Назначение и технические характеристики

Преобразователь собственных нужд (далее ПСН) предназначен для энергоснабжения цепей управления и вспомогательных цепе, а также для зарядки аккумуляторной батареи электропоезда, при питании от контактной сети (через промежуточный контур тяговый преобразователь) или от сети депо, электрифицированной трехфазным переменным током частотой 50 Гц и напряжением 380 В.

 На электропоезде, в подвагонном пространстве вагонов 2 и 4 установлено два ПСН (обозначение в схеме 1.04.А22).

Технические характеристики ПСН представлены в таблице 12.1.

Таблица 12.1 – Технические характеристики ПСН

Наименование параметра	Значение
При питании от промежуточного контура тягового преобразователя
Род тока	постоянный
Номинальное входное напряжение, В	3000
Максимальное входное напряжение, В	4005
Минимальное входное напряжение, В	2100
Максимальный кратковременный входной ток, А	105
При питании от сети депо
Род тока	3-фазный, переменный
Номинальное входное линейное напряжение, В	380
Максимальное входное линейное напряжение, В	403
Минимальное входное линейное напряжение, В	368
Выходная частота, Гц	50 ±0,5
Максимальный входной ток, А	300
Выходные цепи 380В
Род тока	3-фазный, переменный
Номинальное выходное напряжение, В	380
Максимальное выходное напряжение, В	403
Минимальное выходное напряжение, В	368
Выходная частота, Гц	50 ±0,5
Выходная мощность (при cos q=0,9), кВА	170
Максимально допустимый продолжительный выходной ток, А	258
Максимально допустимый выходной ток в течение 10 с, А	387
Выходные цепи 110В
Род тока	постоянный
Номинальное выходное напряжение, В	110
Максимальное выходное напряжение, В	137,5
Минимальное выходное напряжение, В	77
Номинальная выходная мощность, не более, кВ-А	20
Максимально допустимый продолжительный выходной ток, не менее, А	182
Цепи питания системы управления ПСН
Род тока, А	постоянный
Номинальное входное напряжение, В	110
Максимальное входное напряжение, В	137,5
Максимальное входное напряжение, В	77
Механические характеристики
Габаритные размеры, мм: ширина*длина*высота	3326*1726*611
Масса, кг	1130±34
Климатические параметры
Рабочий диапазон предельных температур, °C	от минус 50 до плюс 45
Рабочий диапазон температур, °C	от минус 40 до плюс 40
Максимальная высота эксплуатации над уровнем моря, м	1200

Устройство

Все функциональные узлы преобразователя собственных нужд, собраны в едином корпусе – контейнере. Контейнер ПСН сварен из стальных листов и имеет кронштейны для крепления в подкузовном пространстве вагона. Внутреннее пространство контейнера разделено на шесть отсеков. Для доступа к оборудованию четырех боковых отсеков, на каждой боковой стенке контейнера ПСН имеется по два окна закрытых стальными сервисными крышками с поворотными задвижками с замками под 4-гранный ключ. Дополнительно, для обеспечения безопасности обслуживающего персонала, крышки оборудованы ключевыми запорами, открыть которые можно ключом «Н» (фиолетовым) устройства выдачи ключей подвагонного контейнера 3 вагона, после выполнения процедуры заземления.

Для доступа к двум центральным отсекам, на нижней поверхности контейнера ПСН выполнены два окна, закрытые стальными люками, закрученными на болты.

На передней торцевой панели корпуса тягового преобразователя расположены два фланца с отсечными клапанами для подключения трубопроводов контура охлаждения, панели выводов, соединители цепей управления, соединитель внешнего питания и модуль газового пожаротушения (рисунки 12.1, 12.2).

