9.2. Преобразователь собственных нужд псн-100/3
ПСН состоит из трех основных частей (см. схему электрическую принципиальную, -Рис. ):
Высоковольтного понижающего преобразователя ВПП, состоящего из шести последовательно соединенных модулей входного преобразователя (МВП) А1 … А6 и обеспечивающих преобразование напряжения + 3000 В в промежуточное напряжение с уровнем +620 В с гальванической развязкой от входной сети.
Инверторов АИН1, АИН2, АИН3, обеспечивающих преобразование промежуточного напряжения +620 В в трехфазное напряжение 3х380 В с частотой 50 Гц (АИН1) и трехфазное напряжение с регулируемой амплитудой 0 … 380 В и частотой 0 … 50 Гц (АИН2, АИН3).
Системы управления (СУ).
В предпусковом состоянии на входы внешних коммутирующих контакторов КМ80, КМ81, КМ82 должно быть подано входное напряжение 3000 В. Сигнал о его наличии выдает «Датчик наличия и уровня ВНП» UV1. На клеммы ХМ1:1 – ХМ1:2 должно быть подано напряжение питания системы управления (СУ) с помощью выключателя, расположенного в кабине машиниста.
Процесс включения ПСН при нормальных климатических условиях начинается с момента включения выключателя “Преобразователи»,расположенного в кабине машиниста,при этом с СУ через адаптер А16/1 поступает команда на включение зарядного контактора КМ81 (обозначение контакторов соответствует схеме включения ПСН1 в соответствии с электрической схемой ЭП2К.70.00.002Э3 л.6).
При замыкании контактора КМ81 через зарядный резистор R1, установленный в шкафу высоковольтных контакторов электровоза, начинается заряд конденсаторов, расположенных в МВП. По мере заряда конденсаторов деблокируются импульсы запуска ВПП. На промежуточной шине появляется напряжение. По окончании процесса заряда конденсаторов включается главный контактор КМ82, а контактор КМ81 отключается.
Входное напряжение поступает на вход ВПП через фильтр, состоящий из дросселя L1 и конденсаторов С1 … С3. Варистор R11 служит для ограничения импульсных перенапряжений (атмосферных и коммуникационных). Модули (А1 … А6) МВП совместно с индуктивностью L2 включаются в работу. Выходы модулей соединены параллельно и подключены к промежуточным шинам (контакты XM/C, ХМ/D), от которых питаются автономные инверторы напряжения АИН1 … АИН3. Напряжение на промежуточных шинах гальванически развязано от сети 3000 В и стабилизируется на уровне 620 В.
При появлении напряжения на промежуточных шинах инвертор АИН1 начинает работать на постоянной частоте 50 Гц. Остальные два инвертора АИН2 и АИН3 начинают работу с минимальной частоты 5 Гц с постоянным нарастанием ее до значения 50 Гц. Через контакты ХМ1:5÷ХМ1:7 (для АИН2) и ХМ1:9÷ХМ1:11 (для АИН3) поступают кодовые сигналы для управления выходными напряжениями. С помощью ненулевой комбинации сигналов на трехзарядном коде получаем 7 значений напряжений с соответствующей частотой, приведенных в табл. 1.
Таблица 1.
№ п/п |
bit 0 |
bit 1 |
bit 2 |
Частота, Гц |
Напряжение, В |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
10 |
76 |
|
|
0 |
1 |
0 |
20 |
152 |
|
|
1 |
1 |
0 |
30 |
228 |
|
|
0 |
0 |
1 |
35 |
266 |
|
|
1 |
0 |
1 |
40 |
304 |
|
|
0 |
1 |
1 |
45 |
342 |
|
|
1 |
1 |
1 |
50 |
380 |
К инвертору АИН1 подключен синусоидальный фильтр SF1, состоящий из индуктивности L100 и конденсаторов С100 … С102. К конденсаторам параллельно подключены разрядные сопротивления R100 … R102. Выходы инвертора выведены на зажимы 1U5, 1V5 и 1W5.
К инвертору АИН2 подключен синусоидальный фильтр SF2, состоящий из индуктивности L200 и конденсаторов С200 … С202. К конденсаторам параллельно подключены разрядные сопротивления R200 … R202. Выходы инвертора выведены на зажимы 2U5, 2V5 и 2W5.
