Назначением ПСН является преобразование постоянного тока со средним действующим напряжением 3000 В промежуточных контуров тяговых преобразователей (ТП) в напряжение, пригодное для подачи на вспомогательные электрические системы поезда.

Бортовая сеть также может получать питание от трехфазного внешнего источника переменного тока напряжением 380 В частотой 50 Гц при необходимости технического обслуживания и диагностики.

ПСН осуществляет:

• питание всех трехфазных потребителей и зарядных устройств аккумуляторных батарей секции поезда с напряжением 440 В трехфазного переменного тока частотой 60 Гц;
• питание всех трехфазных потребителей и зарядных устройств аккумуляторных батарей секции поезда с напряжением 345 В трехфазного переменного тока частотой 47 Гц в режиме «горячего отстоя».

Выходы ПСН обеспечивают синхронное питание трехфазной сборной поездной шины напряжением 440 В частотой 60 Гц (см. рис. 7.14). В штатном режиме шина неразрывно проходит через весь поезд. ПСН устанавливаются в подвагонном пространстве поезда, а монтажный контейнер для преобразователя выполнен из малоуглеродистой стали.

Расположение основных компонентов одинарного и сдвоенного ПСН в контейнере показано на рис. 7.3 и 7.4.

Основные параметры преобразователя собственных нужд

Напряжение на входе при штатном режиме работы:
при питании от сети переменного тока......................... 2700—3600 В
при питании от сети постоянного тока......................... 2000—4000 В
Номинальная мощность......................................... 160 кВт
Выходная частота............................................. 60±1 Гц
Номинальное выходное напряжение.............................. 440 В трехфазного переменного тока
Допустимые статические отклонения выходного напряжения....... +6 %/—3 %
Допустимые динамические отклонения выходного напряжения
(при включении мощных потребителей, например,
главного воздушного компрессора)............................. ±25 %
Максимально допустимый выходной ток:
10 мс (пиковый).............................................. 700
10 с......................................................... 334
Непрерывный.................................................. 209

 

Принципиальные схемы одинарного и сдвоенного ПСН представлены на рис. 7.5 и 7.6.

Установленные система и устройства ПСН спроектированы таким образом, что они обеспечивают надежное функционирование в той электромагнитной обстановке, в которой они находятся, не создавая недопустимых электромагнитных помех другому оборудованию, и соответствуют стандартам EN 50121-3-1 «Применение в железнодорожной промышленности — электромагнитная совместимость» (ч. 3.1 «Подвижной состав. Тяга цельная и с прицепом») и EN 50121-3-2 «Применение в железнодорожной промышленности — электромагнитная совместимость» (ч. 3.2 «Подвижной состав. Приборы»).

Для работы ПСН должны соблюдаться следующие условия:

• подача сигнала на включение от системы управления поезда;
• входное напряжение в установленном диапазоне;
• исправное состояние узлов и компонентов ПСН.

После поступления сигнала активации входное напряжение постоянного тока подается на модули импульсного инвертора через фильтрующие конденсаторы, главный контактор, контактор предварительной зарядки и линейный дроссель. Далее происходит включение модуля импульсного инвертора. Если напряжение на выходе импульсного инвертора находится в пределах допустимого диапазона, то осуществляется замыкание выходных контакторов и система управления ПСН отправляет сигнал на ЦБУ о том, что на вход сборной поездной шины поступает трехфазный переменный ток.

Питание на сборную поездную шину напряжением 440 В частотой 60 Гц подается от трансформатора через ЭМС-фильтры и выходные предохранители, расположенные за модулем импульсных инверторов.

ПСН имеют две выходные линии:

• 1А — питание главного воздушного компрессора и различных потребителей;
• 2А — питание сборной поездной шины.

В режиме работы от внешнего источника питания входные и выходные контакторы одинарного ПСН отключаются при помощи ключей предохранительной системы блокировки поезда, при этом сборная трехфазная поездная шина получает питание с помощью разъема внешнего питания, который подсоединен к стороне выхода со сдвоенного ПСН (см. рис. 7.14).

Основные компоненты ПСН:

• входной модуль;
• датчики входного тока и напряжения;
• импульсный инвертор;
• главный блок управления ПСН-Sibcos М2500 с интерфейсом для диагностики RS232;
• выходной трансформатор со встроенным синусоидальным фильтром;
• выходной контактор и предохранитель;
• защитное и контрольное оборудование;
• вентиляторы;
• ЭМС-фильтр;
• система контроля замыкания на землю.

Интерфейсы одинарного и сдвоенного модулей ПСН изображены на рис. 7.7 и 7.8.

На рис. 7.9 изображена принципиальная схема преобразователя собственных нужд. Входной модуль состоит из конденсаторов синус-фильтра C10, C12, входного предохранителя 2F10 (ток уставки 125 А), главного контактора (контакты 2Q22 и 2Q23), контура предварительной зарядки ПСН, дросселя сетевого фильтра, а также измерительного прибора входного напряжения и тока.

К клеммам Х1 подводится входное напряжение 3 кВ постоянного тока от промежуточного контура тягового преобразователя. На монтажной пластине А4 расположен кольцевой сердечник V14. Клеммы E1, E2, E3 выведены для подключения измерительных приборов, а также для заземления оборудования.

