Автор: Понкратов Ю.И.
Теги: железнодорожный транспорт учебник электропривод электропоезда электродвигатели железная дорога серия среднее профессиональное образование детали железнодорожного состава
ISBN: 978-5-89035-457-0
Год: 2007
Текст
СРЕДНЕЕОРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГЮ.И ПонкратовЭЛЕКТРОПРИВОД
И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ПОДВИЖНОГО СОСТАВАУчебник
Ю.И. Понкратовэлектропривод
И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ПОДВИЖНОГО
СОСТАВАРекомендовано
Управлением учебных заведений и правового обеспечения
Федерального агентства железнодорожного транспорта
в качестве учебника для студентов техникумов и колледжей
железнодорожного транспортаМосква2007сканировал ab_h
г. Тамбов
для scbist.com
УДК 629.4-82(075)
ББК 39.22-08
П56Рецензенты: главный инженер пассажирского вагонного депо Москва-3 Московской железной доро¬
ги — филиала ОАО «РЖД» С.В. Калуцкий; преподаватель Московского колледжа железнодорожного
транспорта С.Н. НатачытПонкратов Ю.И.П56 Электропривод и преобразователи подвижного состава: Учебник для техникумов и кол¬
леджей ж.-д. транспорта. — М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на
железнодорожном транспорте», 2007. — 190 с.ISBN 978-5-89035-457-0Рассмотрены принципы действия и конструкция электрических двигателей, генераторов и электро-
машинных преобразователей, применяемых на нетяговом подвижном составе. Приведены основные
технические данные и особенности конструкции электрических машин. Описаны способы электронно¬
го регулирования частоты вращения электрических двигателей.Изложены физические основы электронного управления преобразователями электрической энер¬
гии. Описаны принципы работы систем регулирования. Представлены описание схем и основные тех¬
нические характеристики электронных преобразователей и электронных блоков, применяемых на под¬
вижном составе.Учебник предназначен для студентов техникумов и колледжей железнодорожного транспорта специ¬
альности «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог», cnennajinsannH «Установки
и электрические аппараты вагонов» при изучении дисциплины «Электропривод и преобразователи под¬
вижного состава». Может быть полезен инженерам и техникам по обслуживанию и ремонту вагонов.УДК 629.4-82(075)
ББК 39.22-08ISBN 978-5-89035-457-0 © Понкратов Ю.И., 2007© ГОУ «Учебно-методический центр
по образованию на железнодорожном
транспорте», 2007
ВВЕДЕНИЕЭлектрооборудование широко применяется на подвижном составе железнодорожного транс¬
порта России. Оно необходимо для обеспечения комфорта пассажиров в пассажирских поездах
и сохранности грузов при перевозке на рефрижераторном подвижном составе. Впервые элект¬
роэнергия применялась на пассажирских вагонах для освещения. В дальнейшем повышение
требований к комфортабельности вагонов и улучшению обслуживания пассажиров привело к
использованию на пассажирских вагонах нового разнообразного электрооборудования. В на¬
стоящее время на пассажирских вагонах применяются люминесцентное освещение, установки
кондиционирования воздуха, а также установки для охлаждения продуктов питания и питьевой
воды, радио- и телевидеоаппаратура.Пассажирские вагоны оборудованы системами индивидуального (автономного) или цент¬
рализованного электроснабжения. Вагоны с индивидуальной (автономной) системой имеют
собственные источники электроэнергии: генератор с приводом от оси колесной пары и акку¬
муляторную батарею. Централизованная система электроснабжения вагонов имеет один об¬
щий источник электроэнергии, установленный на специальном вагоне-электростанции, или
для этого используется контактная сеть через электровоз и подвагонную магистраль. Для пи¬
тания всех потребителей устанавливаются специальные преобразователи, превращающие элек¬
троэнергию в энергию с другими параметрами. Например, в комплексе жизнеобеспечения
пассажирского вагона «Заря» преобразователи обеспечивают потребителей следующими ви¬
дами электроэнергии:- постоянным током напряжением 110 В {для работы системы освещения)',- трехфазным переменным током с регулируемым напряжением 220—380 В и регулируемой
частотой {для питания электродвигателей компрессоров)',- трехфазным переменным током напряжением 380 В частотой 50 Гц {для питания электро¬
двигателей вентиляторов)',- однофазным переменным током со стабилизированным напряжением 220 В частотой 50 Гц
{для питания бытовых потребителей).Система электроснабжения рефрижераторного подвижного состава имеет генераторы, от
которых питаются через распределительные устройства приводы холодильно-нагревательных
чстановок.Генераторы, применяемые на подвижном составе, отличаются большим разнообразием и па¬
раметрами. Широкое применение нашли индукторные генераторы как наиболее простые по кон¬
струкции. Электрические двигатели, применяемые в различных приводах на подвижном соста¬
ве, имеют общие признаки и принцип работы. Большое распространение получили двигатели
как постоянного, так и переменного тока. Генераторы и двигатели относятся к электрическим
машинам и представляют собой электромеханическое устройство, осуществляющее преобра¬
зование механической и электрической энергии.Для обеспечения работы различного оборудования на подвижном составе применяются че¬
тыре вида возможных преобразований электрического тока:- переменного тока в постоянный (выпрямление);- постоянного тока в переменный стандартной частоты 50 Гц или в переменный ток перемен¬
ной частоты (инвертирование);- переменного тока в переменный других параметров (преобразование частоты и напряжения);- постоянного тока в постоянный ток другого уровня напряжения (импульсное преобра¬
зование).
Для питания двигателей трехфазным током регулируемой частоты изменяемого напряжения
применяются автономные инверторы, обеспечивающие преобразование постоянного тока в трех¬
фазный. Автономный инвертор обеспечивает не только регулирование частоты трехфазного тока,
но и плавное изменение эффективного напряжения методами широтно-импульсного управле¬
ния. При таком независимом изменении частоты и напряжения достигается экономичное регу¬
лирование скорости враш,ения асинхронных двигателей.Средства современной полупроводниковой техники обеспечивают любое преобразование
тока. Благодаря этому имеется возможность перехода к гибким технологическим процессам в
системах электроснабжения вагонов с применением программируемых систем и персональ¬
ных компьютеров.От автораПри работе над учебником автор столкнулся с трудностью подбора необходимых материалов,
документации и технических данных и характеристик электрических машин, электронных пре¬
образователей и блоков, приведенных в учебнике, так как появилось много предприятий, кото¬
рые производят и выпускают различное электрическое оборудование для пассажирских и спе¬
циальных вагонов. Автор выражает благодарность людям, которые оказали огромную помопдь в
подборе материала и документации, а также за ценные советы и рекомендации, полученные им
при работе над учебником, а именно Мальцеву В.Ф. — и.о. мастера электроцеха депо Москва
(Октябрьская); Туманову А.А. — мастеру электроцеха депо Москва (Белорусская); Корзуно-
ву В.А. — ведущему инженеру завода «Электросила» Санкт-Петербурга; Бабухину А.Н. — мас¬
теру электроцеха рефрижераторного депо «Подмосковное».Отдельная благодарность рецензентам рукописи учебника за профессиональные советы и
поправки, которые повысили качество учебника и сделали его доступным к применению не
только студентам учебных заведений, но также специалистам при проведении технического
обслуживания и ремонта электрооборудования пассажирских специальных вагонов, а именно
Свирину А.А. — мастеру электроцеха депо Москва-3; Калуцкому С.В. — главному инженеру
депо Москва-3.
Глава 1
КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ И ГЕНЕРАТОРОВ ВАГОНОВ1.1. Двигатели вагоновНа пассажирских вагонах применяется множество различных механизмов с электрическим
приводом. Электрический привод или электрические двигатели применяются для обеспечения
работы вентиляторов, насосов систем отопления, компрессоров холодильников для хранения
продуктов и т.д. На вагонах с кондиционированием воздуха устанавливаются электродвигатели
хтя управления компрессорами и вентиляторами конденсаторов и испарителей холодильных
\становок. На рефрижераторном подвижном составе для привода компрессоров, вентиляторов,
насосов и другого оборудования применяются трехфазные электродвигатели переменного тока.
В вагоне-электростанции размещается много вспомогательных механизмов с электроприводом
(вентиляторы радиаторов, масляные и топливные насосы, электростартеры и т.д.).Применяемые на подвижном составе электродвигатели отличаются большим многообразием,
принципом работы, конструкцией, габаритами, мощностью, назначением. Используются коллек¬
торные электродвигатели постоянного тока (на вагонах с автономной системой электроснабже¬
ния); бесколлекторные переменного тока асинхронные (на вагонах рефрижераторного подвижно¬
го состава и на вагонах с централизованной системой электроснабжения); бесколлекторные пере¬
менного тока синхронные (на вагонах-электростанциях поезда «Аврора» в системе
гтектромашинного агрегата). Электродвигатели применяются как с фланцевым креплением, так и
с опорами на лапы. Габариты применяемых электродвигателей определяются местом расположе¬
ния электродвигателей на вагоне, массой двигателей и механизмов, приводимых ими во вращение.На подвижном составе электродвигатели работают в более тяжелых условиях, чем обычные
стационарные машины. При работе на подвижном составе электродвигатели должны обеспечи¬
вать широкое регулирование частоты вращения механизмов при значительных колебаниях под-
•ОДИ.МОГО напряжения и нагрузки. На электродвигатели и аппаратуру пуска действуют толчки и
•ибрация, частые колебания температуры и влажности окружающей среды. Электродвигатели
механизмов, расположенных под вагоном, подвергаются воздействию пыли, дождя и снега. Элек¬
тродвигатели пассажирских вагонов с системами кондиционирования воздуха (компрессоров и
•ентиляторов) значительную часть времени не работают, что приводит к повышению влажнос¬
ти их изоляции. Кроме этого, пусковые режимы двигателей компрессоров, холодильных устано¬
вок систем кондиционирования воздуха очень тяжелые, так как для обеспечения пуска комп¬
рессоров необходим большой пусковой момент.Электроприводы вагонных механизмов работают в разных режимах: продолжительном (вен-
тмляторы и насосы), кратковременном (воздушные заслонки), повторно-кратковременном (ком-
■рессоры холодильных установок).Под продолжительным номинальным режимом (при неизменной номинальной нагрузке и
■остоянной температуре окружающей среды) понимают такой режим работы электродвигателя,
цри котором рабочий период настолько велик, что превышение температуры всех частей двига-
ЭС.ТЯ над температурой окружающей среды достигает практически установившихся значений.
ЭЬектродвигатель, предназначенный для продолжительного режима работы, может, не перегре-
■вкь свыше допустимой температуры, отдавать указанную в его паспорте мощность в течение
дпгтельного времени.Под кратковременным номинальным режимом понимают такой режим работы, при котором
(вгриоды неизменной номинальной нагрузки электродвигателя чередуются с периодами остановок.
