термоударов резьбовые соединения 19.Due to the lightweight thermal conditions of the proposed design, the absence of significant thermomechanical loads in it, leading to the weakening of threaded connections 19 (Fig. 4), this device turned out to be unattended (not requiring systematic inspections and maintenance), which is very important for operation. This is a serious advantage of the proposed solution over the resistor blocks of previous designs, which had to be inspected and serviced before almost every exit of trolley buses, trams, etc. to the line. Moreover, not only to inspect, but also to systematically tighten the threaded connections 19, which have lost their strong fixation from strong thermal shock.

Для увеличения механической прочности устройства возможно усиление его каркаса 8 треугольными вставками 20 по углам и ребрами жесткости на сторонах внешнего 9 и внутреннего 8 каркасов.To increase the mechanical strength of the device, it is possible to strengthen its frame 8 with triangular inserts 20 at the corners and stiffeners on the sides of the external 9 and internal 8 frames.

В конструкции устройства, применяемого при пуске двигателя, используются маломощные резисторы 22. Они также, как и спиралеобразные резистивные элементы 1, являющиеся самовентилируемыми, охлаждаются естественным образом.In the design of the device used when starting the engine, low-power resistors 22 are used. They, as well as the spiral-shaped resistive elements 1, which are self-ventilated, are naturally cooled.

Для закрепления устройства на крыше электротранспортного средства внешний каркас 9 имеет опоры 23 с соответствующими технологическими отверстиями 25 под штатное место крепления на крыше транспортного средства. На внешней стороне кожуха 10 имеется болт заземления 26.To fix the device on the roof of an electric vehicle, the external frame 9 has supports 23 with corresponding technological holes 25 for a regular mounting location on the roof of the vehicle. On the outside of the casing 10 there is a ground bolt 26.

Заявляемый блок содержит токовыводы 18 на узел электрических подключений 27, выполненные в виде контактных пластин, соединенных электрически и механически с держателями 3, 4. В качестве варианта исполнения узел электрических подключений 27 может быть выполнен в виде короба с закрепленными гермовводами (см. фиг. 3).The inventive block contains current leads 18 to the node electrical connections 27, made in the form of contact plates, connected electrically and mechanically with the holders 3, 4. As an embodiment, the node electrical connections 27 can be made in the form of a box with fixed pressure glands (see Fig. 3 )

Блок резисторов для электрического общественного транспорта работает следующим образом.The block of resistors for electric public transport is as follows.

Блок подключают к цепи двигателя. Во время электродинамического торможения, когда тяговый электродвигатель переходит в режим генерации, контакты двигателя отключаются от контактной сети и замыкаются на токовыводы 18 блока. При этом кинетическая энергия двигателя и транспортного средства преобразуется сначала в электрическую энергию, а затем в тепло, выделяемое резистивными элементами 1 блока, которое определяется как сопротивление двигателя, умноженное на квадрат значения силы тока в цепи каждого двигателя в режиме генерации.The unit is connected to the motor circuit. During electrodynamic braking, when the traction motor enters the generation mode, the motor contacts are disconnected from the contact network and closed to the current outputs 18 of the block. In this case, the kinetic energy of the engine and the vehicle is converted first to electrical energy, and then to the heat generated by the resistive elements of the unit 1, which is defined as the resistance of the engine times the square of the current in the circuit of each engine in the generation mode.

Охлаждение резистивных элементов 1 осуществляется потоком воздуха, направленным вдоль движения транспортного средства, поступающим на спиральные элементы посредством концентратора 13 воздушного потока, собирающим воздух с площади, существенно большей площади сечения области с резисторами, что позволяет увеличить скорость и плотность воздуха в зоне теплосъема.The cooling of the resistive elements 1 is carried out by the air flow directed along the vehicle’s motion, arriving at the spiral elements through the air flow concentrator 13, collecting air from an area substantially larger than the cross-sectional area of the region with resistors, which allows to increase the speed and density of air in the heat removal zone.

Нагреваемый резистивными элементами 1 воздух в зимнее время используется для обогрева салона транспортного средства.Heated by resistive elements 1 air in the winter is used to heat the interior of the vehicle.