Таблица 12.2 – Назначение соединителей и выводов, приведенных на рисунке 12.2

Позиция	Назначение	Обозначение
1	Подключение внешних проводов к системе управления ПСН	X11
2	Подключение ПСН к интерфейсным шинам электропоезда	Х12
3	Для ввода «минусового» провода выхода 9	BD-
4	Для ввода «минусового» провода выхода 7 (АБ2)	BN2-
5	Для ввода «минусового» провода выхода 4 (АБ1)	BN1-
6	Для ввода «плюсового» провода выхода 5 (АБ1)	BN1+
7	Для ввода провода выхода 3 от «минусовой» шины АБ	Bat-
8	Для ввода провода выхода 3 от «плюсовой» шины АБ	Bat+
9	Для ввода «минусового» провода выхода 5 (АБ1)	BN1-
10	Для ввода «плюсового» провода выхода 4 (АБ1)	BN1+
и	Для ввода «плюсового» провода выхода 7 (АБ2)	BN2+
12	Для ввода «плюсового» провода выхода 6 (АБ2)	BN2+
13	Для ввода «минусового» провода выхода 6 (АБ2)	BN2-
14	Для ввода «плюсового» провода выхода 8	BD+
15	Для ввода «минусового» провода выхода 1	1N:-
16	Для ввода провода выхода 1 фазы W	L3:l
17	Для ввода провода выхода 1 фазы U	Ll:l
18	Для ввода провода выхода 1 фазы V	L2:l
19	Для ввода провода выхода 2 фазы U	Ll:2
20	Для ввода провода выхода 2 фазы V	L2:l
21	Для ввода провода выхода 2 фазы W	L3:2
22	Для ввода плюсового провода выхода 1	1L:+

В контейнере расположены унифицированные компоненты, узлы и модули, на основе которых выполнен ПСН (рисунки 12.3…12.11).

Таблица 12.3 – Перечень компонентов, узлов и модулей в контейнере ПСН, приведенных на рисунках 12.3 и 12,4

Позиция	Назначение
А3	Панель подключения низкого напряжения
А4	Панель выходная
А6	Панель подключения высокого напряжения
А7	Панель управления
А8	Блок интерфейса
В1	Датчик давления (во входном коллекторе)
В21	Датчик температуры (в выходном коллекторе)
В41	Датчик температуры
С5	Конденсатор 3^60 мкФ
С11, С21, С31, С41, С51, С61, С71, С81	Конденсаторы 6 мкФ
K1	Блок управления центральный
М41	Мотор-вентилятор
R11	Дроссель
R40	Линейный тепловой пожарный извещатель
R50	Дроссель трехфазный
Т1	Модуль входной ведущий (HUR-модуль)
T2	Модуль входной ведомый (HUR-модуль)
Т3	Модуль выпрямителя
Т5	Модуль выходного инвертора (PWR-модуль)
Т6	Модуль BLG
Т11…Т14, Т21…Т24	Высокочастотный трансформатор
Т35, Т36, Т51…Т55, Т57, Т58	Датчик напряжения
Т37…Т39	Датчик тока
Т56	Датчик контроля замыкания на землю
V13	ЭМС-фильтр
X11	Соединитель
Х12	Соединитель внешнего питания
Х13	Соединитель
Х14, Х15	Розетка
ХЕ1	Клемма заземления
Х98	Клемма

Описание и работа составных частей

Панель подключения низкого напряжения АЗ

Панель подключения низкого напряжения АЗ содержит конденсатор V62, контакторы Q61…Q63 и предохранители F61, F63, F65, диоды R17…R19 и датчик тока Т61, а также блок-контакты BF61, BF63, BF65 (рисунок 12.5). Конденсатор V62 обеспечивает электромагнитную совместимость выходных цепей модуля BLG Т6. Контакторы Q61…Q63 подключают выходное напряжение модуля BLG к потребителям через клеммы BN1(+), BN2(+) и BD(+). Предохранители F61, F63, F65 осуществляют защиту выходных потребителей, подключенных к клеммам BN1(+), BN2(+) и BD(+).

Диоды R17…R19 разделяют цепи потребителей, подключаемых к клеммам BN1(+), BN2(+) и BD(+) между собой. Датчик тока Т61 осуществляет измерение тока заряда аккумуляторной батареи. Блок-контакты BF61, BF63 и BF65 передают сигнал о срабатывании предохранителей F61, F63 и F65 в микропроцессорную систему управления ПСН. BF61, BF63, BF65 – блок-контакты; F61, F63 – предохранитель 160 А; F65 – предохранитель 50 A; Q61, Q62 – контактор 140 А; Q63 – контактор 50 A; R17…R19 – диоды; Е61 – датчик тока; V62 – конденсатор 1 мкФ.