При этом в периоды нагрузки превышение температуры всех частей машины может возрасти до
недопустимых значений, но не успевает их достигнуть, так как перерыв в работе электродвигателя
достаточно велик и электродвигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды.При повторно-кратковременном номинальном режиме периоды работы электродвигателя при
номинальной нагрузке чередуются с периодами остановок, при этом как рабочие периоды, так и
паузы не настолько длительны, чтобы превышение температуры отдельных частей машины над ок¬
ружающей средой могло достигнуть установившихся значений. При повторно-кратковременном
режиме работы электродвигатель может отдавать большую мощность, чем при длительном ре¬
жиме. Этот режим характеризуется отношением времени включения к длительности всего цикла.Основными характеристиками, обеспечивающими безопасность работы электрических ма¬
шин подвижного состава, являются «класс изоляции» и «климатическое испслнение». По этим
характеристикам электрические машины делятся на несколько групп в зависимости от величи¬
ны, материала изоляции, стойкости изоляции к различным агрессивным средам, а также от
конструкции и защищенности от атмосферных воздействий и условий охлаждения.Принцип работы электрического двигателя постоянного тока. В автономных системах
электроснабжения вагонов применяется постоянный ток, поэтому потребители также должны
быть рассчитаны на работу при постоянном токе. Двигатели постоянного тока, применяемые на
подвижном составе, различаются мощностью и назначением. Все электродвигатели имеют об¬
мотку якоря (расположенную на вращающейся части двигателя) с коллектором и обмотку воз¬
буждения, расположенную на статоре. Принцип работы электрического двигателя основан на
взаимодействии проводника с током и магнитного поля. Если в магнитное поле внести провод¬
ник с током, направление магнитных силовых линий которого определяется правилом буравчи¬
ка, то магнитные поля будут между собой взаимодействовать. В этом случае с одной стороны
проводника создается разрежение магнитных силовых линий, а с другой — сгущаемость.Магнитные силовые линии можно рассматривать как пружины, выталкивающие проводник с
током. Величина выталкивающей силы определяется по формуле:F = B-L-1,где F — величина выталкивающей силы;В — магнитная индукция;L — длина проводника;/ — величина тока, протекающего по проводнику.Направление выталкивающей силы определяют по правилу «левой руки». Руку надо распо¬
ложить так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца
были направлены вдоль проводника по направлению тока. Тогда отогнутый на 90° большой па¬
лец покажет направление выталкивающей силы.Обмотку ротора (якоря) можно представить в виде рамки (рис 1.1), разные ветви которой
расположены под разными полюсами, а концы рамки присоединены к пластинам коллектора
(А и В). При прохождении тока через рамку от источника U на разные ветви рамки будут дей¬
ствовать выталкивающие силы в противоположном направлении создавая электромагнит¬
ный момент М на якоре, вращающий его против часовой стрелки. После поворота якоря на угол
180° электромагнитные силы не изменят своего направления, так как одновременно с переходом
каждого проводника обмотки якоря из зоны одного магнитного полюса в зону другого в этих
проводниках меняется направление тока из-за перехода щеток на другие пластины коллектора.
Таким образом, назначением коллектора и щеток в двигателе постоянного тока является измене¬
ние направления тока в проводниках обмотки якоря при переходе их из зоны магнитного полюса
одной полярности в зону другой полярности.Модель электродвигателя постоянного тока с обмоткой в виде рамки не обеспечивает устойчи¬
вость работы, так как при нахождении проводников обмотки якоря на геометрической нейтрали
«п—и'» электромагнитные силы /^з^^=0 (см. рис. 1.1), а величина магнитной индукции в середи¬
не межполюсного пространства равна нулю. Однако с увеличением числа проводников в обмотке
якоря (при равномерном их распределении на поверхности якоря) и числа пластин коллектора
-пРис. 1.1. Принцип действия электричес¬
кого двигателя постоянного токавращение якоря двигателя становится устойчивым и рав¬
номерным.При протекании тока по обмотке возбуждения в ма¬
шине создается магнитный поток Ф, который, взаимодей¬
ствуя с током /д, протекающим по обмотке якоря, создает
электромагнитный вращающий момент М, приводящий
якорь во вращение. Этот момент определяется формулой:М = С,Ф-4, (1.1)где С|у — коэффициент, определяемый конструктивными пара¬
метрами данной машины (количеством проводников обмотки яко¬
ря, ее параллельных ветвей и полюсов), но не зависящий от ре¬
жима ее работы.После окончания процесса пуска электромагнитный
момент М уравновешивается приложенными к валу дви¬
гателя нагрузочным (тормозным) моментом и момен¬
том холостого хода М^, созданным трением и другими
внутренними потерями мощности в машине. Поэтому ток
якоря определяется формулой:4 = М/С, Ф»М„/С, Ф.Следовательно, чем больше нагрузочный момент на валу электродвигателя, тем больше
ТОК якоря /jj. Этот ток называют током нагрузки электродвигателя. В электродвигателе ток яко¬
ря направлен против э.д.с. машины. Следовательно, приложенное к обмотке якоря напряжение
и должно быть больше э.д.с., т.е. Е.Общая конструктивная схема электродвигателей постоянного тока одинакова: электродвига¬
тели состоят из статора с магнитными полюсами (с обмотками возбуждения), ротора с обмоткой
якоря и коллектором, а также щеточного аппарата на поворотной щеточной траверсе. В двигате¬
лях малой мощности для обеспечения безыскровой работы щеток путем поворота щеточной
траверсы их сдвигают на определенный угол относительно геометрической нейтрали машины
(линии, перпендикулярной оси полюсов), против направления вращения якоря. В двигателях
мощностью выше 1,5—2 кВт для этой цели применяют добавочные полюса, а щетки устанавлива¬
ют на геометрической нейтрали. Двигатели изготовляют двух разновидностей: фланцевые — для
крепления двигателя на механизм и с опорными лапами — для крепления на раму. Охлаждение
двигателей малой мощности естественное, а двигателей большой мощности — принудительное
с помощью вентиляторов, насаженных на ротор электродвигателя.Характеристики и конструкция электрического двигателя постоянного тока. Наиболь¬
шее значение для оценки свойств электродвигателя имеет механическая характеристика, пред¬
ставляющая собой зависимость частоты вращения п от электромагнитного момента М. Элект¬
ромагнитный момент М определяется по вышеприведенной формуле (1.1), а частота вращения
электродвигателя — по формуле:(1,2)где — сумма всех сопротивлений, включенных в цепь якоря.В зависимости от способа возбуждения электродвигателя механическая характеристика име¬
ет разную форму.В двигателе с параллельным возбуждением магнитный поток Ф не зависит от нагрузки (мо-
.мента М и тока нагрузки 1^, а зависит лишь от тока возбуждения 7^. Сопротивление цепи якоря
в двигателях стараются сделать малым во избежание сильного увеличения потерь мощнос¬
ти АР = в обмотке якоря при возрастании нагрузки. Поэтому при увеличении момента М,
а следовательно, тока нагрузки частота вращения изменяется незначительно. Такая механи¬
ческая характеристика называется жесткой (рис. 1.2, а).1
Рис. 1.2. Механические характеристики электрических двигателей постоянного токаВ двигателе с последовательным возбуждением ток возбуждения пропорционален току
якоря 1^. Поэтому при возрастании М и увеличивается магнитный поток Ф, что согласно форму¬
ле (1.2) приводит К сильному уменьшению частоты вращения п. Такая механическая характе¬
ристика называется мягкой (рис. 1.2, б). Электродвигатель с последовательным возбуждением
благодаря мягкой характеристике обладает двумя достоинствами. Он лучше, чем двигатель с
параллельным возбуждением, переносит перегрузки, так как при увеличении нагрузочного мо¬
мента на валу ток якоря возрастает в нем в меньшей степени. Кроме того, двигатель с после¬
довательным возбуждением при одном и том же значении пускового тока развивает больший
пусковой момент, чем двигатель с параллельным возбуждением. Однако двигатель с последова¬
тельным возбуждением обладает существенным недостатком — он не может работать при холо¬
стом ходе и малых нагрузках. При уменьщении нагрузочного момента частота вращения п резко
возрастает, и двигатель идет вразнос (аварийный режим). Поэтому такие двигатели нельзя при¬
менять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода или при небольшой
нагрузке (вентиляторы и др.).Механическая характеристика двигателя со смешанным возбуждением (рис 1.2, в) является
промежуточной между двумя рассмотренными. Этот двигатель, обладая мягкой характеристи¬
кой, может устойчиво работать при холостом ходе с некоторой частотой вращенияМеханические характеристики двигателя с независимым возбуждением представляют собой
семейство характеристик с различным углом наклона (жесткости). Угол наклона характеристи¬
ки зависит от величины сопротивления включенного в цепь якоря.В системе вентиляции пассажирского вагона (производства бывшей ГДР) применяется шунто¬
вой электродвигатель постоянного тока ЕВ 5 А/1, технические данные которого представлены в
табл. 1.1.Таблица 1.1Технические данные двигателя ЕВ 5 А/1ПараметрЭлектродвигатель ЕВ 5 А/1Мощность, кВт0,9Напряжение, В60Ток, А19Частота вращения, об/мин1000Ступени частоты вращения, об/мин430/740/1300Вид возбужденияПоследовательныйили параллельныйМасса, кг60Направление вращенияВ обе стороныДвухполюсный шунтовой электродвигатель типа ЕВ 5 А/1 служит для привода вентилятора
системы принудительной вентиляции. На двух свободных концах вала располагаются два рабочих
колеса вентилятора. Данный электродвигатель (рис. 1.3) состоит из следующих основных узлов:
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 1 2 3 4 5 6 724 23Рис 1.3. Конструкция двигателя постоянного тока типа ЕВ 5 А/1- корпуса 1 с главными полюсами 34 и катушками возбуждения 33;- якоря, выполненного из пакета листовой стали 3, обмотки якоря 8 с коллектором 79 и алю¬
миниевой крыльчаткой вентилятора 30, закрепленных на валу 76. Обмотка якоря S изолирована
от якоря полиамидной лентой б и закреплена бандажной лентой 32;- подшипниковых щитов 37 (сторона А) и 7 (сторона Б) вместе со щеточной траверсой 70,
щеткодержателем Р и щетками 77.Для опоры вала используются два радиальных подшипника 74 и 28 (№ 305). Главные полюса 34
длиной 90 мм набраны из пластин (спрессованы и склепаны заклепками 55) и вставлены в кор¬
пус из серого чугуна 7, который одновременно представляет собой ярмо. Полюса крепятся с
помощью болтов с шестигранной головкой 36.На корпусе с помощью болтов 22 крепятся подшипниковые щиты. Вокруг полюсов распо¬
ложены катушки возбуждения, изолированные покрытым лаком электрокартоном 4. В клемм¬
ной коробке 27 размещены помехоподавляющий блок и клеммная колодка с четырьмя клеммами.
Крышка клеммной коробки крепится с помощью винтов 20. Якорь набран из пластин 3 шириной
90 мм и имеет 20 пазов для обмотки 8. Обмотка и пакеты листовой стали крепятся с помощью
бандажей из стальной проволоки 2. Сдвиг пакетов предотвращают кольца 5, 24 и распорное
кольцо 23. Катушки 8 и 33 изготовлены из медной эмалированной проволоки с изоперлоновой
изоляцией. Вид обмотки якоря — шаблонная петлевая. Катушки возбуждения соединены парал¬
лельно с якорем и последовательно между собой (шунтовое включение). Коллектор 79 состоит
из 60 пластин. Миканитовая изоляция между пластинами углублена на 1 мм. Для охлаждения на
щите 7 с помощью винтов 77 крепится лист с отверстиями 78. На подшипниковом щите 37 и 7
ПОДШИПНИКИ крепятся крышками 73, 26, 29 (с помощью болтов 72 и 27), в которых находятся
камеры для смазки. Колеса вентиляторов крепятся на валу с помощью шпонок 25 и 75.Нормальное направление вращения левое, т.е. против часовой стрелки, если смотреть со сто¬
роны привода (сторона А). При изменении направления вращения положение щеточной травер¬
сы не изменяется.