При запуске ПСН происходит процесс предварительной зарядки с ограничением пускового тока по величине сопротивлением 2R11 (г = 15 Ом), а затем замыкание контактов главного контактора 2Q22 и 2Q23.

После завершения процесса предварительной зарядки, когда напряжение на элементах звена постоянного тока достигает номинального значения (контроль осуществляется датчиком напряжения Т12) замыкается контактор 2Q21, шунтируя резистор 2R11.

Назначением дроссель-фильтра 2R1 является сглаживание колебаний входного тока, возникающих в результате переключения IGBT-транзисторов, и смягчение бросков напряжения в контактной сети для предотвращения повреждения ПСН, а также (совместно со звеном постоянного тока) для поддержания гармонического входного спектра на очень низком уровне.

Величина входного тока инвертора контролируется датчиком тока T11, датчик напряжения 2А5-Т10 передает системе управления импульсного инвертора Sibcos-M2500 информацию о величине входного напряжения инвертора. Модуль импульсного инвертора, состоящий из управляемого трехфазного моста, предназначен для преобразования постоянного тока напряжением U= 3000 В в переменный трехфазный ток напряжением 440 В частотой 60 Гц с широтно-импульсной модуляцией с постоянной частотой.

Выходные параметры инвертора контролируются датчиками тока Т21, Т22, Т23, установленными в каждой фазе. Для понижения выходного напряжения инвертора трехфазного переменного тока до величины 440 В, а также для реализации гальванической развязки в системе ПСН имеется трехфазный трансформатор 2Т2.

На монтажной пластине установлены датчики выходного напряжения Т33 и Т34 со стороны вторичной обмотки трансформатора, а также датчик замыкания на землю Т35. Кроме того, со стороны вторичной обмотки подключен двигатель главного вентилятора, осуществляющего отвод тепла из контейнера с оборудованием ПСН.

При замыкании выходного контактора 2Q30 через предохранители 2F31, 2F32, 2F33 питание подается на выводы WL1, WL2, WL3. Сигнал о параметрах поданного на эти выводы питания формируется и передается датчиками напряжения Т30, Т31, Т32. Выходные линии одинарных и сдвоенных блоков ПСН (рис. 7.10, 7.11) имеют значительные отличия в связи с тем, что производят питание различных потребителей.

На рис. 7.10 изображена выходная линия одинарного ПСН, по которой подается питание в первый сегмент (клеммы Х10 с предохранителями в каждой фазе F37-39) и второй сегмент (клеммы Х12) сборной поездной трехфазной шины.

Выходная линия сдвоенного ПСН (см. рис. 7.11) питается от двух параллельно включенных преобразователей по клеммам WL1-1, WL1-2, WL1-3 и WL2-1, WL2-2, WL2-3. Кроме того, по данной линии осуществляется подача внешнего централизованного питания напряжением 380 В (разъем Х20), через контактор А34—Q34, а входные параметры контролируются датчиками напряжения Т36, Т37. Сдвоенный блок осуществляет питание сегмента 2 (клеммы Х10), сегмента 3 (клеммы Х12 с соединительным контактором Q35), зарядного устройства АБ (клеммы Х11 с предохранителями в каждой фазе F34—36).

Для осуществления заземления оборудования при обслуживании выведены клеммы E4—E6.

Для контроля и управления работой ПСН используется блок управления Sibcos-M2500, который передает сигналы на центральный блок управления поезда через многофункциональную шину MVB. Процесс поиска и устранения неисправностей заключается в их систематическом детектировании и определении компонентов, замену которых следует выполнить. На рис. 7.12 и 7.13 изображена архитектура системы управления ПСН и соответствующие подключения.

В системе управления ПСН реализованы следующие функции:

• управление входными и выходными контакторами в зависимости от рабочего состояния и входных сигналов управления более высокого уровня MVB;
• управление выходными параметрами в зависимости от входных посредством датчиков обратной связи;
• включение и выключение, контроль и блокировка внутренних контакторов;
• контроль всех рабочих состояний и их передача на более высокий уровень MVB;
• защита внутреннего оборудования от перегрузки, короткого замыкания, замыкания на землю;
• контроль и выдача диагностических сообщений предварительной зарядки;
• автоматическое обнаружение питания от внешнего источника питания;
• проверка параметров внешнего источника питания (входное напряжение, правильность чередования фаз;
• передача всех текущих значений напряжения и тока на выходе ПСН на более высокий уровень управления по шине MVB;
• передача сигнала о состоянии плавких предохранителей, находящихся под контролем Sibcos;
• передача сигнала об отказе вентилятора на уровень MVB;
• сигнализация на уровень MVB о коротком замыкании и перегрузки выходной системы трехфазного тока;
• сигнализация на уровень MVB замыкания на землю;
• сохранение в памяти отказов с временными метками для осуществления диагностики;
• сохранение в памяти всех параметров для обнаружения неисправностей и их устранения.