К инвертору АИН3 подключен синусоидальный фильтр SF3, состоящий из индуктивности L300 и конденсаторов С300 … С302. К конденсаторам параллельно подключены разрядные сопротивления R300 … R302. Выходы инвертора выведены на зажимы 3U5, 3V5 и 3W5.
Порядок включения ПСН при температуре окружающей среды ниже минус 40ºС определяет система температурного контроля - термоблок А15. Работа ПСН начинается с включения контактора КМ80, подающего входное напряжение на резисторы подогрева R2 … R5. В кабину машиниста выдается сигнал о начале процесса прогрева ПСН блок – контактами контактора КМ80. При достижении температуры на радиаторах IGBT – транзисторов значения
температуры от минус 35ºС до минус 40ºС система температурного контроля дает разрешение на включение ПСН по обычному алгоритму.
СУ ПСН включает в себя основную плату управления А7 и ряд вспомогательных узлов, выполняющих подчиненные функции (датчики, источники питания, преобразователи, линии связи и т.п.)
Функции вспомогательных узлов:
датчик UV1 контролирует наличие и уровень ВНП. Сигнал с датчика поступает на плату управления А7;
датчики UА1 контролирует ток по цепи ВНП. Сигнал с датчика поступает на плату управления А7;
- датчик UV2 контролирует уровень напряжения на промежуточной шине. Сигнал с датчика поступает на плату управления А7;
- датчик UА2 контролирует ток, протекающий от выхода ВПП по промежуточной шине к входу АИН. Сигнал с датчика поступает на плату управления А7;
- источник питания 11 0В/24 В (А14) предназначен для преобразования питающего напряжения СУ в напряжение 24 В;
- плата источников А8 предназначена для преобразования напряжения 24 В в напряжения +5 В и ±15В, необходимые для питания платы управления А7.
На плату управления А7 поступает информация с датчиков, контролирующих состояние ПСН, и на основании полученной информации плата управления вырабатывает сигналы,
Информация о текущем состоянии устройства высвечивается светодиодными индикаторами расположенными на передней стороне платы управления.
Рисунок 9.7- Пеобразователь ПСН-100/3
Рис.9.8 Схема электрическая принципиальная ПСН-100/3
9.3Шкаф питания ШП-262
ШП-262 предназначен для питания от сети переменного трехфазного тока с напряжением от 320 до 420 В и частотой 50 Гц потребителей бортовой сети постоянного тока с напряжением 110 В и подзаряда аккумуляторной батареи 84KL160Р с гальванической развязкой между цепями переменного и постоянного тока.
ШП имеет следующие технические характеристики:
- степень защиты по ГОСТ 14254-96 IP20;
- рабочее положение вертикальное;
- режим работы продолжительный;
- охлаждение воздушное с естественной вентиляцией;
- номинальное входное линейное напряжение трехфазного тока
на выводах 1-2-3 зажима контактного Х1 (вход 1), В 380;
- диапазон допустимых значений линейного входного
напряжения, В от 320 до 420;
- возможные неповторяющиеся импульсные перенапряжения
на входе 1, В 1500;
- номинальная частота, Гц 50;
- допустимые отклонения частоты, Гц ±1;
- потребляемая мощность в номинальном режиме, кВА 30;
- к.п.д. в номинальном режиме, % 87;
- коэффициент мощности в номинальном режиме, не менее, о.е. 0,87;
- номинальное напряжение постоянного (пульсирующего) тока, В:
на входе 2 (выводы Х2: 6,5-Х2:9,10) 110;
на выходе 1 (выводы Х2: 1-Х2:9,10) 110;
на выходе 2 (выводы Х2: 2-Х2:9,10) 110.
- допустимые отклонения от номинального значения напряжения, В:
на входе 2 ±5,5;
на выходе 1 ±5,5;
на выходе 2 ±5,5.
