Зарядные устройства (ЗУ) аккумуляторных батарей (АБ), обеспечивающие питание бортовой сети постоянного тока, в свою очередь получают питание через отдельный выход сдвоенных ПСН (см. рис. 7.14) напряжением 440 В (частотой 60 Гц) и при этом выполняют роль преобразователей 440 В (три фазы переменного тока)/110 В (постоянного тока).

Зарядные устройства размещены в контейнерах из мягкой стали, которые крепятся под вагоном (вагоны 05 и 06).

Напряжение от ЗУ подается на аккумуляторные батареи, в систему питания постоянного тока с напряжением 110 В и на подключенные к данной системе устройства, разъемы для подсоединения которых предусмотрены на всем протяжении поезда. Интерфейс блока ЗУ изображен на рис. 7.23.

В табл. 7.4 перечислены основные потребители постоянного тока напряжением 110 В.

Таблица 7.4. Основные потребители постоянного тока напряжением 110 В

Потребитель	Максимальная потребляемая мощность на поезд, кВт
Импульсный инвертор 110 В/220 В	33
Элементы системы управления поездом, тягой и торможения	5,288
Вентиляция шкафов с электрооборудованием	1,322
Поездные приборы СЦБ	0,3
Стационарная поездная радиосвязь	0,7
Система информирования пассажиров	9,836
Внутривагонное освещение	19,670
Элементы управления санитарными узлами	0,702
Климатическая установка (при аварийном режиме работы)	11,580
Система управления дверьми	5,302
Система диагностики и индикации	0,504
Питание петель безопасности	0,25
Импульсный преобразователь 110 В/24 В	0,44
Вспомогательный компрессор с системой управления	0,860
Стеклоочистители	0,35
Питание приводов автоматических дверей	5,3

Система постоянного тока разработана с учетом обеспечения нормального функционирования в созданной электромагнитной обстановке и соответствуют международным стандартам: EN 50121-3-1 «Применение в железнодорожной промышленности — электромагнитная совместимость» (ч. 3.1 «Подвижной состав. Тяга цельная и с прицепом»); EN 50121-3-2 «Применение в железнодорожной промышленности — электромагнитная совместимость» (ч. 3.2 «Подвижной состав. Приборы»).

Ниже приведены технические характеристики зарядного устройства аккумуляторных батарей.

Основные параметры зарядного устройства АБ

Номинальное напряжение на входе 
при штатном режиме работы............................... 440 В трехфазного переменного тока частотой 60 Гц
Номинальное напряжение на входе при питании
от внешнего источника питания........................... 380 В трехфазного переменного тока частотой 50 Гц
Номинальное напряжение на входе
в режиме «Горячий отстой»............................... 345 В трехфазного переменного тока частотой 47 Гц
Допустимое статическое отклонение входного напряжения... +10...—7 %
Допустимое динамическое отклонение входного напряжения.. ±30 %
Выходное напряжение..................................... 110 В
Допустимое статическое отклонение выходного напряжения.. —30...+25 %
Номинальная выходная мощность........................... 60 кВт
Максимальный ток на выходе.............................. 544 А
Тип охлаждения.......................................... принудительное воздушное (внутреннее, питание от трехфазной поездной шины)

Основные компоненты контейнера с зарядным устройством:

• входная цепь с клеммами;
• входной контактор и цепь предварительной зарядки;
• устройства измерения входного напряжения;
• устройства измерения напряжения и тока на выходе;
• модули зарядного устройства АБ;
• высокочастотные трансформаторы;
• входные фильтры;
• контакторы;
• выходные защитные элементы;
• ЭМС-фильтры;
• системы обнаружения замыкания на землю;
• система управления на основе микропроцессора с диагностическим интерфейсом RS232;
• вентиляторы;
• обратные диоды;
• плавкие предохранители аккумуляторных батарей.

Для нормальной работы устройства должны быть выполнены следующие условия:

• центральный блок управления отправил команду на включение по шине MVB;
• внешний источник питания постоянного тока с напряжением 110 В отключен;
• входное напряжение находится в допустимом диапазоне.