Панель выходная А4

Панель выходная А4 содержит конденсаторы V52…V54, трехфазные контакторы Q51, Q52, Q53, зарядные резисторы R51…R53, контактор Q41, автоматический выключатель F41 и предохранители F51…F53, блок-контакты BF41 и BF51…BF53 (рисунок 12.6). Конденсаторы V52…V54 осуществляют снижение уровня электромагнитных помех при формировании выходного напряжения 380 В, 50 Гц переменного тока ПСН.

Трехфазный  контактор Q51 подключает  трехфазное  выходное напряжение с выхода синус фильтра к выходам 1L1, 1L2, 1L3 и 2L1, 2L2, 2L3. Трехфазный  контактор Q52 подключает  трехфазное  выходное напряжение от разъема внешнего питания XI2 к выходам 1L1, 1L2, 1L3 и 2L1, 2L2, 2L3 и PWR-модуля Т5 через синус фильтр. Трехфазный контактор Q53 осуществляет заряд конденсаторов PWR-модуля Т5 через зарядные резисторы R51…R53 при подключении внешнего питания. Предохранители F51…F53 осуществляют защиту цепей ПСН при внешнем питании.

Контактор Q41 подключает питание электродвигателя мотор-вентилятора М41. Автоматический выключатель F41 осуществляет защиту электродвигателя мотор-вентилятора М41. Блок-контакты BF41 и BF51…BF53 передают сигнал о срабатывании автоматического выключателя F41 и предохранителей F51…F53 в микропроцессорную систему управления ПСН. BF11…BF53 – блок-контакты; F41 – выключатель автоматический; F51…F53 – предохранитель 355A; Q41 – контактор двигателя вентилятора; Q51, Q52 – контактор выходной 300 A; Q53 – контактор предварительного заряда; R51 …R53 – резистор 12 Ом; V52…V54 – конденсатор 1,5 мкФ.

Панель подключения высокого напряжения А6

На панели подключения высокого напряжения А6 расположены датчик напряжения Т31, датчик тока ТЗЗ, входной ЭМС-фильтр VI2, клеммы 1L:+, 1N:- для подключения кабелей входного напряжения 3000 В постоянного тока и клеммы L1:1, L2:1, L3:1 и L1:2, L2:2, L3:2 выходного напряжения 380 В, 50 Гц (рисунок 12.7). Датчики Т31 и Т33 предназначены для формирования и передачи информации о значениях входного напряжения и тока в микропроцессорную систему управления ПСН.

Входной ЭМС-фильтр V12 предназначен для снижения воздействия коммутационных переключений полупроводниковых элементов ПСН на контактную сеть, что обеспечивает соответствие ПСН требованиям по электромагнитной совместимости. Т31 – датчик входного напряжения; Т33 – датчик входного тока; V12 – входной ЭМС-фильтр.

Дроссель R11

Дроссель R11 осуществляет снижение высших гармонических составляющих входного тока, возникающих при коммутации силовых IGBT-транзисторов входных HUR-модулей Т1 и Т2.

Входные HUR-модули Т1 и Т2

Входные HUR-модули Т1 и Т2 предназначены для преобразования входного напряжения 3000 В постоянного тока в высокочастотное стабильное напряжение переменного тока. При этом в HUR-модулях Т1 и Т2 стабилизацию напряжения осуществляют входные повышающие конверторы, а формирование высокочастотного напряжения переменного тока – выходные полумостовые однофазные инверторы.

Высокочастотные конденсаторы

Конденсаторы С11, С21, С31, С41, С51, С61, С71 и С81 формируют кривую выходного тока HUR-модулей Т1 и Т2 (рисунок 12.8).

Трансформаторы Т11…Т14 и Т21…Т24

Высокочастотные трансформаторы Т11…Т14 и Т21…Т24 предназначены для согласования уровней и гальванической развязки выходного напряжения HUR-модулей Т1 и Т2, модуля входного инвертора (PWR-модуль) Т5 и модуля BLG Т6.