Для приводов вентиляторов батарейных ящиков применяются коллекторные фланцевые элек¬
тродвигатели постоянного тока типа 87/60 и 119/45 различных модификавд1Й.Для лучщего крепления двигателей на различных приборах подшипниковый шит со стороны
привода оборудуется выступающим фланцем. Эти двигатели являются относительно небольиш-
ми и в связи с широкой областью применения выполняются различных типов и для различных
напряжений.Все типы двигателей оборудованы продувной вентиляцией с помощью встроенного вентиля¬
тора. Технические характеристики для некоторых типов двигателей представлены в табл. 1.2.Таблица 1.2Технические характеристики электродвигателей типа 87/60 и 119/45Модификациядвигателей1235.31235.3/11235.3/21235.3/31245.3Мощность, кВт63406340160Напряжение, В110ПО545454Ток, А0,90,751,81,34,8Частота вращения, об/мин30002000300020008000Вид возбужденияПараллельныйОбещанныйMicca, кг35,7Направление вращенияВ обе стороныЭлектродвигатель (рис. 1.4) состоит из ротора 1 выполнен из вала, пакета листовой стали,
коллектора и обмотки, расположенной в пазах пакета сердечника. Концы обмотки припаивают¬
ся К коллекторным пластинам.Рис. 1.4. Конструкция фланцевого двигателя типа 87/6010аЬ h для scbist.com
в корпусе 11 располагаются полюса 13 и обмотки возбуждения 25. Пакет сердечника полю¬
са состоит из листов динамной стали. Обмотки возбуждения имеют изоляцию из электрокар-
тона 24. К корпусу крепятся подшипниковые щиты со стороны привода 18 и со стороны кол¬
лектора 2 с помощью болтов 12. Корпус и подшипниковые щиты вьшолняются из алюминия
способом ЛИТЬЯ в КОКИЛЬ, в подшипниковые ЩИТЫ устанавливаются радиальные подшипники
со стороны привода 16: для типов двигателей 1235—№ 29; для типа 1245 — № 201. Со сторо¬
ны коллектора 5—соответственно № 27 и № 29. Подшипники закрыты крьш1ками 14,15. На
подшипниковом щите со стороны коллектора крепится щеточная траверса 9, к которой при¬
клепаны две щеточные направляющие для щеток 10. На наружной части подшипникового цщта
траверсами 8и4 укреплены элементы для защиты от радиопомех 6, 7. К подшипниковому
щиту крепится защитный кожух 3 с отверстиями для вентиляции, который защищает элемен¬
ты от внешних воздействий. Охлаждение двигателя принудительное с помощью вентилятора17. Подключение двигателя осуществляется с помощью болтов 22 клеммной колодки 23. Ко¬
лодка располагается в клеммной коробке 79и закрыта крьшлсой 21 с прокладкой 20. Клеммная
коробка 79 защищает место соединения от внешних влияний. Часть коробки 19 выполнена
вращаемой, так что имеется возможность изменять направление введения кабеля на 360° при
подключении.На вагонах постройки Тверского вагоностроительного завода применяются электродвигате¬
ли постоянного тока серии «П», которые предназначены для длительного, кратковременного и
повторно-кратковременного режимов работы. Они изготовляются для работы при температуре
окружающей среды от -40 °С до +40 °С, относительной влажности (95±3) % при температуре
(20±5) °С и при повьш1енных ударных сотрясениях и вибрациях. Электродвигатели типов ППМ,
П12М, П21М, П22М, ПЗ1М, П32М вьшолнены в защитном исполнении. Электродвигатели ти¬
пов П21М—П32М работают в режиме генератора.По способу возбуждения электродвигатели изготовляются со смешанным, параллельным или
последовательным возбуждением, генераторы—с самовозбуждением.По способу монтажа, расположению и числу свободных концов вала электродвигатели вы¬
полняются:- с одним или двумя концами вала;- с горизонтальным или вертикальным валом;- со станиной на лапах или без лап;-с фланцевым шитом со стороны, противоположной коллектору, или со щитом без фланца.По способу охлаждения изготовляют электродвигатели с самовентиляцией или с естествен¬
ным охлаждением.Технические характеристики электродвигателей серии «П» представлены в табл. ГЗ.Таблищ 1.3Технические характеристики электродвигателей серии «П»ПараметрЭлектродвигатели П11М—^П12М,
П21М—П32ММощность, кВт0,14...4,2Напряжение, В50—110Частота вращения, об/мин750, 1000, 1500, 3000Направление вращенияУказано стрелкой на корпусеНа рис. 1.5 представлена конструкция машины постоянного тока серии «П».Кроме рассмотренных типов электродвигателей на пассажирских вагонах применяется боль¬
шое разнообразие других типов, аналогичных по конструкции. Технические данные некоторых
из них представлены в табл. 1.4 и 1.5.11
К)8 910 11 12 13 14 15Рис. 1.5. Конструкция машин постоянного тока серии «П»:1— крышка; 2, 4,13,15 — крышки подшипников; 3,14 — подшипник; J — траверса; 6,12 — подшипниковый щит; 7 — коллектор; 8 — станина; 9 — якорь;
10 — рым-болт (кроме машин П11М—П12М); 11— вентилятор; 16 — добавочный полюс; 17 — главный полюс; 18 — конденсатор; 19 — болт заземления
Таблица 1.4Технические характеристики электродвигателей пассажирских вагонов (производства бывшей ГДР)ПараметрGMG90.1GMG 90.2GMKb9GMKd5Мощность, кВт0,150,258/131,6Напряжение, В6060120/125125Ток, А3,625,9575/12815,4Частота вращения, об/мин140014001200/16001550—1900
с регулированием
поляВид возбужденияСамовозбуждениеТаблица 1.5Технические характеристики электродвигателей пассажирских вагонов отечественной постройкиПараметрПЛ—061ПЛ—062Мощность, Вт60—9090—120Напряжение, В110—220110—220i Ток, А1,1/0,55/1,56/0,761,51/0,76/1,85/0,95Частота вращения, об/мин1500—30001500—3000Вид возбужденияСамовозбуждениеПринцип работы асинхронного электродвигателя переменного тока. На вагонах с центра¬
лизованным электроснабжением от вагона-электростанции и с автономной системой электроснаб¬
жения с установками кондиционирования воздуха (УКВ) применяются асинхронные двигатели.Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором:
неподвижного статора и вращающегося ротора. При этом обмотка статора включается в сеть и
является как бы первичной, а обмотка ротора—вторичной, так как энергия в нее поступает из
обмотки статора за счет магнитной связи между этими обмотками.В асинхронном электродвигателе на статоре располагается обмотка статора, представляю¬
щая собой трехфазную обмотку, катушки которой размещаются равномерно по окружности ста¬
тора и сдвинуты др5т от друга на угол 120°. Катушки обмотки соединяются по схеме «звезда»
или «треугольнию> и подключаются к сети трехфазного тока. Обмотка ротора вьшолняется ко¬
роткозамкнутой в виде беличьей клетки.Принцип работы асинхронного двигателя заключается в следующем: при включении обмот¬
ки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле Ф статора, частота
вращения которого определяется выражением«1 = 60///),где /—частота переменного тока;р — число пар полюсов.Вращающееся магнитное поле статора (полюса iVj и S^) (рис. 1.6) сцепляется как с обмоткой
статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них э.д.с. При этом э.д.с. обмотки статора, являясьэ.д.с. самоиндукции, действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает
значение тока в обмотке. Обмотка ротора замкнута, поэтому э.д.с. ротора создает в стержнях
обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на роторе электромаг¬
нитные силы направление которых определяется правилом <о1евой руки». Силы стре-
.Ч1ятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил
создает на роторе электромагаитный момент М, приводящий его во вращение с частотой «2.
Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ро¬13
Рис. 1.6. Принцип действия асинхронного двигателятора зависит от порядка следования фаз
напряжения, подводимого к обмотке ста¬
тора. Частота вращения ротора rij назы¬
вается «асинхронной» и всегда меньше
частоты вращения магнитного поля ста¬
тора «], так как только в этом случае про¬
исходят наведение э.д.с. в обмотке рото¬
ра асинхронного двигателя и появление
электромагнитного момента. Отставание
частоты вращения ротора от частоты вра¬
щения магнитного поля статора называ¬
ется скольжением S и выражается в до¬
лях единицы или в процентах:5 = («[- П2)/п^ или S{%) = 5'ТОО.Скольжение зависит от нагрузочного
(тормозного) момента, приложенного к
валу электродвигателя. Чем больше на¬
грузочный момент Mjj, тем больше дол¬
жен быть уравновешивающий его элект¬
ромагнитный момент М; следовательно,
тем больше должна быть разность час¬
тот вращения - «2^ т.е. S. Обычно при
номинальной нагрузке S= Припуске двигателя «2 = О и 5* = 1; при идеальном холостом ходе (отсутствие нагрузки и отсутствие
трения) «2 = «jh5' = 0.B реальных условиях при холостом ходе двигатель работает с некоторым
небольшим скольжением. Частота вращения ротора может быть определена по формуле:«2=«i(l-^ = 60/p(l-^.Характеристики и конструкция асинхронного двигателя переменного тока. Электромаг¬
нитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с
вращающимся магнитным полем.Зависимость момента от скольжения М =f(S) при Ц = const, / = const называется механичес¬
кой характеристикой. Механическая характеристика асинхронного двигателя М = f(S) показана
на рис. 1.7. При включении двигателя в сеть магнитное поле статора, не обладая инерцией, сразу
же начинает вращение с синхронной частотой ив то же время ротор двигателя под влиянием
сил инерции в начальный момент пуска остается неподвижным («2 = 0), и скольжение равно
единице (S = 1). На ротор действует пусковой момент. Под действием этого момента начинает
вращение ротор двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вращающий момент возраста¬
ет. При критическом скольжении момент до¬
стигает максимального значения М^,^. С даль-IllaXнейшим нарастанием частоты вращения (умень¬
шением скольжения) момент М начинает убывать,
пока не достигнет установившегося значения,
равного сумме противодействующих моментов,
приложенных к ротору двигателя; момента холо¬
стого хода Mq и полезного нагрузочного момента
(момента на валу двигателя) М2, т.е.М = Mq +М2 = М^^.Рис. 1.7. Механическая характеристика асинхрон¬
ного двигателяСтатический момент равен сумме проти¬
водействующих моментов при равномерном вра-14
щении ротора {п2= 0). Если противодействующий момент на валу двигателя М2 соответствует
номинальной нагрузке двигателя, то установившийся режим работы двигателя определится точ¬
кой на механической характеристике с координатами М = и 5* = где и —
номинальные значения электромагнитного момента и скольжения соответственно.Устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях меньше критическо¬
го {S < S^), т.е. на участке ОА механической характеристики, так как именно на этом участке
изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением электро¬
магнитного момента. При увеличении нагрузочного момента частота вращения ротора начнет
ч бывать (скольжение будет увеличиваться), что приведет к росту электромагнитного момента
М' (точка В), после чего режим работы двигателя вновь станет установившимся. При уменьше¬
нии нагрузочного момента частота вращения начнет возрастать (скольжение будет уменьшать¬
ся), что приведет к уменьшению электромагнитного момента М' и уменьшению электромагнит¬
ного момента М" (точка С). Устойчивый режим работы будет вновь восстановлен, но уже при
других значениях М и 5.Работа асинхронного двигателя становится неустойчивой при скольжениях S > 5^. Если
электромагнитный момент двигателя М = а скольжение S = 5*^^, то даже небольшое увели¬чение нагрузочного момента, вызвавшее увеличение скольжения S, приведет к уменьшению элек¬
тромагнитного момента. За этим последует дальнейшее увеличение скольжения и т.д., пока сколь¬
жение не достигнет значения S = I, т.е. пока ротор не остановится.Таким образом, при достижении электромагнитным моментом максимального значения на¬
ступает предел устойчивой работы асинхронного двигателя. Чтобы случайные кратковремен¬
ные перегрузки не вызывали остановки двигателя, необходимо, чтобы он обладал перегрузоч¬
ной способностью. Перегрузочная способность двигателя X определяется отношением макси¬
мального момента к номинальному Для асинхронных двигателей общего назначения
перегрузочная способность составляет X = = 1,7—2,5.Рабочие характеристики асинхронного двигателя (рис. 1.8) представляют собой графически
выраженные зависимости частоты вращения П2, КПД ц, полезного момента (момента на валу)'
Мл. коэффициента мощности С08ф| и тока статора от полезной мощности Pj при Ц = const и
/, = const.Скоростная характеристика «2 = АР'})- Частота вращения ротора асинхронного двигателя
определяется формулой «2 ^ ”i(l—^ скольжение S = Р2'^^эм’ скольжение двигателя, а
следовательно, и его частота вращения определяются отношением электрических потерь в рото¬
ре к электромагнитной мощности По мере увеличения нагрузки на валу двигателя скольже¬
ние S растет, достигая значений0.01—0,08 при номинальной на- Mj, Н м А, А «2, об/мин созф,; riф\зке. В соответствии с этим за¬
висимость П2 = АР']) представляет
собой Кривую, слабо наклоненную
к оси абсцисс.Зависимость М2 = /{Р^)- Зави¬
симость полезного момента М2 на
валу двигателя от полезной мощно¬
сти Р, определяется выражениемМ2 = P2/W2 P]j^2^где Рт — полезная мощность;озл = 271/^/60 — угловая частота вра-
шення ротора.Из этого выражения следует, что
ссти щ = const, то график М2 ^ЛР])
представляет собой прям}то линию.Но в асинхронном двигателе с уве¬020- 8 -120015- 6-90010+ 4 - 6005- 2-300»/■ <::^со8ф1/7/LА[/0,80,60,40,2О0 0 1 2 3 4 /^2,кВт
Рис. 1.8. Рабочие характеристики асинхронного двигателя1 5
личением нагрузки Pj частота вращения ротора уменьшается, поэтому полезный момент на валу
М2 с увеличением нагрузки возрастает несколько быстрее нагрузки, следовательно, график
Mj имеет криволинейный вид.Зависимость со8ф| =ЛР-2). В связи с тем, что ток статора имеет реактивную (индуктивную)
составляющую, необходимую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности
асинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соот¬
ветствует режиму холостого хода, при этом он не превышает 0,2. При увеличении нагрузки на
валу двигателя растет активная составляющая тока и коэффициент мощности возрастает, дос¬
тигая наибольшего значения (0,8—^,9) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увели¬
чение нагрузки сопровождается уменьшением со8ф|, что объясняется возрастанием индуктивного
сопротивления ротора за счет увеличения скольжения, а следовательно, и частоты тока в роторе.Конструкция асинхронных электродвигателей, применяемых на подвижном составе, одина¬
кова. Они отличаются габаритами, мощностью и скоростью вращения. На рис. 1.9 приведена
конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Электродвигатель состоит
из неподвижной части — статора и вращающегося ротора, разделенных воздушным зазором.