Таким образом, зарядные устройства, помимо своей первоначальной функции (зарядка АБ), осуществляют параллельное питание шины постоянного тока напряжением 110 В, которая в свою очередь обеспечивает подачу напряжения на элементы системы управления, приводы контакторов, инверторы с выходным напряжением 220 В частотой 50 Гц, преобразователи постоянно-постоянного тока с выходным напряжением 4 В.

Питание зарядного устройства от сдвоенных ПСН осуществляется по трем кабелям с сечением проводника S = 50 мм2 (рис. 7.24), которые подключены к клеммам Х1:1, Х1:2, Х1:3. Для защиты электрооборудования поезда от помех, вызванных работой ЗУ, установлены входной и выходной фильтры электромагнитной совместимости EMV. После входного фильтра к трехфазной цепи преобразователя подключен главный вентилятор системы охлаждения М, оборудованный предохранителями в каждой фазе F15—F17 с током срабатывания 6 А. При подаче от системы управления команды на включение замыкается контактор A1—Q15, и вентилятор начинает нагнетать воздух в контейнер с оборудованием зарядного устройства.

Перед главным контактором Q3 установлены датчики входного напряжения Т3, Т4, передающие в систему управления информацию о наличии и параметрах входного напряжения. В случае если все входные параметры питания находятся в заданном диапазоне, блок управления ЗУ посылает сигнал на замыкание контактора предварительной зарядки Q4, в цепи которого установлены ограничивающие величину тока резисторы R11—R13 (R = 24 Ом). Такой пониженный ток осуществляет зарядку конденсатора C1 в звене постоянного тока. После того как C1 заряжен, а следовательно, группы диодов VD2—VD4 неуправляемого трехфазного выпрямителя на монтажной панели Т2 защищены от перенапряжений, замыкается главный контактор Q3. Ток через дроссели входного фильтра поступает на выпрямитель и далее на звено постоянного тока.

К звену постоянного тока подключен датчик напряжения Т6, передающий информацию на блок управления ЗУ о работе неуправляемого выпрямителя. Кроме того, здесь же имеются выводы к клеммам Е1 и Е2, к которым подключается измерительное оборудование при установке или техническом обслуживании контейнера, а также клемма Е3 для заземления.

Для преобразования выпрямленного тока в однофазный переменный в контейнере установлен инвертор, работа которого регулируется блоком управления Sibcos-2000. К выходу инвертора подключена группа из четырех параллельно включенных преобразователей, состоящих из последовательно включенного понижающего трансформатора и неуправляемого выпрямителя (монтажная панель А3).

Для защиты от перегрузок данных преобразователей включены конденсаторы C11,C21, C31, C41 и реакторы L1, L2, L3, L4.

К общему выходу преобразователей панели Т2 подключены:

• постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) Т21 для сбора и хранения информации о работе ЗУ;
• группа параллельно включенных электролитических конденсаторов С1-С4 (монтажная панель А4) для подавления остаточных пульсаций выпрямленного тока;
• выходной фильтр электромагнитной совместимости.

После выходного фильтра электромагнитной совместимости цепь разделяется на несколько ветвей:

• ветвь зарядки АБ с установленными датчиками напряжения Т20, Т23, датчиком тока Т24 и предохранителями F1 и F2 (ток уставки 800 А);
• межсекционная шина системы постоянного тока с выходным предохранителем F10 (ток уставки 500 А);
• шина «Стандарт 1» системы постоянного тока с выходным предохранителем F3, F4 (ток уставки 500 А), и контактором Q1 (клемма Х11:1; Х11:2);
• шина «Стандарт 2» системы постоянного тока с выходным предохранителем F11, F12 (ток уставки 200 А) и контактором Q2 (клемма Х15:1; Х15:2);
• шина прямого питания системы постоянного тока с предохранителями F7, F8 (ток уставки 80 А) (клемма Х13:1; Х13:2).