- коэффициент пульсации напряжения на активную нагрузку, %, не более:
на входе 2 100;
на выходе 1 100;
на выходе 2 1;
- максимальное значение эффективного напряжения
на выходе 2, В 121;
- диапазон рабочего тока в цепи, А:
- выхода 1 от 3 до 60;
- выхода 2 от 1до 100;
- максимальный ток в цепи, А:
входа 3 60;
входа 4 100;
выхода 3 65;
- напряжение подзаряда на выходе 3 при подключенной аккумуляторной батарее (выводы Х2:3-Х2:4) и температуре охлаждающего воздуха
от плюс 30 °С до минус 50 °С, В от 126 до 134;
- ограничение тока подзаряда аккумуляторной батареи, А 40±2;
- максимальный коэффициент пульсации на выходе 3 при подключенной аккумуляторной батарее, %, 12.
Сопротивление изоляции шкафа питания в нормальных климатических условиях между выводами зажимов контактных Х2-Х4 и корпусом ШП, между выводами зажимов контактных Х2-Х4 и Х1, между выводами зажима контактного Х1 и корпусом, не менее:
при нормальных условиях 100 Мом;
после испытаний на теплостойкость 6 Мом;
после испытаний на влагостойкость 1 МОм.
Электрическая изоляция ШП выдерживает действие испытательного напряжения частотой 50 Гц в течение 1мин:
между выводами зажимов контактных Х2-Х4 и корпусом (1500±75) В;
между выводами зажимов контактных Х2-Х4 и Х1 (2500±125) В;
между выводами зажима контактного Х1 и корпусом (2500±125) В.
Состав ШП.
ШП представляет собой объемную модульную конструкцию, состоящую из верхнего и нижнего модулей механически и электрически соединенных разборными соединениями.
В верхнем модуле, рядом с лицевой панелью, на которой расположены измерительные приборы типа М1611, установлены сменные блоки БП-96, БУ-94 и БФИ-95. Их соединение со схемой ШП осуществляется с помощью разъемных соединений типа РП14-30ЛО и РП14А-30. Слева, сверху над блоком БП-96 расположены регулировочные резисторы R6, R7, R8 и терморезистивная катушка R9, обеспечивающая необходимое изменение сигнала обратной связи по напряжению в пределах рабочего температурного диапазона. На лицевой панели расположены
амперметр РА, вольтметр PV, тумблеры типа ПТ26-1 для включения ШП и коммутации вольтметра к цепям выхода 2 и аккумуляторной батареи.
За лицевой панелью, рядом с корпусами измерительных приборов, установлены лампы подсветки шкал приборов.
Ниже лицевой панели, за прозрачными створками 5, на гетинаксовой панели в углублении расположена панель переключателей. На ней размещены пакетные переключатели SA1, SA2.
Переключатель SA1 «Цепи управления» коммутирует цепи бортовой сети «Uвых1 110 В» и «Uвых2 110 В»:
в положении «0» - отключены;
в положении «Нормально»: «Uвых1 110 В» подключена к выходу выпрямителя ШП, «Uвых2 110 В» подключена к выходу фильтра ШП (L1,C5);
в положении «Аварийно»: «Uвых1 110 В» подключена ко входу «+Uвх4 110 В», «Uвых2 110 В» подключена ко входу «+Uвх3 110 В» (бортовая сеть другой секции электровоза);
в положении «Источник депо» обе цепи подключены ко входу «+Uвх2 Розетка депо» (стационарный источник питания депо).
Переключатель SA2 «Батарея» коммутирует цепи аккумуляторной батареи (далее АБ) «+UGB», «+0,8UGB», «-UGB»:
в положении «0» - отключены;
в положении «Нормально»: «+UGB» подключена к выходу цепи подзаряда АБ (L2), «+0,8UGB» подключена к аноду диода VD4, «-UGB» подключена к цепи «Общий -110 В» через датчик тока TA1;
в положении«Источник депо»: «+UGB» подключена ко входу «+Uвх2 Розетка депо», «+0,8UGB» отключена, «-UGB» подключена к цепи «Общий -110 В» через датчик тока TA1.
Подаваемое на розетку депо напряжение должно соответствовать требованиям для питающих напряжений выхода 2 или выхода 3 (при заряде АБ от сети депо). Во всех случаях контроль за током и напряжением можно осуществлять по вольтметру PV и амперметру РА на лицевой панели ШП. Ниже панели переключателей на расположена панель предохранителей:
FU1 (типа ПП57, 100 А) для защиты цепи «Uвых1 110 В»;
FU2 (типа ПП57, 160 А) для защиты цепи «Uвых2 110 В»;
FU3, FU4, FU5 (типа ПП57, 160 А) для защиты цепей «+UGB», «+0,8UGB», «-UGB»;
FU6 (типа ВПБ6-37, 3,15 А) для защиты входной цепи «Общий -110 В» блока питания БП‑96;
FU7 (типа ВПБ6-37, 3,15 А) для защиты цепи включения ШП (последовательно с SA5 «Включение ШП»).