Неподвижная часть двигателя (статор) состоит из корпуса 1 и сердечника 2 с трехфазной об¬
моткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава чугуна или стали. Корпус имеет
ряд продольных ребер для увеличения поверхности охлаждения. В корпус запрессован сердеч¬
ник 2 статора. Он имеет шихтованную конструкцию. Отштампованные листы из электротехни¬
ческой стали покрыты слоем изоляционного лака, после чего собраны в пакет и скреплены спе¬
циальными скобами или сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция
сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процес¬
се перемагничивания сердечника магнитным полем. В сердечнике сделаны пазы, в которые ук--11
ладывается трехфазная обмотка 5. С торцов корпус закрыт подшипниковыми щитами 7 и 70,
которые вьшолняются из того же материала, что и корпус. В щитах расположены подшипники
/7, на которые опирается вал ротора 9. На вал напрессован сердечник 3 с обмоткой «беличья
клетка» 4. Охлаждение двигателя осуществляется с помощью центробежного вентилятора б,
который напрессован на вал ротора и закрыт кожухом.Концы обмоток статора выводятся в коробку 8 на специальную панель или зажимной щи¬
ток. Вьшоды обмоток фаз располагаются таким образом, чтобы соединение обмоток «звездой»
или «треугольником» было удобно производить с помощью перемычек без их перекрещивания.
В некоторых двигателях в коробке имеется только три вывода. В этом случае двигатель подго¬
товлен К включению на одно напряжение (соединение «звездой» или «треугольником» выпол¬
нено внутри двигателя). Статорные обмотки двигателя в зависимости от напряжения в трехфаз¬
ной сети могут соединяться между собой по схеме «звезда» или «треугольник». Рабочее напря¬
жение сети при соединении по схеме «звезда» должно быть в V3 раз больше, чем при соединении
по схеме «треугольник», иначе двигатель не разовьет полной мощности.Асинхронные двигатели в основном применяются для приводов механизмов с неизменной
астотой вращения, хотя существуют схемы изменения и регулировки скорости вращения асин-
.ронных двигателей.Асинхронные двигатели выпускаются сериями. Серия электрических машин представляет
собой ряд машин возрастающей моищости, имеющих однотипную конструкцию и удовлетворя¬
ющих общему комплексу требований.Принцип работы и конструкция синхронного двигателя переменного тока. Кроме бес-
коллекторных машин переменного тока (асинхронных) применяются и синхронные электродви¬
гатели. Синхронными они назьшаются потому, что имеют одинаковые скорости вращения рото¬
ра и магнитного поля статора. Отличаясь рабочими свойствами, эти мапшны имеют конструк¬
тивное сходство, и в основе теории их работы лежат общие вопросы. Синхронные машины
обладают свойством обратимости, т.е. каждая из них может работать как в режиме генератора,
так и в режиме двигателя. Синхронные двигатели конструктивно почти не отличаются от синх¬
ронных генераторов. Они так же состоят из статора с обмоткой и ротора с явно выраженными
полюсами, на которых находится обмотка возбуждения. Независимо от режима работы любая
синхронная машина нуждается в процессе возбуждения—наведения в ней магнитного поля.
Способы получения магнитного поля синхронных машин рассматриваются ниже при описании
принципа работы синхронных генераторов. В современных синхронных двигателях для воз¬
буждения применяются тиристорные возбудительные устройства, включаемые в сеть перемен¬
ного тока, осуществляющие автоматическое управление током возбуждения во всевозможных
режимах работы двигателя, в том числе и переходных.Достоинством синхронных двигателей являются высокие технико-экономические показате¬
ли; коэффициент мощности (более 0,8); возможное изменение посредством регулирования тока
возбуждения перегрузочной способности, которая меньше зависит от напряжения сети, чем в
асинхронном двигателе.Недостатком следует считать сложность с обеспечением пуска синхронного электродвигате¬
ля. При неподвижном роторе и подключении обмотки статора к сети переменного тока, а обмот¬
ки возбуждения—к источнику постоянного тока из-за постоянно изменяющихся взаимных на¬
правлений магнитных полей статора и ротора синхронный двигатель будет развивать не посто¬
янный по направлению, а знакопеременный вращающий момент, следовательно, он не сможет
разогнаться до синхронной скорости без применения специальных мер по его запуску. Приме¬
няются следующие способы пуска: с использованием вспомогательного дветателя постоянного
тока, который разгоняет ротор ненагруженного синхронного двигателя до синхронной скорос¬
ти, после чего осуществляется его синхронизация с питающей сетью; с помопц,ю асинхронного
пуска, для реализации которого на роторе двигателя укладывается дополнительная пусковая об¬
мотка, вьшолненная аналогично короткозамкнутой обмотке асинхронного двигателя. Торможе¬
ние синхронного двигателя осуществляется переводом его в генераторный режим.17
До недавнего времени синхронные двигатели применялись в приводах с нерегулируемой ско¬
ростью. Появление статических преобразователей частоты позволило применять синхронные
двигатели в приводах с регулируемой скоростью. В настоящее время применяются вентильные
двигатели. Вентильным называется синхронный двигатель с электронным коммутатором на¬
пряжения, К которому подключена обмотка статора, и датчиком положения ротора, установлен¬
ным на валу двигателя и управляющим работой коммутатора в зависимости от положения рото¬
ра. Датчик положения генерирует периодические сигналы, по которым открываются и закрыва¬
ются КЛЮЧИ коммутатора, подключающие к сети соответствующие обмотки статора. В результате
этого магнитное поле статора вращается с той же скоростью, что и ротор.На рис. 1.10 показан принцип действия синхронного двигателя с электронным коммутато¬
ром. Ротор 4 электродвигателя (на рисунке представлен в виде постоянного магнита) имеет дат¬
чик положения вала 8, который подает управляющие сигналы на коммутатор. Коммутатор вы¬
полнен на четырех управляемых ключах 1,2,6, 7 и
связан с источником постоянного напряжения U.
Обмотка статора на схеме для упрощения ана¬
лиза представлена двумя проводниками 5 и 5 в
виде рамки. По сигналам датчика положения
ротора с помощью управляемых ключей проис¬
ходит коммутация тока в обмотке статора, чем
обеспечивается постоянное направление враща¬
ющего момента двигателя при любой скорости
его вращения.Для протекания тока по проводникам 3 и 5 в
указанном на схеме направлении должны быть
замкнуты КЛЮЧИ 1 и 6. В результате взаимодей¬
ствия магнитного поля ротора с током I в про¬
водниках 5 и 5 на ротор будет действовать вра¬
щающий момент, поворачивающий его в соот¬
ветствии с правилом «левой руки» по часовой
стрелке. После поворота ротора на 180° по сиг¬
налу датчика 8 направление тока в проводниках
3 я 5 изменится на противоположное (ключи 1 я 6 размыкаются, а 2 и 7 замыкаются), и направ¬
ление действия вращающего момента сохранится прежним.Таким образом, принцип работы синхронного двигателя аналогичен принципу работы дви¬
гателя постоянного тока. Коммутатор представляет собой управляемый инвертор, который под¬
ключается непосредственно к источнику постоянного тока или к управляемому выпрямителю.В вагонах-электростанциях № 77303 поезда «Аврора», которые предназначены для замены
дизельных электростанций, устанавливаются два электромащинных агрегата. В состав каждого
входит синхронный двигатель типа СД 185-4 УХЛ2 (С — синхронный, Д — двигатель,
185 — мощность в кВт, 4 — число полюсов, УХЛ — климатическое исполнение, 2 — категория
размещения).Двигатель предназначен для привода генератора ГСФ-200 и сопрягается с ним с помощью
упругой пальцевой муфты. В состав двигателя входят система возбуждения и датчик положения
ротора. Питание двигате,дь получает от подвагонной магистрали 3000 В через преобразователь,
который преобразует постоянное напряжение контактной сети 3000 В в две системы трехфазно¬
го переменного напряжения величиной 1170 В для питания обмоток двигателя. На статоре дви¬
гателя расположены две трехфазные обмотки, которые сдвинуты относительно друг друга на
30°. Система возбуждения двигателя получает питание от генератора ГСФ-200. Ток возбужде¬
ния изменяется при изменении нагрузки генератора в пределах от 100 до 130 А. Начальное воз¬
буждение двигателя при запуске агрегата осуществляется от аккумуляторной батареи вагона
напряжением 24 В.Рис. 1.10. Принцип действия синхронного двигате¬
ля с электронным коммутатором
Исполнение двигателя горизонтальное, защищенное, с самовентиляцией, на двух подшипни¬
ковых щитах, с фланцем на одном щите, на приподнятых лапах, с одним коническим концом
вала. Основные технические данные представлены в табл. 1.6.Таблица 1.6Технические данные двигателя типа СД 185-4 УХЛ2ПараметрЗначение параметраМощность, кВт185Напряжение, В1170Ток статора (в одной звезде), А56Частота тока, Гц50Частота вращения, об/мин1500Соединение фазДве звезды, сдвинутые на 30° с выведенным нулемКоэффициент мощности0,88кпд, %91Ток возбуждения при
номинальной нагрузке, А115Напряжение возбуждения, В20Масса, кг1530Конструкция синхронного электродвигателя типа СД 185-4 УХЛ2 отличается от конструкции
синхронного генератора типа ГСФ-200 выполнением и расположением обмоток статора (с дву¬
мя трехфазными обмотками, взаимно сдвинутыми по фазе на 30°) и числом витков токовой ка¬
тушки силового трансформатора в системе возбуждения.Пуск двигателей в ход и регулирование скорости и направления вращения. Особенностью
пуска в работу двигателя постоянного тока является то, что в момент пуска сопротивление обмот¬
ки якоря очень мало и это приводит к значительному броску пускового тока. По мере разгона
ротора ток, протекающий по обмотке якоря, уменьшается, так как возрастает э.д.с., индуктируе¬
мая в обмотке якоря, которая направлена против направления питающего напряжения. Для пуска
электродвигателя постоянного тока в работу применяются два способа: прямой и реостатный.При прямом пуске двигатель подключается непосредственно к питающей сети. Так как
при этом возникает большой пусковой ток, то такой способ пуска можно применять только для
двигателей малой мощности.При реостатном пуске последовательно с обмоткой якоря включают пусковой реостат.
Значение сопротивления реостата выбирается таким, чтобы пусковой ток был в 1,5—2 раза
больше номинального тока двигателя. Этот реостат перед пуском должен быть полностью вве¬
ден (иметь наибольшее сопротивление). Кроме этого в цепь обмотки возбуждения тоже включа¬
ют реостат и устанавливают в такое положение, чтобы ток возбуждения, а следовательно, и маг¬
нитный поток был наибольшим (для двигателей с параллельным и смешанным возбуждением).
В этом случае требуемый пусковой момент создается при относительно меньшем пусковом токе.