Для исключения возможности протекания уравнительных токов между АБ разных тяговых секций в цепи системы установлены развязывающие диоды VD20.

Кроме того, выходное напряжение постоянного тока используется для питания группы из двух параллельно включенных внутренних малых вентиляторов системы охлаждения М2 и М3. Для защиты этого оборудования установлены предохранители A1—F6, A1—F8 и датчик замыкания на землю Т22.

Контактор включения внутренних вентиляторов Q10 содержит три последовательно включенных контакта. Такая конструкция позволяет улучшить свойства контактора по дугогашению.

Для контроля и управления работой зарядного устройства используются внутренние блоки управления Sibcos. Главный блок управления Sibcos-М1300 выполняет функцию более высокого уровня. Он направляет сигналы на центральный блок управления через многофункциональную шину MVB. Связь между блоками внутри устройства осуществляется по шине CAN.

В системе управления ЗУ (рис. 7.25) реализованы следующие функции:

• управление с обратной связью входным и выходным преобразователями зарядного устройства, которое позволяет добиваться необходимых выходных параметров при установившихся входных;
• включение и выключение, контроль и блокировка внутренних контакторов.
• контроль всех рабочих состояний и передача информации на более высокий уровень MVB;
• защита внутреннего оборудования от перегрузки, короткого замыкания, замыкания на землю;
• контроль процесса предварительной зарядки, выдача диагностических сообщений о ее ходе;
• 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 при коротком замыкании и перегрузке входной 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.

Главный блок управления ЗУ имеет следующие функциональные элементы:

• интерфейс СА^ служащий для соединения с ведомым блоком управления;
• интерфейс MVB, используемый для обмена данными между ЦБУ и блоком Sibcos-М1300;
• интерфейс RS-232 связи с ноутбуком через кабель (для пуско-наладочных работ);
• встроенный интерфейс «Человек—машина» (MMI) для вывода индикации кодов неисправностей и данных технологического процесса.

Функциональные элементы ведомого блока управления Sibcos-М2000:

• интерфейс CAN;
• интерфейс RS-232 связи с ноутбуком через кабель (для пуско-наладочных работ);
• интерфейс локальной шины, который представляет собой последовательную шину данных RS-485 для связи с другими блоками управления модулями.

Система управления охлаждением ЗУ выполнена таким образом, что скорость вращения главного вентилятора поддерживается на наиболее низких допустимых оборотах для установившейся температуры. Так достигается минимальный уровень шума и запыленности внутри контейнера.

Система управления охлаждением автономна и не требует вмешательства. Внутренняя циркуляция воздуха обеспечивается двумя внутренними вентиляторами.

На рис. 7.26 изображена компоновка аппаратов и устройств ЗУ, расположенных в подвагонном контейнере.

Рассмотрим более подробно систему электроснабжения постоянным током с напряжением 110 В. На рис. 7.27 изображена структура шин постоянного тока, которая включает четыре вывода:

1. ) шина «Стандарт 1» служит для питания постоянным током потребителей той тяговой секции, в которой размещено питающее ее зарядное устройство (рис. 7.28);
2. ) шина «Стандарт 2» используется для питания постоянным током потребителей «чужой» тяговой секции, в случае если зарядное устройство в ней неисправно либо произошло короткое замыкание на подводящем участке шины (между ЗУ и распределительным оборудованием вагона);
3. ) шина прямого питания необходима для питания постоянным током первоочередных потребителей той тяговой секции, в которой размещено питающее ее зарядное устройство для осуществления аварийного питания системы управления, приводов контакторов и аварийных систем безопасности;
4. ) межсекционная шина служит для усиления резервирования питания шины прямого питания секции с неисправным зарядным устройством в случае аварийных режимов (см. п. 7.2).
   Для предотвращения выхода из строя всей шины постоянного тока, при возникновении короткого замыкания (к.з.) в отдельном потребителе использована повагонная сегментация шины с помощью предохранителей, расположенных в распределительных контейнерах.

Рис. 7.27. Структура шин постоянного тока