Блок управления Sibcos-M2500 представляет собой комбинацию из главного и модульного блоков управления и предназначен для комплексного управления системой и обеспечения связи с более высокими уровнями управления, а также для контроля и регулировки силовых трансформаторов различных типов. Он оснащен 16 транзисторными каналами управления, 14 транзисторными входами обратной связи, восьмью цифровыми входами и четырьмя цифровыми выходами.

В блок управления Sibcos-M2500 также входят:

• два процессора (главный и модульный);
• программируемый логический блок.

Дополнительные интерфейсы управления:

• интерфейс MVB, предназначенный для связи с различными уровнями управления (стандарт TCN);
• интерфейс CAN;
• интерфейс RS-232 связи с ноутбуком через кабель (для пуско-наладочных работ).

Блок управления также позволяет реализовать следующие уровни диагностики:

• определение снижения производительности работы или невозможности работы ПСН;
• создание учетной записи в диагностической памяти блока управления;
• передача диагностического сообщения на уровень шины MVB.

На рис. 7.14 изображена структурная схема бортового питания. Баланс выходной мощности ПСН между потребителями переменного тока поддерживается при помощи контейнера с распределительным оборудованием (коммутационные приборы, клеммы, предохранители и автоматические защитные выключатели), который расположен в подпольном пространстве каждого вагона.

В штатном режиме работы цепь шины связана по всему поезду через линейные контакторы (размещены в контейнере преобразователя собственных нужд) и согласно схеме строения бортовой сети разделена на следующие сегменты:

• Сегмент 1 — от начала шины до вывода с одинарного ПСН;
• Сегмент 2 — от вывода с одинарного ПСН до вывода со сдвоенного ПСН;
• Сегмент 3 — от вывода со сдвоенного ПСН одной тяговой секции до вывода со сдвоенного ПСН другой тяговой секции.

Работа данной шины подразумевает три способа питания в зависимости от режима работы поезда и источника питания.

1. Питание шины от ПСН. Эксплуатация поезда в штатном режиме, по шине протекает трехфазный переменный ток напряжением 440 В частотой 60 Гц, при этом на нагрузку подается питание номинальных параметров.

2. Питание шины от внешнего источника напряжения. С целью проведения технических мероприятий, функциональной проверки узлов и агрегатов поезда в депо, а также при необходимости обогрева поезда при отсутствии напряжения в контактной сети от внешнего источника подается напряжение 380 В (частота 50 Гц). В этом режиме на нагрузку подается питание пониженной мощности. Существует два варианта подачи напряжения от внешнего источника:

• центральное питание — подается через разъемы, установленные на вагонах 05 и 06 электропоезда. Как видно из рис. 7.14 и 7.15, при центральном подключении сборной шины питание осуществляется по выходной линии сдвоенного ПСН. При данном способе реализуется возможность подачи питания на всю систему собственных нужд от одного источника (Iист = 300 A);
• локальное питание — дает возможность подвести напряжение к отдельному вагону не затрагивая всю сборную шину, так как контактор 2 (см. рис. 7.15) в этом случае находится в разомкнутом положении (Iист = 63 А).

Кроме того, при подключении каждого вагона локально бортовая сеть за счет большего количества источников питания будет получать большую суммарную мощность, чем при центральном внешнем питании поезда.

Переключение на один из вариантов внешнего питания осуществляется с помощью переключателей, расположенных на пульте управления вагонным оборудованием. На рис. 7.16 изображен пульт управления вагоном 06.

Переключатель 1 «Локальное внешнее питание» расположен на пульте каждого вагона, а замковый переключатель 2 «Центральное внешнее питание» расположен только на пульте управления вагона 06. Оба переключателя имеют три положения:

• «Общее» — питание сборной поездной шины посредством ПСН;
• «Нуль» — главные выключатели/быстродействующие выключатели поезда выключены, токоприемники опущены, питание бортовой сети собственных нужд отсутствует;
• «Внеш» — питание от внешнего источника напряжения, главные выключатели/ быстродействующие выключатели поезда выключены, токоприемники опущены, разъем от внешнего источника питания подключен.

Эксплуатационные параметры внешнего питания отражены в табл. 7.2.

3. Питание сборной шины в режиме «Горячий отстой». В данный режим поезд переводится техническим персоналом, при этом подача напряжения осуществляется из контактной сети, но система управления ограничивает питание сборной шины до напряжения 345 В (частота 47 Гц) для уменьшения расхода электроэнергии.

Таблица 7.2. – Эксплуатационные параметры внешнего питания

Параметр	Питание от источника переменного трехфазного тока		Питание от источника постоянного тока
	Значение	Примечание	Значение	Примечание
Номинальное напряжение	380 В ± 10 %	Заземляющий и нулевой провод не применяются	110 В +25 %/-30 %	Во избежание перезарядки при высокой температуре напряжение не должно превышать 137,5 В в продолжительном режиме
Номинальная частота	50 Гц ± 1 %	—	—	—
Число и место монтажа	По одной контактной точке на вагон	В подвагонном контейнере	По одной контактной точке на АБ	На контейнере с АБ
Системы напряжения в бортовой сети при стационарном питании	380 В, 50 Гц; 220 В, 50 Гц; 110 В	—	110 В	—