По мере разгона двигателя пусковой ток уменьшается, что приводит к уменьшению электромаг¬
нитного момента. Для поддержания момента на определенном уровне пусковой реостат выво¬
дят из цепи ротора. По окончании процесса пуска пусковой реостат должен быть полностью
выведен (сопротивление равно нулю).Частоту вращения двигателя постоянного тока можно регулировать тремя способами:1 — изменением сопротивления цепи якоря; для этого в цепь якоря включают реостат (при
\-величении сопротивления реостата и уменьшении тока якоря частота вращения уменьшается);2 — изменением магнитного потока статора; для этого реостатом, включенным в цепь обмот¬
ки возбуждения, изменяют ток, а следовательно, и магнитный поток статора (при уменьшении
тока возбуждения частота вращения увеличивается);19
3 — изменением величины питающего напряжения (при увеличении напряжения частота вра¬
щения увеличивается).Для двигателей пассажирских вагонов применяются два первых способа.Для изменения направления вращения электродвигателя постоянного тока необходимо изме¬
нить направление электромагнитного момента, действующего на якорь. Это можно сделать дву¬
мя способами:1 — изменить направление тока в обмотке якоря;2 — изменить направление магнитного потока статора, т.е. направление тока в обмотке воз¬
буждения.Для осуществления этих способов достаточно переключить провода, подводящие ток к об¬
мотке якоря или обмотке возбуждения.Схемы пуска и управления электрическими двигателями, которые применяются на
вагонах. На рис. 1.11 приведены схемы включения электродвигателей постоянного тока пасса¬
жирских вагонов типа К/Ки и КУКри: для управления вентилятором конденсатора холодильной
установки (а), насосом отопления (б) и вентилятором вагона (в).Двигатель вентилятора конденсатора холодильной установки 4т2 (со смешанным возбужде¬
нием) включается в сеть с помощью выключателя 4u4cl. Во время пуска в цепь якоря включен
пусковой реостат, состоящий из двух ступеней 4u4r4 и 4u4r5. По мере разгона ротора двигателя
системой управления сначала замыкается контактор 4u4c4, который шунтирует первую ступень-П_Зе18ЕРис. 1.11. Схемы включения электродвигателей на пассажирских вагонах типа К/Ки и К/Кри:
а — вентилятора конденсатора; б — насоса отопления; в — вентилятора вагона20аЬ h для scbist.com
реостата (4u4r4), а потом замыкается контактор 4u4c5, шунтирующий вторую ступень (4u4r5).
Одновременно размыкается контакт 4u4c5, который включает в цепь параллельной обмотки воз-
6\жзения реостат 4u4r6. Двигатель защищен предохранителями 4еЗ и 4е4 на 25 А и тепловым
реле 4е12.Двигатель насоса отопления 3m2 (с параллельным возбуждением) имеет прямой пуск. Вклю¬
чение производится включателями Зс1. Двигатель защищен автоматическими выключателями
Зе5 и Зеб на 6 А и тепловым реле Зе18.Двигатель вентилятора 4тЗ (со смешанным возбуждением) включается в сеть с помощью
выключателей 4с1 и имеет одну ступень пускового реостата Iu4r5, которая шунтируется контак¬
тором 4с2; одновременно в цепь параллельной обмотки возбуждения включается реостат 1и4гб.
Двигатель защищен тепловыми реле 4е13.Асинхронные двигатели переменного тока малой и средней мощности пускаются в ход путем
непосредственного подключения обмоток статора к сети (прямой пуск). При прямом пуске воз¬
никает значительный бросок пускового тока, который превышает номинальный в 5—7 раз. Для
>-меньшения пускового тока в некоторых случаях применяют пуск путем переключения обмотки
со «звезды» на «треугольник». Это приводит к снижению пускового тока и пускового момента в
три раза. Такой способ можно применять только для тех двигателей, которые пускаются в ход
«.холостую или при небольшой нагрузке.Регулировать частоту вращения асинхронного двигателя можно тремя способами, изменяя:1 - число пар полюсов обмотки статора;2 частоту питающего напряжения;3 - величину скольжения.Регулировать частоту вращения двигателя изменением скольжения возможно только в элект¬
родвигателях с фазным ротором, для чего в цепь ротора включается реостат. Такой способ регу¬
лирования скорости электродвигателя на подвижном составе не применяется.Способ регулирования скорости вращения электродвигателя путем изменения числа пар по¬
люсов позволяет осуществлять только ступенчатое регулирование, так как изменить число пар
полюсов можно только в отношении 1:2:3:4 и т.д. Обычно многоскоростные двигатели имеют
одну обмотку статора, отдельные части которой пересоединяются так, чтобы получить различ¬
ное число пар полюсов. Другая конструкция двигателей характерна тем, что каждая фаза обмот¬
ки статора состоит из двух катушек. Когда эти катушки соединены последовательно, на статоре
образуются четыре полюса. Если катушки соединить параллельно, то на статоре образуются
только два полюса.В настоящее время для электродвигателей, применяемых на подвижном составе, использует¬
ся способ регулирования скорости вращения с помощью изменения частоты питающего напря¬
жения. Этот способ позволяет изменять скорость двигателя плавно, без потерь мощности. Час¬
тота питающего напряжения изменяется с помощью специальных преобразователей частоты.Чтобы изменить направление вращения ротора асинхронного электродвигателя переменного
тока, необходимо изменить направление вращения магнитного поля. Для этого переключают
два провода, подводящих ток от сети к двум любым фазам обмотки статора.На пассажирских вагонах с электроотоплением типа 61-435 в системе вентиляции применя¬
ется электродвигатель с изменением числа пар полюсов (рис. 1.12). Электрический двигательи.меет несколько обмоток на статоре. В зависимости от подключенных обмоток (выводы 6С1,
6С2, 6СЗ или 4С1, 4С2, 4СЗ) двигатель имеет различное количество пар полюсов. Электричес¬
кий двигатель включается в трехфазную сеть напряжением 380 В с помощью автоматического
выключателя В5. Изменение скорости происходит в зависимости от того, какой контактор вклю¬
чен: К7 или К8 (К7 — низкая частота вращения, К8 — высокая частота вращения). Управление
контакторами производится блоком управления вентиляцией (БУВ) в зависимости от темпера¬
туры в вагоне. Система управления устроена таким образом, что одновременное включение обоих
к-онтакторов невозможно. Контроль скорости вращения осуществляется с помощью контрольных
ламп Л16 или Л17, которые питаются через ограничительные сопротивления R4 и R5. Конт¬21
Рис. 1.12. Схема включения электродвигателя вентиля¬
ции с изменением числа пар полюсоврольные лампы установлены на пульте уп¬
равления оборудованием вагона. Защита от
аварийных режимов производится с помо¬
щью автоматического выключателя В5 и
тепловых реле Р37, Р38 и Р52, Р53.1.2. Генераторы вагоновВсе пассажирские и рефрижераторные
вагоны оборудованы системами электро¬
снабжения. Системой электроснабжения
называют комплекс оборудования, предназ¬
наченный для выработки и распределения
электрической энергии между потребите¬
лями. Главными источниками электрической
энергии в системах электроснабжения явля¬
ются генераторы. Генераторы приводятся во
вращение от оси колесной пары в пассажир¬
ских вагонах с автономной системой элект¬
роснабжения или от спепдально установлен¬
ного двигателя внутреннего сгорания (дизель-
генераторный агрегат) на рефрижераторном
подвижном составе. В поездах с централи¬
зованной системой электроснабжения гене¬
раторы работают от вагона-электростанции,
а в поезде «Аврора» генератор вращается
от синхронного электродвигателя, получа¬
ющего питание от контактной сети через
специальный преобразователь.В автономной системе электроснабже¬ния для питания потребителей применяется только постоянный ток. Это объясняется тем, что на
вагоне кроме генератора устанавливается аккумуляторная батарея, которая служит резервным и
аварийным источником питания (обеспечивает питание потребителей на стоянках и при малой
скорости движения поезда). Аккумуляторная батарея вырабатывает постоянный ток, поэтому
потребители также должны быть рассчитаны на работу на постоянном токе. Применение гене¬
раторов постоянного тока позволяет напрямую соединять источники и потребители.Постоянный ТОК для питания системы электроснабжения может быть получен не только от
генераторов постоянного тока, но и переменного. Однако в последнем случае потребители и
аккумуляторную батарею подключают к генератору через выпрямитель.В настоящее время на подвижном составе щироко применяются индукторные генераторы
переменного тока, преимуществом которых является то, что на вращающейся части нет обмо¬
ток, щеточного аппарата и коллектора, что существенно упрощает конструкцию и обслужива¬
ние генератора. Для выпрямления переменного тока применяются выпрямители, выполненные
из полупроводниковых диодов, которые обдуваются встречным воздухом для их охлаждения,
вместо применявщихся ранее селеновых выпрямителей, располагаемых в баках, которые запол¬
нялись 70 литрами трансформаторного масла.В системах электроснабжения рефрижераторных вагонов и централизованных системах элек¬
троснабжения пассажирских вагонов от вагона-электростанции применяется трехфазный пере¬
менный ток напряжением 220/380 В с частотой 50 Гц. В дизель-генераторных и электромащин¬
ных агрегатах в качестве источников электроэнергии применяются синхронные трехфазные
генераторы переменного тока. Для обеспечения необходимого резерва при выходе из строя од¬
ного из агрегатов и обеспечения нормальной работы при включении большой нагрузки на ваго¬
нах устанавливают несколько агрегатов.22
Условия работы генераторов в системах с приводом от оси колесной пары значительно отли¬
чаются от условий работы стационарных генераторов; частота вращения генератора и соответ¬
ственно его напряжение изменяются в зависимости от скорости движения поезда; полярность
генератора постоянного тока изменяется при смене направления движения вагона; мощность
генератора при малой скорости движения значительно уменьшается и не может обеспечить пи¬
тание потребителей; нагрузка на генератор постоянно изменяется, так как генератор не только
питает потребители, но и заряжает аккумуляторную батарею. Эти генераторы должны иметь
сложные системы автоматического регулирования, обеспечивающие получение электроэнергии
необходимого качества.Условия работы генераторов вагонов-электростанций и рефрижераторного подвижного со¬
става более легкие: скорость вращения генераторов стабилизируется системами, обеспечиваю¬
щими работу дизеля, или тиристорными регуляторами скорости вращения приводных электро¬
двигателей, как в вагоне-электростанции поезда «Аврора». Для обеспечения стабильности вы¬
рабатываемого напряжения применяются только системы автоматического регулирования в
зависимости от тока нагрузки и коэффициента мощности (компаундирование).Вагоны с установками кондиционирования воздуха (УКВ), в которых расход электроэнергии
велик, оборудуются генераторами, сочлененными с трехфазным асинхронным двигателем. На
станциях, на которых возможна длительная стоянка таких вагонов, эти двигатели подключают к
местной электрической сети, что позволяет уменьшить емкость аккумуляторной батареи, так
как потребители во время стоянки питаются от генератора. Привод таких генераторов имеет
специальную центробежную муфту, автоматически соединяющую или разъединяющую двига-
тель-генераторный агрегат и колесную пару во время движения поезда или на стоянках.На современных вагонах с системами УКВ применяются индукторные генераторы, не имею¬
щие электродвигателя в одном корпусе. Поэтому они имеют более простую конструкцию приво¬
да и меньшую массу. На длительных стоянках к выходу генератора (на вход выпрямителя) под¬
ключается станционная сеть напряжением 220/380 В через понижающий трансформатор.Для снижения тока в электрической сети, а следовательно, количества проводов, номинальное
напряжение в вагонах с установками кондиционирования воздуха увеличено до 110 В (в отличие
от вагонов без УКВ — 50 В). В этих системах применяются генераторы мощностью 30 кВт и
более. В генераторах постоянного тока вагонов с УКВ для нормальной коммутации необходимы
добавочные полюса. Для обеспечения постоянной полярности при изменении направления вра¬
щения в этих генераторах применяются специальные переключатели полярности, которые под¬
ключают электрическую сеть вагона к зажимам определенной полярности. Обмотка добавоч¬
ных полюсов в этом случае остается включенной последовательно.В системах с генераторами переменного тока переключатели полярности не требуются, так
как постоянство полярности в электрической сети обеспечивается выпрямителями.Генераторы вагонов без систем УКВ, имеющие малую мощность и малую массу, устанавли¬
ваются под вагоном на продольной или поперечной балке тележки. Эти генераторы приводятся
во вращение от торца колесной пары с помощью специальных приводов разных конструкций.
Генераторы вагонов с УКВ имеют значительную массу, и место их установки может оказать
существенное влияние на равновесие вагона и распределение массы вагона на колесные пары.