Тормозная сила при электрическом торможении растет с" увеличением силы тока в цепи двигателя и тем больше, чем больше отрицательное ускорение торможения.The braking force during electrical braking increases with "increasing current in the motor circuit, and the greater the greater the negative braking acceleration.

Окончательная остановка транспортного средства осуществляется с помощью рабочей (механической) тормозной системы.The final stop of the vehicle is carried out using the working (mechanical) brake system.

Пример.Example.

Опытным путем было установлено, что применение резистивных элементов 1 из проволоки 5 диаметром d менее 1,5 мм увеличивает поверхность теплосъема при заданном токопроводящем сечении, что хорошо с позиций теплосъема с поверхности спиралей. Однако это реализуется при установке слишком большого их количества в каждой группе параллельно соединенных спиралей, что совершенно неприемлемо, поскольку очень усложняет конструкцию держателей и технологию установки спиралей.It was experimentally established that the use of resistive elements 1 of wire 5 with a diameter of d less than 1.5 mm increases the heat removal surface for a given conductive section, which is good from the position of heat removal from the surface of the spirals. However, this is realized when installing too many of them in each group of parallel-connected spirals, which is completely unacceptable, since it greatly complicates the design of the holders and the technology for installing spirals.

И, наоборот, установка вместо группы параллельных спиралей одной спирали диаметром более 5 мм, гораздо удобнее с конструкторской и технологической точки зрения, однако при этом площадь поверхности теплосъема будет слишком мала, и спирали будут перегреваться.And, on the contrary, installing instead of a group of parallel spirals a single spiral with a diameter of more than 5 mm is much more convenient from a design and technological point of view, however, the surface area of the heat removal will be too small and the spirals will overheat.

Поэтому количество соединенных параллельно спиралей нужно варьировать только в рамках выполнения приведенных выше соотношений (а соответственно, осуществлять и выбор характеризующих? их геометрических размеров). При этом и тепловой поток будет сниматься с достаточно большой поверхности, а соответственно будет достигаться приемлемый тепловой режим входящих в состав блока резистивных элементов. И конструктивно-технологические параметры данной конструкции будут близки к оптимальным.Therefore, the number of spirals connected in parallel should be varied only within the framework of fulfilling the above relations (and, accordingly, the geometric dimensions characterizing them? In this case, the heat flux will be removed from a sufficiently large surface, and accordingly, an acceptable thermal regime of the resistive elements included in the block will be achieved. And the structural and technological parameters of this design will be close to optimal.

В результате значительного количества апробаций сделан вывод, что диаметр D навивки должен быть строго определен, поэтому он выбран равным именно не более 12 диаметров d проволоки из соображений увеличения механической жесткости резистивных элементов 1 и минимизации амплитуды их механических колебаний при воздействии внешних вибраций. Проведенные эксперименты подтвердили данный вывод и позволили сделать данное ограничение D≤12d для всех конструкций блоков.As a result of a considerable number of approvals, it was concluded that the diameter D of the winding should be strictly determined; therefore, it was chosen to be exactly no more than 12 wire diameters d for reasons of increasing the mechanical rigidity of the resistive elements 1 and minimizing the amplitude of their mechanical vibrations when exposed to external vibrations. The conducted experiments confirmed this conclusion and allowed us to make this restriction D≤12d for all block designs.

В настоящее время проходит испытания и апробацию заявляемый блок под специальным названием БТР-1 ТРСУ (блок тормозных резисторов). Он обладает активным сопротивлением 1,86 Ом, индуктивностью 31 мкГн. Температура поверхности резистивных элементов 1 при максимальном токе (в режиме экстремального торможения достигающем 415 А) и расходе воздуха 210 м³/мин (при движении троллейбуса со скоростью 50 км/час) равнялась 257°C. Изоляция блока выполнена на напряжение 3,25 кВ.Currently undergoing testing and testing of the claimed unit under the special name BTR-1 TRSU (block of brake resistors). It has an active resistance of 1.86 ohms, an inductance of 31 μH. The surface temperature of the resistive elements 1 at a maximum current (in extreme braking mode reaching 415 A) and an air flow rate of 210 m ³ / min (when the trolley bus moves at a speed of 50 km / h) was 257 ° C. The block insulation is made at a voltage of 3.25 kV.