За панелью переключателей установлены:
панель конденсаторов типа ПК-318, на которой расположены параллельно соединённые конденсаторы выходного фильтра ШП суммарной ёмкостью 5104 мкФ (C5);
панель с элементами ПЭ-514 на которой расположены: элементы выпрямительного силового моста, дополнительное плечо слаботочного выпрямительного моста, тиристорный ключ VS4для управления подзарядом АБ, датчики напряжения TV1 и TV2 (типа LV100/SP84), датчик тока ТА1 (типа LT100-T/SP97), реактор типа Р-72, дроссель типа Д-007, два резистора типа С5-35В, вилка типа РП14А-30 для оперативного подключения слаботочного монтажа панели к схеме ШП.
Для подключения внешнего монтажа к ШП сзади верхнего модуля установлены зажимы контактные Х2 и Х3.
В нижнем модуле ШП размещены: силовой трехфазный трансформатор типа Т-153, дроссель типа ДС-1, контактор электромагнитный типа МК-2 и промежуточный зажим контактный Х4 для подключения цепей нижнего модуля к цепям верхнего модуля ШП.
Для подключения питающего напряжения к ШП предназначен зажим контактный Х1.
Принцип работы
ШП представляет собой устройство, преобразующее переменное трехфазное напряжение ~380 В, 50 Гц в постоянное напряжение (110,0±5,5) В для питания бортовой сети электровоза и формирования тока подзаряда аккумуляторной батареи. Питание на ШП подаётся от статического преобразователя собственных нужд (далее ПСН).
Для стабилизации выходного напряжения (110,0±5,5) В при изменении питающего напряжения в диапазоне от 320 до 420 В в схеме ШП (рисунок ) применён трехфазный несимметричный мостовой выпрямитель с управлением по тиристорам VS1-VS3. Управление током подзаряда АБ осуществляется по тиристору VS4.
Переключение питания бортовой сети с ШП на аккумуляторную батарею и обратно, при пропадании и восстановлении входного напряжения ШП, осуществляется нормально замкнутым силовым контактом контактора КМ и диодом VD4.
При питании бортовой сети от АБ для экономии ёмкости АБ отключается выходная цепь «Uвых1 110 В» (обогрев лобовых и боковых стекол кабины электровоза), нормально открытым силовым контактом электромагнитного контактора КМ.
Катушка КМ получает питание от отдельного выпрямителя, состоящего из диодов VD1-VD6 ШП, что исключает ее питание от аккумуляторной батареи.
Для контроля напряжения цепи «Uвых2 110 В» или аккумуляторной батареи предусмотрен тумблер SA3, который необходимо переключить в одно из положений: «Напряжение батареи» или «Цепи управления».
Сигнализация о заряде аккумуляторной батареи от ШП осуществляется с помощью нормально замкнутого контакта электромагнитного контактора КМ - "Сигнализация 3Б".
Регулирование заданных значений: выходного напряжения, отсечки по току и ограничения напряжения подзаряда аккумуляторной батареи осуществляется с помощью регулируемых резисторов R6, R7 и R8 соответственно.
Изменение уставки ограничения напряжения подзаряда аккумуляторной батареи в диапазоне рабочей температуры осуществляется автоматически с помощью термокомпенсационной катушки R9. При снижении температуры окружающего воздуха снижается сопротивление медной катушки R9, при этом уменьшается сигнал обратной связи снимаемый с подвижного контакта резистора R8. Уменьшение сигнала обратной связи вызывает, в свою очередь, увеличение напряжения на аккумуляторной батарее.
Система управления ШП состоит из трех конструктивных модулей: блока питания БП-96, блока управления БУ-94 и блока формирования импульсов БФИ-95.
Рисунок 9.9 Шкаф питания ШП-262
Рисунок 9.10 Схема электрическая принципиальная шкафа питания ШП-262