Поэтому их подвешивают под кузовом вагона в средней его части и укрепляют на хребтовой
балке. Вращение они получают от средней части оси колесной пары через специальный редук¬
тор. Генераторы вагонов-электростанций и рефрижераторного подвижного состава вьшолнены
в виде единого блока вместе с дизельными агрегатами или с электродвигателями и монтируются
в машинных отделениях вагонов на специальных рамах.Генераторы пассажирских вагонов работают при значительно изменяющейся нагрузке. По¬
этому важное значение для их работы приобретают условия охлаждения. Ввиду того, что гене¬
раторы расположены под вагонами, их выполняют закрытыми и охлаждают путем обдува пото¬
ком встречного воздуха. В генераторах мощностью более 8 кВт, кроме обдува воздухом, исполь¬
зуют дополнительное охлаждение с помощью вентилятора, установленного на валу якоря. Этот23
вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха внутри машины и усиливает теплообмен между
частями машины и ее корпусом. В некоторых машинах роль вентилятора играют вентиляцион¬
ные лопасти, имеющиеся в торцевых частях ротора. Для увеличения поверхности охлаждения
корпус генератора имеет наружные охлаждающие ребра. Некоторые генераторы охлаждаются с
помощью наружных вентиляторов с обтекателем, обдуваюшим внешнюю поверхность корпуса
генератора. Генераторы типа DUGG-28B охлаждаются потоком воздуха, забираемым по возду¬
ховоду из вагона. Воздух для охлаждения генератора предварительно фильтруется в приемных
жалюзи.При эксплуатации подвагонных генераторов их корпус и другие детали находятся под дей¬
ствием резких изменений температуры. В результате этого в неработающем генераторе темпе¬
ратура может достигнуть значения, при котором из воздуха, находящегося внутри генератора,
выпадает конденсат, вызывающий коррозию металлических деталей и снижение электрическо¬
го сопротивления изоляции. Для удаления конденсата в нижней части корпуса генераторов име¬
ются сливные пробки.Генераторы вагонов-электростанций и рефрижераторного подвижного состава устанавлива¬
ют в специальных машинных отделениях вагонов. Охлаждение этих генераторов производится
потоком воздуха, находящегося внутри вагона, с помощью вентиляторов, установленных на ва¬
лах роторов. Таким образом, охлаждение происходит без резких изменений температуры.Принцип работы генератора постоянного тока. Этот принцип основан на законе электро¬
магнитной индукции. Если проводник длиной L, помещенный в магнитное поле, перемещать
перпендикулярно вектору магнитной индукции В с некоторой скоростью V, то в проводнике бу¬
дет индуктироваться электродвижущая сила (э.д.с.) — которая определяется формулой:En^=BLV.Направление э.д.с. определяют правилом «правой руки». Правую руку надо расположить так,
чтобы магнитные силовые линии были направлены перпендикулярно ладони, а отогнутый на
90° большой палец был направлен по вектору скорости (направление движения проводника),
тогда четыре вытянутых пальца покажут направление э.д.с.Если изготовить рамку (виток) и концы рамки вывести к коллекторным пластинам А и В
(рис. 1.13), то в обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые э.д.с., кото¬
рые по контуру витка складываются. И поэтому полная э.д.с. рамки (витка) Е.^^^ будет равна:E,,u=^BLV.Если подсоединить к коллекторным пластинам нагрузку (лампу Л), то при вращении этой
рамки против часовой стрелки в верхней ветви рамки будет идти ток к коллекторной пластине А,а в нижней — от коллекторной пластины В, при этом
проходя через лампу Л.В общем случае генератор постоянного тока имеет
обмотку возбуждения, расположенную на явно выражен¬
ных полюсах статора. По обмотке возбуждения прохо¬
дит постоянный ТОК, который создает магнитный поток
возбуждения. На роторе размещена обмотка якоря, в
которой при вращении ротора индуктируется э.д.с. Об¬
мотка имеет некоторое количество витков, концы кото¬
рых присоединены к пластинам коллектора. Таким об¬
разом, ротор является якорем. При вращении якоря на¬
правление э.д.с. в проводниках якоря зависит только от
того, под каким полюсом находится проводник. Поэто¬
му во всех проводниках, расположенных под одним по¬
люсом, направление э.д.с. одинаковое и сохраняется не¬
зависимо от частоты вращения. При вращении якоря про¬
водники перемещаются от одного полюса к другому, иРис. 1.13. Принцип работы генератора
постоянного тока24
индуктируемая в них э.д.с. меняет направление. Однако количество проводников, находящихся под
одним полюсом, остается неизменным, и суммарная э.д.с., индуктируемая в них, тоже остается по¬
стоянной по величине и направлению. Эта э.д.с. снимается с обмотки якоря при помощи щеток.
Обмотка якоря выполняется замкнутой и симметричной. При подключении нагрузки через об¬
мотку якоря проходит ток, направление которого будет определяться направлением э.д.с.В генераторе постоянного тока при вращении якоря в обмотке якоря индуктируется э.д.с.
определяемая по формуле:Vfle п — частота вращения;Ф„ — магнитный поток;Cg. — постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами данной машины, но не
зависящий от режима ее работы.Когда К генератору подключают нагрузку, в якоре возникает падение напряжения — ^ я
(где /д — ток якоря, — сопротивление обмотки якоря), вследствие чего напряжение на зажи¬
мах машины равно:^ = ^-^я = С^Фв«-^я-у генератора постоянного тока направление э.д.с., т.е. полярность генератора, зависит от на¬
правления вращения якоря, а величина напряжения генератора зависит от частоты вращения п и
величины тока нагрузки 1^.По способу возбуждения генераторы постоянного тока разделяют на две группы: генераторы
с независимым возбуждением (рис. 1.14, а, д) и генераторы с самовозбуждением (рис. 1.14, б, в, г).
Генераторы с независимым возбуждением разделяют на генераторы с электромагнитным возбуж¬
дением, когда обмотка возбуждения ОВ питается от постороннего источника (U) (см. рис. 1.14, а),
и генераторы с возбуждением постоянными магнитами (ПМ) (см. рис. 1.14, д).У генераторов с самовозбуждением обмотки возбуждения получают питание от обмоток яко¬
ря (Я). Эти генераторы в зависимости от способа включения обмоток возбуждения относитель¬
но обмоток якоря делят на генераторы параллельного возбуждения (шунтовые, см. рис. 1.14, б),
генераторы последовательного возбуждения (сериесные, см. рис. 1.14, в), генераторы смешанно¬
го возбуждения {компаундные, см. рис. 1.14, г).ЯОВи-ово оягО ОЯ>0ВОВ0В2д_9 ояпмОВ1Рис. 1.14. Способы возбуждения генераторов постоянного токаХарактеристики и конструкция генератора постоянного тока. Электрические и другие
свойства генераторов постоянного тока определяются по их характеристикам — холостого хода,
внешней, регулировочной и скоростной. Однако у генераторов с приводом от оси колесной пары
частота вращения изменяется, поэтому каждая характеристика представляет собой семейство
кривых для всего диапазона частот вращения. На практике характеристики приводят для трех
значений частоты вращения — наименьшей (мин), средней (ср) и наибольшей (макс).25
Рис. 1.15. Характеристики холостого
хода генератораХарактеристикой холостого хода называется зависи¬
мость ЭДС — Е генератора (напряжение Uq при холостом
ходе) от тока возбуждения при неизменной частоте вра¬
щения п. На рис. 1.15 представлены характеристики холо¬
стого хода генератора с параллельным возбуждением. При
сравнительно небольщих значениях тока возбуждения и
магнитного потока магнитная цепь машины не насыщена,
и зависимость э.д.с. от тока возбуждения линейна. При
возрастании тока и потока магнитная система насы¬
щается, и характеристика холостого хода становится не¬
линейной. Генератор с параллельным возбуждением явля¬
ется самовозбуждающейся мащиной, а самовозбуждение
генератора возможно только при выполнении определен¬
ных условий. Самовозбуждение в генераторе может начаться только в том случае, если в началь¬
ный момент, когда 1^ = 0, в обмотке якоря индуктируется некоторая начальная э.д.с., необходимая
для создания тока в цепи возбуждения. Такая э.д.с. может быть создана лишь потоком остаточного
магнетизма (Е^^). Поэтому для начала процесса самовозбуждения генератора необходимо, чтобы
магнитная цепь машины обладала остаточным магнетизмом. Если машина будет размагничена, то
в обмотке якоря не будет индуктироваться э.д.с., Е^^, т.е. не начнется процесс самовозбуждения.
По ТОЙ же причине при разгоне ротора генератора до достижения частоты вращения генера¬
тор должен работать на холостом ходу. Если во время разгона к генератору подключить большую
нагрузку, то вследствие значительного падения напряжения в якоре напряжение на его зажимах в
начале разгона снизится почти до нуля, и процесс самовозбуждения также не начнется.Внешней характеристикой генератора называется зависимость напряжения U от тока нагрузки
при неизменной частоте вращения п и неизменном сопротивлении цепи возбуждения. Вне¬
шние характеристики генератора, работающего без регулятора напряжения, при различной час¬
тоте вращения показаны на рис. 1.16. При увеличении тока нагрузки 1^, а следовательно, и тока
якоря напряжение U уменьшается по следующим причинам;- в результате падения напряжения на внутреннем сопротивлении цепи якоря (сопро¬
тивление обмоток якоря и добавочных полюсов);- вследствие уменьшения э.д.с. — Ев результате размагничивающего действия якоря (маг¬
нитный поток машины при нагрузке становится меньше магнитного потока при холостом ходе);- из-за уменьшения тока возбуждения, а следовательно, и магнитного потока в результате
уменьшения напряжения генератора (у генераторов с самовозбуждением).Для генераторов с параллельным возбуждением изменение напряжения при переходе от ре¬
жима холостого хода к номинальной нагрузке составляет 5—10 %. Генератор может работатьустойчиво только на участке АБ внешней характеристики.
Рабочим является начальный ее участок до номинального тока
/ном- Участок БВ характеристики соответствует неустойчивой
работе генератора и при достижении критического тока
генератор, размагничиваясь, переходит в режим короткого за¬
мыкания, соответствующий точке В (см. рис. 1.16).При работе с регулятором напряжения внешняя характе¬
ристика имеет линейную зависимость и представляет собой
линию, параллельную оси абсцисс.Регулировочной характеристикой генератора называется
зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при не¬
изменном напряжении U и постоянной частоте вращения п.
Рис. 1.16. Внешние характеристики Регулировочная характеристика показывает, как надо из-
генератора, работающего без регуля- менять ток в обмотке возбуждения генератора, чтобы напря-
тора напряжения жение его при изменении тока нагрузки было постоянным.26
Регулировочные характеристики, полученные при различных
частотах вращения, показаны на рис. 1.17. Пока генератор
работает при нагрузках, не превышающих номинальную, т.е.
на пологой начальной части внешней характеристики, его
напряжение U уменьшается сравнительно мало и ток воз¬
буждения для поддержания напряжения U неизменным дол¬
жен возрастать незначительно. При дальнейшем увеличении
нагрузки напряжение генератора начинает резко падать, зна¬
чит, ток возбуждения должен резко увеличиться. Точки Aj,
А2, A3 регулировочной характеристики соответствуют режи¬
му холостого хода. По регулировочной характеристике мож¬
но определить наибольший и наименьший токи возбужде¬
ния, необходимые для стабилизации напряжения генерато¬
ра при неизменных частоте вращения и величине нагрузки.
Наименьший ток соответствует наибольшей частоте
вращения и холостому ходу машины; наибольший/макс — наименьшей частоте вращения и номиналь-Рис. 1.17. Регулировочные характе¬
ристики генератораной нагрузкеСкоростной характеристикой называется зависимость тока возбуждения от частоты вра¬
щения п при постоянном напряжении Uна зажимах генератора и неизменном токе нагрузки 7^^.