Модуль выпрямителя Т3

Модуль выпрямителя Т3 преобразует высокочастотное напряжение переменного тока, которое поступает с вторичных обмоток трансформаторов Т11…Т14 и Т21…Т24, в напряжение постоянного тока.

Выходные датчики

В отсеках модуля входного инвертора (PWR-модуль) Т5 и модуля BLG Т6 расположены датчики напряжения Т35 и Т36, датчики тока Т37…Т39 напряжения 380 В, 50 Гц и датчик контроля замыкания на землю Т56 (рисунок 12.9). Датчики Т35 и Т36 предназначены для формирования и передачи информации о значениях выходного напряжения многофазного выпрямителя ТЗ в систему управления ПСН. Датчик контроля замыкания на землю Т56 вырабатывает сигнал о наличии замыкания в цепи выходного напряжения многофазного выпрямителя ТЗ на корпус контейнера ПСН. Датчики напряжения Т37…Т39 предназначены для формирования и передачи информации о значениях выходного тока модуля входного инвертора (PWR-модуль) Т5 в микропроцессорную систему управления ПСН.

Модуль входного инвертора (PWR-модуль)

Модуль входного инвертора (PWR-модуль) Т5 посредством трехфазной мостовой схемы преобразовывает входное напряжение постоянного тока модуля выпрямителя ТЗ в трехфазное напряжение с действующим значением 380 В и частотой 50 Гц. При питании ПСН от сети дело напряжением 380 В переменного тока частотой 50 Гц PWR-модуль выполняет функции трехфазного мостового выпрямителя. При этом PWR-модуль Т5 преобразует трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц, которое поступает от сети депо на выходные клеммы устройства, в напряжение постоянного тока, которое поступает на вход модуля BLG Т6.

Дроссель трехфазный R50 и конденсатор С5 синус фильтра

Дроссель трехфазный R50 и конденсатор С5 синус фильтра предназначены для преобразования выходного трехфазного напряжения PWR-модуля Т5 а трехфазное синусоидальное напряжение 380 В, 50 Гц. При этом дроссель трехфазный R50 ограничивает скорость нарастания выходного тока PWR-модуля, а конденсатор С5 снижает скорость нарастания выходного напряжения.

Мотор-вентилятор М41

Мотор-вентилятор предназначен для обеспечения заданного теплового режима работы электрических компонентов ПСН.

Модуль BLG Т6

Модуль BLG Т6 обеспечивает требуемым напряжением питание цепей 110 В постоянного тока и заряда аккумуляторных батарей электропоезда в соответствии с заложенным алгоритмом. При этом модуль BLG Т6 согласовывает уровни и гальванически развязывает входное и выходное напряжения. Модуль BLG Т6 содержит мостовой однофазный инвертор напряжения и два высокочастотных трансформатора с выходными однофазными выпрямителями. Мостовой однофазный инвертор преобразовывает входное напряжение постоянного тока в высокочастотное напряжение переменного тока, которое понижают до требуемого уровня два высокочастотных трансформатора, а затем преобразовывают в напряжения постоянного тока выходные однофазные выпрямители.

Блок интерфейсов А8

В блоке интерфейсов А8 расположены конденсатор (V63), блок SIBCOS (К2), датчик температуры (КЗ) и блок согласования сопротивлений (D1) (рисунок 2.10). Конденсатор V63 предназначен для снижения уровня электромагнитных помех при формировании выходного напряжения 110В постоянного тока.

Блок SIBCOS К2 является часть. Системы управления ПСН и предназначен для формирования и обработки входных и выходных сигналов. Датчик температуры К3 предназначен для контроля минимальной рабочей температуры преобразователя. Блок согласования сопротивления D1-предназначен для согласования сигналов датчиков тока Т37…Т39 с требуемым уровнем напряжения входных каналов микропроцессорной системы управления ПСН.

Извещатель пожарной сигнализации

Извещатель пожарной сигнализации представляет собой линейный тепловой пожарный извещатель, который проложен внутри контейнера ПСН и подключен посредством клемм D1 и D2 разъема X13 к системе пожарной сигнализации электропоезда. Повышение температуры окружающей среды внутри контейнера ПСН вызывает увеличение активного сопротивления извещателя, что фиксирует система пожарной сигнализации электропоезда и предупреждает о случае возможного пожара.

