Система автономного электроснабжения имеет собственные источники электрической энергии. Источниками питания в автономных системах электроснабжения служат электромашинные генераторы с приводом от оси колесной пары и аккумуляторные батареи. В системе автономного электроснабжения применяется главным образом постоянный ток. Это объясняется тем, что в вагоне устанавливают аккумуляторную батарею, которая служит резервным и аварийным источником питания — она питает основные потребители поезда при неработающем генераторе или при малой скорости движения поезда, а также воспринимает пики нагрузки и др.
Пассажирские вагоны оснащают щелочными или кислотными аккумуляторными батареями емкостью до 400 А*ч. Для систем автономного электроснабжения приняты номинальные напряжения: 50 В — для вагонов без кондиционирования и 110 В — для вагонов с кондиционированием воздуха. Мощность генераторов в вагонах без установок для кондиционирования воздуха не превышает 10 кВт, а в вагонах с кондиционированием 20—30 кВт. Применяются схемы с генераторами постоянного тока с параллельным или смешанным возбуждением, с индукторным генератором переменного тока и полупроводниковым выпрямителем.
Ранее на отечественных вагонах устанавливали генераторы постоянного тока. В дальнейшем в пассажирских вагонах стали применять более совершенные синхронные трехфазные индукторные генераторы совместно с полупроводниковыми выпрямителями, которые позволяют обеспечивать питание потребителей в периоды длительных стоянок на станции и в депо от внешних источников. Генераторы располагаются под кузовом вагона, поэтому их выполняют закрытыми. Генераторы малой мощности (до 8 кВт) охлаждаются встречным воздухом и встроенным вентилятором. Для большей интенсификации теплообмена генераторы мощностью 20— 30 кВт оборудуют наружными вентиляторами. Чтобы предотвратить попадание пыли в охлаждающий воздух, для некоторых типов мощных генераторов осуществляется забор воздуха непосредственно из вагона через специальные фильтрующие устройства. Внешние поверхности корпусов генераторов делают оребренными.
Автоматическое регулирование напряжения в системе автономного электроснабжения осуществляется регулятором напряжения генератора. В этом случае обеспечивается напряжение, необходимое для подзарядки аккумуляторных батарей во время движения вагона. Применяемые ранее угольные регуляторы напряжения заменены тиристорными.
Система автономного электроснабжения вагона обеспечивает независимость от внешних источников электроэнергии, что является основным ее преимуществом. К недостаткам системы можно отнести: низкий коэффициент полезного действия (КПД), возможность значительного снижения силы тяги (до 10 %), если суммарная мощность потребителей в составе поезда достигает нескольких сотен киловатт; высокая стоимость электроэнергии — в 5—10 раз выше, чем при централизованном электроснабжении от локомотивов или вагонов-электростанций. Для обеспечения вращения подвагонных генераторов применяются специальные приводы, которые в зависимости от конструктивных особенностей подразделяются на следующие типы.
Клиноременный привод обеспечивает вращение генератора при скорости движения вагона до 160 км/ч и изготавливается в двух вариантах — от торца шейки оси и от средней части оси колесной пары. Вращение от ведущего шкива, укрепленного на торце шейки или средней части оси колесной пары тележки КВЗ-ЦНИИ котлового конца вагона, передается с помощью комплекта клиновых ремней ведущему шкиву, а далее через соединительные фланцы и редуктор посредством карданного вала якорю генератора (рис. 5.23).
Редукторно-карданные приводы являются высоконадежной передачей, которые могут работать в любых условиях эксплуатации и позволяют передавать значительно большие мощности, чем клиноременные. При передаче мощности до 10 кВт привод устанавливается на торце шейки оси, а корпус зубчатого редуктора прикрепляется болтами к корпусу буксы (рис. 5.24).
В пассажирских вагонах и вагонах-ресторанах, оборудованных установками для кондиционирования воздуха, редуктор привода подвагонного генератора установлен в средней части оси колесной пары (рис. 5.25).
Чтобы создать необходимые условия для обеспечения надежной работы потребителей электрической энергии, в системе электроснабжения пассажирских вагонов вводятся переключающие и регулирующие устройства, которые:
- автоматически стабилизируют напряжение генератора или регулируют его по заданному закону независимо от скорости дви¬жения и изменения нагрузки;
- ограничивают мощность, отдаваемую генератором, обеспечивают постоянную его полярность независимо от направления движения поезда;
- изменяют напряжение заряда аккумуляторной батареи по мере повышения ее электродвижущей силы (ЭДС), а также в зависимости от окружающей температуры;
- стабилизируют напряжение, подаваемое потребителям первой группы; поддерживают напряжение на нагрузке как можно ближе к номинальному значению при питании от аккумуляторной батареи;
- обеспечивают возможность питания потребителей и заряда аккумуляторной батареи от стационарной электрической сети.