Обычно эти характеристики строят для номинального напряжения генератора при холостом ходе
(рис. 1.18, кривая 1) и номинальной нагрузке (рис. 1.18, кривая 2). По этим кривым можно
определить токи ^^^кс ^ 4.мин> Диапазон изме¬
нения тока возбуждения, необходимый для поддер¬
жания стабильного напряжения на нагрузке. Отно¬
шение Крз= /в.макс/4.мин называют коэффициентом
регулирования тока возбуждения.На пассажирских вагонах с установками конди¬
ционирования воздуха производства бывшей ГДР
для обеспечения работы электрооборудования, в ка¬
честве источника электроэнергии, применяются ге¬
нераторы типа DUGG 28 В, представляющие собой
двухмашинный агрегат, состоящий из электродви¬
гателя трехфазного тока и электрического генерато¬
ра постоянного тока с переключателем полюсов. Ге-
нератор и электродвигатель выполнены в виде еди¬
ного блока и расположены в одном корпусе, имеют
общий вал и представляют собой единую электри¬
ческую машину. Технические данные двухмашин¬
ного агрегата DUGG 28 В представлены в табл. 1.7.Рис. 1.18. Скоростные регулировочные
характеристики генератораТаблица 1.7Технические характеристики двухмашинного агрегата DUGG 28 ВПараметрГенератор
DUGG 48/20/4Двигатель
DMK 38/22/4123Мощность (пршод от оси колесной пары), кВт22,3/28—Мощность (привод от электродвигателя), кВт23,528Напряжение, В110/138220/380Частота, Гц—5027
Регулировочные характеристики, полученные при различных
частотах вращения, показаны на рис. 1.17. Пока генератор
работает при нагрузках, не превышающих номинальную, т.е.
на пологой начальной части внешней характеристики, его
напряжение U уменьшается сравнительно мало и ток воз¬
буждения для поддержания напряжения U неизменным дол¬
жен возрастать незначительно. При дальнейшем увеличении
нагрузки напряжение генератора начинает резко падать, зна¬
чит, ток возбуждения должен резко увеличиться. Точки Aj,
А2, A3 регулировочной характеристики соответствуют режи¬
му холостого хода. По регулировочной характеристике мож¬
но определить наибольший и наименьший токи возбужде¬
ния, необходимые для стабилизации напряжения генерато¬
ра при неизменных частоте вращения и величине нагрузки.
Наименьший ток соответствует наибольшей частоте
вращения и холостому ходу машины; наибольший/макс — наименьшей частоте вращения и номиналь-Рис. 1.17. Регулировочные характе¬
ристики генератораной нагрузкеСкоростной характеристикой называется зависимость тока возбуждения от частоты вра¬
щения п при постоянном напряжении Uна зажимах генератора и неизменном токе нагрузки
Обычно ЭТИ характеристики строят для номинального напряжения генератора при холостом ходе
(рис. 1.18, кривая 1) и номинальной нагрузке (рис. 1.18, кривая 2). По этим кривым можно
определить токи ^^^кс ^ 4.мин> Диапазон изме¬
нения тока возбуждения, необходимый для поддер¬
жания стабильного напряжения на нагрузке. Отно¬
шение Крз= /в.макс/4.мин называют коэффициентом
регулирования тока возбуждения.На пассажирских вагонах с установками конди¬
ционирования воздуха производства бывшей ГДР
атя обеспечения работы электрооборудования, в ка¬
честве источника электроэнергии, применяются ге¬
нераторы типа DUGG 28 В, представляющие собой
двухмашинный агрегат, состоящий из электродви¬
гателя трехфазного тока и электрического генерато¬
ра постоянного тока с переключателем полюсов. Ге-
нератор и электродвигатель вьшолнены в виде еди¬
ного блока и расположены в одном корпусе, имеют
общий вал и представляют собой единую электри¬
ческую машину. Технические данные двухмашин¬
ного агрегата DUGG 28 В представлены в табл. 1.7.Рис. 1.18. Скоростные регулировочные
характеристики генератораТаблица 1.7Технические характеристики двухмашинного агрегата DUGG 28 ВПараметрГенератор
DUGG 48/20/4Двигатель
DMK 38/22/4123Мощность (пртод от оси колесной пары), кВт22,3/28—Мощность (привод от электродвигателя), кВт23,528Напряжение, В110/138220/380Частота, Гц—5027
Рис 1.19. Конструкция преобразователя DIIGG 28ВК)40
1 2 3 4 59 8У/////////////////////Л 2Hill mill19—- fllliH Рис. 1.20. Устройство индукторных генераторов переменного тока с осевым {а) и радиальным (б) возбуждениемкают в зубцы статора 2, расходясь, проходят через остов 1 в осевом направлении, а затем через
подшипниковый щит 6 и воздушный зазор 7 снова входят во втулку 8. Потоки Ф^, созданные
каждой катушкой обмотки возбуждения, через зубцы статора и ротора проходят в одном направ¬
лении, а по статору машины и втулке ротора — навстречу друг другу. При враш,ении ротора
поток, проходящий через каждый зубец статора 2, будет изменяться, так как магнитное сопро¬
тивление этому потоку меняется в зависимости от того, что находится против зубца статора -
зубец или паз ротора. В результате в катушках обмотки якоря будет индуктироваться э.д.с.В генераторах с радиальным возбуждением (рис. 1.20, б) обмотка возбуждения 5 создает маг¬
нитный поток Ф^, проходящий через статор 2 и ротор 9 в радиальном направлении (штриховые
линии). Обмотка якоря 4 расположена в малых пазах пакета статора, а обмотка возбуждения 5 —
в больших пазах. При вращении ротора его зубцы перемещаются относительно зубцов статора,
и в охватывающих их катушках обмотки якоря индуктируется э.д.с.В индукторном генераторе в отличие от обычного синхронного генератора магнитный поток, про¬
низывающий катушки обмотки якоря, в течение периода Т, соответствующего зубцовому делению t
ротора, не меняет своего знака, он лишь изменяется в пределах от Ф^^^кс ®мин 1-21, <з).
Когда при вращении ротора его зубец 5 устанавливается против зубца 1 статора, катушку 2 про¬
низывает поток (рис. 1.21, б). В момент, когда против зубца статора устанавливается паз
ротора, эту катушку пронизывает поток Ф^JJJg (рис. 1.21, в). Это равносильно изменению магнит¬
ного потока с амплитудой Ф = 0,5 (Ф^^^кс “ ‘^мин)- Частота изменения э.д.с., индуктированной в
обмотке якоря, определяется по формуле:Фк 77ZГЬЛсРис. 1.21. Кривые изменения магнитного потока в воздушном зазоре (а) и магнитные потоки в воздушномзазоре при различных положениях ротора (б) и (в)30аЬ h для scbist.com
/ = pn/W - 2p/7/60.:ле I) — число пар полюсов, равное числу зубцов ротора (каждая пара, зубец-паз. жвивалентпа двум
:и)люсам);п скорость вращения ротора.В вагонных генераторах переменного тока на роторе имеются 6—12 зубцов (12- 24 полюса)
Поэтому частота переменного тока у них в зависимости от частоты вращения ротора составляет
MX'—600 Гц. Кату'шки, расположенные на отдельных зубцах статора, можно соединить п.о-ра^--
иому. образуя систему с различным числом фаз в зависимости от числа и шага зубцов гчтюр.!
Так. напри.мер. если число зубцовых делений статора приходящихся на одно зубцов(.>с .км . -
ние ротора сделать равное трем (рис. 1.22, а), то э.д.с.. индуктированные в двух соселиг: .
катушках, отстоящих друг от друга на одно зубцовое деление, будут сдвинуты по фазе на i
периода Ти три катушки 4, 5 и 6 создадут трехфазную систему напряжений. При перемешени!:
5\бца ротора относительно зубцов статора 1. 2. .3 слева направо (по направлению стрелки т
ютоки Ф|, Фт и Ф:, будут измсняться, как показано на рис. 1.22. о. Так как индуктируемая э.д.с.
лропорциональна скорости изменения .магнитного потока, то в катушках 4. 5 и 6 будут индукти¬
роваться переменные э.д.с. прялюугольной формы (рис. 1.22. в). В действительности потоки Ф.
имеют более сложную форму, поэтому э.д.с. тоже будут иметь сложную форму. Первые (основ-
.чые) гармоники э.д.с. (t',, <?-, и е,) величиной показаны штриховыми .тиниями (см. рис. 1.22, в).
I )ни сдвинуты по фазе друг относительно друга на 1/3 периода. В индукторном генераторе име¬
лся несколько таких групп из трех катушек, что позволяет соединять их последовательно или
параллельно, т.е. из них может быть создана трехфазная обмотка якоря.I'3N /:I'3V!.—и1.22. Графики изменения магнитных потоков и э.д.с. в фазах обмотки якоря трехфазного индукторногогенератораКоэффициент полезного действия генераторов индукторного типа несколько ниже, чем у дру-
.'\ генераторов, из-за повышенных электрических потерь в обмотке статора, обусловленных
■: фектом вытеснения тока, вызывающего увеличение активного сопротивления обмотки.Конструкция синхронных индукторных генераторов переменного тока. В системах элек-
ггоснабжения пассажирских вагонов применяется генератор переменного тока типа 2ГВ-003,
. ;орый представляет собой двенадцатиполюсную машину закрытого исполнения осевого воз-
' • жления. Генератор питает все электрические нагрузки вагона выпрямленным постоянным- ком. Генератор (рис, 1.23) имеет корпус 1 с лапами 2 для монтажа генератора под вагоном на
:ежке. На остове находятся ребра для воздушного охлаждения генератора потоком воздуха
::ги движении вагона. Статор 9 выполнен из листов электротехнической стали, изолированных3 1
8 9 10 и 12 13Рис. 1.23. Конструкция генератора 2ГВ-003лаковой пленкой, и запрессован в корпус. Статор имеет 18 пазов, в которые уложены катушки 5
и б обмотки якоря: основная трехфазная 5 и вольтодобавочная однофазная 6, которая предназна¬
чена для обеспечения зарядки аккумуляторной батареи. Выводы от обмоток якоря подключены
К зажимам панели, установленной в коробке 3. Подшипниковые щиты 4 и J3, имеющие снаружи
ребра для охлаждения, крепятся к корпусу болтами. В этих щитах установлены подшипники
качения. Кольцевые пр^шивы кщтов служат для установки двух пар последовательно соединен¬
ных катушек обмотки возбуждения: параллельной 12 и последовательной П.Ротор генератора вьшолнен в виде сердечника 10, собранного из листов электротехнической
сгали, изолированных друг от друга лаковой пленкой. Он имеет шесть зубцов, т.е. 12 полюсов.