Установка пожаротушения

Установка пожаротушения состоит из баллона объемом 7,5 литра, заполненного азотом, манометра контроля давления газа в баллоне, запорного устройства и шланга высокого давления, который соединяет баллон через форсунку для тушения с внутренним пространством контейнера ПСН. Установка пожаротушения обеспечивает равномерное распределение азота из баллона через форсунку в контейнер ПСН при срабатывании запорного устройства в случае определения пожара.

Микропроцессорная система управления ПСН

Микропроцессорная система управления устройством (МПСУ ПСН) состоит из блока управления центрального К1 типа SIBCOS-M2500-0-0, блока К2 типа SIBCOS-M9000, блока системы управления HUR-модуля Т1 типа SIBCOS-M2100 инвертора напряжения Т5 типа SIBCOS-M2500 и модуля BLG Т6 типа SIBCOS-M2000 (рисунок 12.11).

Блок управления центральный К1 предназначен для общего управления блоками систем управления ПСН и отвечает за коммуникацию с верхним уровнем системы управления электропоездом (МПСУиД). Блок К2 имеет 8 бинарных входов и 12 бинарных выходов и осуществляет прием бинарных сигналов и выдачу бинарных команд, что расширяет возможности блока управления центрального К1. Последовательный обмен данными между блоками МПСУ ПСН производят посредством CAN-шины. При этом блок управления центральный К1 через MVB-шину со стандартом поездной коммутационной сети TCN, а также через бинарные входы и выходы связан с высшим уровнем системы управления электропоездом (МПСУиД).

Обмен данными между МПСУиД и МПСУ ПСН осуществляется посредством интерфейса Ethernet от разъема Х090 модуля BLG Т6 через соединитель X13.

Обмен данными мониторинга ПСН между сервисным переносным компьютером и блоком центральной системы управления производят с помощью интерфейса RS232посредством подключения внешнего кабеля.

Питание МПСУ ПСН осуществляется напряжением 110 В постоянного тока, подаваемым через ЭМС фильтр V1, для снижения уровня помех (рисунок 12.12).

Работа ПСН

При питании от промежуточного контура тягового преобразователя

12.4.1.1 Входное напряжение 3 кВ постоянного тока с промежуточного контура тягового преобразователя подается на клеммы 1L:+ и 1N:- панели подключения высокого напряжения А6 (рисунок 12.13). С клемм 1L:+ и 1N:-панели А6 входное напряжение поступает на входной ЭМС-фильтр V12 и через дроссель R11 и ЭМС-фильтр V13 на последовательно соединенные входные модули Т1 и Т2. При помощи входного ЭМС-фильтра V12 и ЭМС-фильтра V13 происходит снижение воздействия коммутационных переключений полупроводниковых элементов ПСН на контактную сеть. При помощи датчиков напряжения Т31 и тока (Т33), микропроцессорная система управления ПСН осуществляет контроль входного напряжения и тока.

Во входных модулях Т1 и Т2 происходит преобразование входного напряжения постоянного тока в стабильное высокочастотные напряжения, которые, через высокочастотные конденсаторы А5, поступают на трансформаторы Т11…Т14 и Т21…Т24 и модуль выпрямителя Т3. Посредством высокочастотного преобразования электрической энергии, трансформаторы осуществляют сглаживание уровней и гальваническую развязку входного напряжения 3кВ и выходных напряжений ПСН.

Модуль выпрямителя Т3 преобразовывает входное напряжение переменного тока трансформаторов Т11…Т14 и Т21…Т24 в напряжение постоянного тока промежуточного звена. Напряжение промежуточного звена контролируется микропроцессорной системой управления ПСН при помощи датчиков А1.1. Из промежуточного звена напряжение постоянного тока поступает на входы модуля выходного инвертора (PWR-модуль) Т5 и на входы BLG-модуля Т6.

12.4.1.2 PWR-модуль Т5 преобразует входное напряжение постоянного тока промежуточного звена в трехфазное напряжение значением 380 В и частотой 50 Гц, которое через выходные датчики А1.2 поступает на синус-фильтр. Синус-фильтр образован дросселем трехфазным R50 и конденсатором С5. При помощи датчиков А1.2 микропроцессорная система управления ПСН осуществляет контроль выходных токов PWR-модуля Т5.