В процессе проведения тягово-энергетических испытаний троллейбуса с опытным образцом заявляемого блока тормозных резисторов водители отмечали, что предлагаемая конструкция обеспечивает лучшее качество электрического торможения, более-быструю реакцию машины, чем блоки используемой ранее конструкции. За 6 месяцев опытной эксплуатации (без обслуживания) пилотной партии блоков (40 штук) ни одного отказа не зарегистрировано. Не наблюдалось также свечения резисторов и перегрева близлежащих элементов, что было неизбежно при использовании предшествующих конструкций блока (в частности, постоянно выходила из строя из-за перегревов теплоизоляция крыши троллейбуса).During the traction and energy tests of a trolley bus with a prototype of the inventive block of brake resistors, drivers noted that the proposed design provides better quality of electric braking, a more rapid reaction of the machine than the blocks of the previously used design. For 6 months of trial operation (without maintenance) of a pilot batch of blocks (40 pieces), not a single failure was registered. There was also no glow of resistors and overheating of nearby elements, which was inevitable when using the previous block designs (in particular, the thermal insulation of the roof of the trolley bus constantly failed due to overheating).

Claims (4)

1. Блок резисторов для общественного электротранспорта, имеющий установленные в виде рядов резистивные элементы в опорно-крепёжной арматуре, электрически и механически соединенные между собой, и имеющий токовыводы, соединённые с узлом электрических подключений, отличающийся тем, что каждый из рядов резистивных элементов составлен из вертикально ориентированных воздухопрозрачных спиралей, навитых из круглой тугоплавкой формодержащей металлической проволоки диаметром 1,5-5 мм, с шагом спирали не менее 1,5 диаметров проволоки и диаметром навивки не более 12 диаметров проволоки, причем спирали установлены между верхними и нижними токоведущими держателями и закреплены на них через свои крайние витки.1. The resistor block for public electric transport, having resistive elements installed in rows in support fixtures, electrically and mechanically interconnected, and having current outputs connected to an electrical connection unit, characterized in that each of the rows of resistive elements is composed of vertically oriented translucent spirals wound from a round refractory shaped metal wire with a diameter of 1.5-5 mm, with a spiral pitch of at least 1.5 wire diameters and diameter avivki not more than 12 wire diameters, the helix installed between upper and lower conductive holders and secured to them through their extreme turns. 2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что он имеет кожух с противолежащими входным и выходным отверстиями, при этом по периметру отверстия, по крайней мере, входного, размещен концентратор охлаждающего воздушного потока с профилировано оформленными гранями, образующими обращенный вглубь рупорообразный канал для прохода воздуха.2. The block according to claim 1, characterized in that it has a casing with opposite inlet and outlet openings, while a concentrator of a cooling air stream with shaped edges forming a deep horn-shaped channel for air passage. 3. Блок по п. 2, отличающийся тем, что опорно-крепёжная арматура включает два каркаса - внешний для кожуха и внутренний для держателей с резистивными элементами, при этом каждый из каркасов имеет стойки из толстостенного прочного металла и горизонтальные верхние и нижние рамообразные крепежные пластины.3. The block according to claim 2, characterized in that the support and mounting reinforcement includes two frames - an external one for the casing and an internal one for holders with resistive elements, each of the frames having racks made of thick-walled strong metal and horizontal upper and lower frame-shaped mounting plates . 4. Блок по п. 3, отличающийся тем, что внешний и внутренний каркасы одновременно разделены электрически и соединены механически керамическими изоляторами с развитой поверхностью, образующими дополнительный - второй контур изоляции.

4. The block according to claim 3, characterized in that the outer and inner frames are simultaneously electrically separated and mechanically connected by ceramic insulators with a developed surface, forming an additional - second insulation loop.