Синус-фильтр (дроссель R50 и конденсатор С5) преобразует выходное трехфазное ШИМ-напряжение PWR-модуля Т5 в трехфазное синусоидальное напряжение 380 В, частотой 50 Гц, которое через конденсаторы V52…V54 и контактор Q51 выходной панели А4 поступает на клеммы выходов переменного тока L1:1/L1:2, L2:1/L2:2 и L3:1/L3:2 (фазы U, V и W) панели А6. При этом конденсаторы V52…V54 осуществляют снижение уровня высокочастотных электромагнитных составляющих выходного напряжения PWR-модуля Т5 до требуемого уровня.

Посредством контактора Q41 через автоматический выключатель F41 панели А4, трехфазное напряжение поступает на мотор-вентилятор М41.

12.4.1.3 BLG-модуль преобразует входное напряжение постоянного тока с выхода модуля выпрямителя Т3 в стабильное напряжение 110 В постоянного тока, регулируемое в соответствии с алгоритмом заряда аккумуляторной батареи в пределах (77-137,5) В. При этом, BLG-модуль обеспечивает гальваническую развязку между входным и выходным напряжением. Сигнал о значении тока заряда аккумуляторной батареи поступает с датчика тока Т61, который расположен на панели подключения низкого напряжения А3.

Выходное напряжение с BLG-модуля через конденсатор V62 панели А3 поступает непосредственно на клеммы ВАТ+ (выход 3). Одновременно, через контакторы Q61…Q63, диоды R17…R19 и плавкие предохранители F61, F63 и F65 напряжение поступает на клеммы выходов BN1(+), BN2(+) и BD(+) (выходы 4, 6 и 8) панели А3. Отрицательное выходное напряжение BLG-модуля через конденсатор V63 блока интерфейсов А8 поступает непосредственно на клеммы ВАТ-, BN1(-), BN2(-) и BD(-) (выходы 3, 4, 6 и 8).

При питании от внешнего источника

Напряжение от внешнего источника 380 В, 50 Гц от соединителя X12 (вход 2), через предохранители F51…F53 и контактор Q52 выходной панели А4, подается на клеммы L1:1/L1:2, L2:1/L2:2 и L3:1/L3:2 (фазы U, V и W) панели подключения высокого напряжения А6.

Одновременно, напряжение внешнего источника, через предохранители F51…F53 и контакторы Q52, Q53 выходной панели А4, резисторы R51…R53, конденсаторы V52…V54 и дроссель трехфазный R50, датчики А1.2 поступает на выход PWR-модуля Т5, и через обратные диоды модуля преобразовывается в напряжение постоянного тока. При этом посредством резисторов R51…R53 происходит плавный заряд конденсаторов инвертора напряжения Т5. После заряда конденсаторов инвертора напряжения Т5, микропроцессорная система управления ПСН включает контактор Q51 панели выходной А4, который шунтирует зарядные резисторы R51.. .R53.

С входа PWR-модуля Т5 напряжение поступает на вход BLG-модуля Т6, который преобразовывает его в стабильное напряжение 110 В постоянного тока, регулируемое в соответствии с алгоритмом заряда аккумуляторной батареи в диапазоне (77 – 137,5) В. При этом BLG-модуль Т6 обеспечивает также гальваническую развязку между входным и выходным напряжением модуля.

Выходное напряжение BLG-модуля Т6 через конденсатор V62 панели подключения низкого напряжения А3 поступает непосредственно на клеммы ВАТ+ (выход 3). Одновременно, через контакторы Q61…Q63, диоды R17…R19, и плавкие предохранители F61, F63, F65 напряжение поступает на клеммы выходов BN1(+), BN2(+), BD(+) (выходы 4, 6 и 8) расположенные на панели подключения А3. Отрицательное выходное напряжение BLG-модуля Т6 поступает через конденсатор V63 блока интерфейсов А8 непосредственно на клеммы выхода ВАТ-, BN1(-), BN2(-), BD(-) (выход 3, 4, 6 и 8).