Сердечник ротора напрессован на втулку 7, укреплеьшую на валу 8 ротора. Втулка ротора явля-
огся частью магнитопровода генератора и должна иметь достаточно большое сечение. В генера¬
торе кольцевые приливы 14 подшипниковых щитов также имеют большое сечение, так как че¬
рез них тоже проходит магнитный поток возбуждения.г енератор 2ГВ-003 применяется на вагонах с системой электроснабжения ЭВ-10 различных
модификаций. На некоторых вагонах применяется система электроснабжения ЭВ-10.02.37, от¬
личающаяся от предьщущих сисгем ЭВ-10 применением в них генераторов типа 2ГВ-008 6У1 и
ЭГВ.01 .У 1, называемых «тихоходными». Конструкция этих генераторов имеет незначительные
отличия от генератора 2ГВ-003, которые заключаются в следующем: ротор имеет семь зубцов и
впадин, т.е. 14 полюсов; на статоре располагаются три обмотки: основная, дополнит ельная и
вспомогательная. Сравнительные технические данные генераторов представлены в табл. 1.8.Таблица 1.8Технические данные для генераторов вагонов с системой электроснабжения ЭВ-10Парамегрг енератор2ГВ-0032ГВ-008 6У1ЭГВ.01.У11234Мощность, кВ А9,45/0,758,2/1,78,95/1,05Напряжение, В45/2443/1945/30Ток, А121/31110/45115/3532
Окончание табл. 1.81234Число фаз3/13/13/1Частота вращения, об/мин1000-^000550—2500700—2500Режим работыПродолжительныйЕ^должительныйДиапазон изменения частоты тока, Гц100—40065—30080—300.Масса, кг260300280Мощность на выходе выпрямителя, кВт88L_ . .8 Принечание. В числителе— данные для основной обмотки якоря, в знаменателе—для вольтодобавочной.На вагонах с индивидуальной системой электроснабжения новых моделей (базовая модель
61 -4179) применяются генераторы типов ЭГВ.08.У1 и ЭГВ-32, которые имеют радиальное воз¬
буждение и работают в обоих направлениях. Генерагоры охлаждаются по ребристой поверхно-
..ли потоком воздуха во время движения вагона. Внутри генераторов воздушный поток проходит в
зависимости от направления вращения ротора от листового пакета через отверстия корпуса, через
полые ребра к противоположной стороне корпуса. У генератора ЭГВ.08.У 1 это осуществ:гчется с
помощью лопаток на концах ротора, а у генератора ЭГВ-32—^дополнительно усгановленного вен-
титятора на конце вала со стороны, противоположной рабочему концу вала, и закрытого загцит-
ным колпаком. Сравнительные технические данные генераторов представлены в табл. 1.9.Таб.тща 1.9Технические данные генераторов вагонов с индивидуальной системой электроснабженияПараметрГенераторЭГВ-32ЭГВ.08.У1Мощность, кВ А3535Напряжение, В116—92116—92Ток, А174—220174—220Часовая мощность, кВ-А4040Ток при часоюй мощности, А200—251200—251Н:шряжение возбуждения, В140140/110Ток возбуждения, А55Номинальная частота тока, Гц150-690200—700Частота вращения, об/мин750—34501000—3500Число фаз33Масса, кг670720Конструкция генератора ЭГВ.08.У1 показана на рис. 1.24. Генфатор состоит из следующих узлов:- корпуса 1; листового пакета статора 2, который впрессован в корпус 1; обмотки возбужде¬
ния 3 и обмотки якоря 4, которые находятся в пазах пакета статора;- ротора 5, который состоит из вала 6 с листовым пакетом ротора 7, изготовленный из элект¬
ротехнической стали;- подшипниковых щитов 8 и 9, которые имеют подводящие отверстия для смазки и камеры
Л1Я сбора отработанной смазки;подшипников: роликовых 10 и. 11 и шарикового 12.Для обеспечения заземления на корпусе имеется болт 13. Для заземления оплетки проводов в
клеммной коробке 14 имеется специальная шпилька 15. Для соединения с муфтой на валу име¬
ется шпонка 16. Подшипники закрыты крышками 17 и 22. По дшипники удерживают специаль¬
ные стопорные шайбы 18 и 24, которые фиксируются гайками 19 и 25. Втулка 26 удерживает
мастоотбойное кольцо 29. Наружные кольца подшипников фиксируются нажимными кольцами
21 н23. Для защиты подшипников от попадания пьши предусмотрены лабиринтные 27,28,30,
.'1 и маслоотбойные кольца 20 и 29.33
Рис. 1.24. Конструкция генератора ЭГВ.08 У1На рис. 1.25 и 1.26 показаны отличия в конструкции переднего и заднего подшипниковых
ид1Тов генератора типа ЭГВ-32 от генератора ЭГВ.08.У 1.Количество и электрическая схема включения обмоток генераторов ЭГВ.08.У 1 и ЭГВ-32
одинаковы.На вагонах немецкой постройки в генераторной установке типа RGA5-32 применяется гене¬
ратор типа DCG- 4435. Генератор бесщеточный трехфазного тока, индукторный, радиального
возбуждения, мощностью 34 кВт, охлаждение воздушное встречным потоком воздуха. Электри¬
ческая схема соединения обмоток аналогична схеме генераторов ЭГВ.08.У 1 и ЭГВ-32,Технические данные генератора DCG-4435 приведены в табл. 1.10.Таблица 1.10Технические данные генератора типа DCG-4435ГЬраметрГенератор DCG-4435Мощность, кВт341 Напряжение, В116Ток, А170Часовая мощность, кВт37Ток при часовой мощности, А270Напряжение возбуждения, В140Ток возбуждения (макс), А5Частота тока, Гц200—680Частота вращения, об/мин1000—3400Число фаз3Масса, кг70034
Рис. 1.25. Отличия в конструкции переднего подшипникового щита ЭГВ-32:— задняя крыщка подшипника; 2 - бо.дты крепления крышки; 3 — стопорная шайба; 4 — шлицевая гайка:5 — тавотница для смазки подшипниковРис. 1.26. Отличия в конструкции заднего подшипникового щита ЭГВ-32:I — крышка подшипника; 2 — болты крепления крышки; 3 — стопорная шайба; 4 — шлицевая гайка;
5 — тавотница для смазки подшипников; 6 — вентилятор; 7 — кожух; 8 — болты крепления кожуха35
t)ис i.27. Принцип работы синхронного
генератора переменною токаКонструкция генератора типа DCG-4435 аналогична
конструкции генераторов ЭГВ.08.У! и ЭГВ-32.Принцип работы и конструкция синхронного ге¬
нератора переменного тока. На рефрижераторном
подвижном составе пшроко применяются синхронные
генераторы с явно выраженными полюсами, которые
используются в дизель-генераторных установках.Синхронный генератор (рис. 1.27) на роторе имеет
обмотку 2, предназначенную для создания магнитного
поля возбуждения. Эта обмотка подключается к источ¬
нику постоянного тока через скользящие контакты, ко¬
торые образуются посредством двух контактных колецi, располагаемых на валу и изолированных от вала и
друг от друга, и две неподвижные щетки 4. Якорные
обмотки располагаются неподвижно на статоре /, име¬
ют одинаковое назначение и сдвинуты по фазе относи-
тельно .<друг друга на 120°. Ротор приводным двигателем (ПД) приводится во вращение вместе с
обмоткой, создающей магнитное поле с синхронной частотой п^. Магнитное поле тоже вращает¬
ся с частотой ^7] и индуцирует в трехфазной обмотке якоря переменные э.д.с., так как каждая
обмотка якоря попеременно оказывается то в зоне северного магнитного полюса, то в зоне юж¬
ного магнитного полюса обмотки возбуждения. С подключением нагрузки в фазах якорной об¬
мотки появляются переменные токи /д, /g, Iq. При этом трехфазная обмотка создает вращаю¬
щееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вращения ротора генератора.
Таким образом, в синхронном генераторе поле статора и ротор вращаются синхронно, отсюда и
название — синхронный генератор.Дтя питания обмотки возбуждения применяются различные способы: контактный и бесконтак¬
тный с помощью независимых возбудителей (генераторов постоянного или переменного тока) или
собственной системы возбуждения (за счет остаточного магнетизма магнитонровода машины).Мгновенное значение э.д.с., а следовательно, форма кривой переменной э.д.с. обмотки якоря,
определяется законом распределения магнитной индукции в зазоре между сердечником статора
и полюсами ротора. Для получения синусоидальной формы э.д.с. (рис. 1.28) края полюсов рото¬
ра скашивают. Кривая 1 обозначает график распределения магнитной индукции и э.д.с., когда
зазор б постоянный; а кривая 2 — когда края полюсов ротора скошены ( 5^^^ по краям полюса).В режиме холостого хода синхронной машины, т.е. при отсутствии тока в якорной обмотке,
магнитное поле создается лишь магнитодвижущей силой (МДС) обмотки возбуждения. При ра¬
боте трехфазного синхронного генератора на симметричную нагрузку в обмотках наводятся оди¬
наковые э.д.с. и проходят ТОКИ, равные по величине и сдвинутые
относительно друг друга на угол 120°. В этих условиях трехфаз¬
ная обмотка якоря создает МДС, вращающуюся синхронно с ро¬
тором. При работе нагруженного синхронного генератора в нем
одновременно действуют МДС возбуждения и статора (якоря).
При этом МДС статора (якоря) воздействует на МДС возбужде¬
ния, усиливая или ослабляя поле возбуждения или же искажая
его форму. Это воздействие называется реакцией якоря. Реакция
якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной ма¬
шины, так как изменение магнитного поля сопровождается из¬
менением э.д.с., а следовательно, изменением ряда других вели¬
чин, связанных с э.д.с. Влияние реакции якоря на работу синх¬
ронной машины зависит от значения и характера нагрузки.При активной нагрузке происходит искажение результирую-Рис 1.28. Графики распределе¬
ния магнитной индукции в
воздушном зазоре синхронного
генераторащего поля машины: магнитное поле машины ослабевает под на¬36
бегающим краем полюса и усиливается под сбегающим краем полюса. При чисто индуктивной
нагрузке реаюдая якоря оказывает продольно-размагничивающее действие, магнитное поле не
искажается. При чисто емкостной нагрузке реакция якоря оказывает продольно-намагничиваю-
щее действие, магнитное поле также не искажается.На рефрижераторньк 5-вагонных секциях БМЗ ишользуются генераторы типа ЕСС5В-93-4У21М101
(БСС5—тип генератора; В—исполнение для вагонной секции; 9—условное обозначение габа¬
рита; 3 - порядковый номер длины сердечника; 4—число полюсов; Y—юшматическое исполне¬
ние; 2-категория размещения по ГОСТ 15150-69; 1М101 —исполнение щитовое).Они предназначены для выработки переменного трехфазного тока частотой 50 Гц напряже¬
нием 400 В и частотой вращения 1500 об/мин в составе дизель-генераторных агрегатов, уста¬
навливаемых на 5-вагонных рефрижераторньк секциях. Генератор допускает работу в повтор¬
но-кратковременном режиме с нагрузкой в рабочее время цикла по току с продолжительностью
включения от 25 до 125 % номинального значения. Самовозбуждение генератора осуществляет¬
ся через встроенный блок выпрямителей, а начальное возбуждение—от источника постоянно¬
го тока, г енератор имеет стабилизирующее устройство, вмонтированное в щите управления.
На щите генератора со стороны контактных колец устанавливается блок выпрямителей. Стаби¬
лизирующее устройство генератора обеспечивает автоматическое поддержание напряжения в
пределах ±5 % от среднерегулируемого значения всех величин нагрузок от холостого хода до
номинальной величины, при любом значении коэффициента мощности от 0,8 (отстающем) до1,0 и установившихся температуре генератора и номинальной частоте вращения. Генераторы вы¬
пускаются для правого направления вращения (по часовой стрелке, смотря со стороны привода).
Вентиляция генератора—аксиальная, вытяжная. Воздух забирается центробежным вентилято¬
ром со стороны контактных колец. Вентилятор установлен на валу под подщипниковым щитом со
стороны привода. Технические данные генератора типа ЕСС5В-93-4У2 представлены в табл. 1.11.Таблица 1.11Технические данные генератора ЕСС5В-93-4У2ПараметрЗначение параметраМощность, кВт/кВА75/93,7Напряжение, В400Ток, А135Частота, Гц50Частота вращения, об/мин1500КПД,%91Вщ1 возбужденияСамовозбуждение с автоматическим
регулированиемМасса, кг800Конструкция генератора ЕСС5В-93-4У2 представлена на рис. 1.29.Станина 2 генератора является чугунной, литой, имеет цилиндрическую форму с кольцевы¬
ми фланцами на торцах. В нижней части расположены лапы. На внутренней поверхности стани¬
ны равномерно по окружности продольно расположены шесть ребер, на которые устанавливает¬
ся статорный сердечник В. Щели между статором и станиной служат для прохождения охлажда¬
ющего воздуха с помощью вентилятора 1. Сердечник статора 3 вьшолнен из штампованных
листов электротехнической стали, впрессован в станину и укрепляется в ней стопорным винтом
со шлицом.Обмотка статора 4 (по типу всьшная) состоит из мягких секций, намотанных круглым мед¬
ным проводом. Кроме основной обмотки, в пазы статора вложена дополнительная обмотка, слу¬
жащая для питания схемы возбуждения генератора. Начала фаз дополнительной обмотки подво¬
дятся К БКТС (блок компаундирующих трансформаторов и сопротивлений), а концы через под-
шихшиковый щит—К блоку вьшрямитеяей.37
Рис. 1.29. Конструкция генератора ЕСС5В-93-4У2Подшипниковые щиты 5 — чугунные литые, одинаковые по размерам. В нижних частях щи¬
тов расположены окна для прохождения воздуха, защищенные сетками. Со стороны контактных
колец к щиту крепится защитный кожух, который защищает траверсу, контактные кольца 11,
компаундирующие сопротивления и блок выпрямителей 10. На нем тоже имеются жалюзи для
забора воздуха.Сердечник ротора 6 состоит из штампованных листов электротехнической стали и запрессо¬
ван на стальном валу. Листы имеют форму многополюсной звезды. По длине сердечник состоит
из чередующихся пакетов: узких (высоких) и широких (низких). Крайние узкие пакеты собраны
из листов тонколистовой стали толщиной 2 мм. При сборке ротора, после установки катушек, на
низкие пакеты устанавливают сегменты, имеющие форму полюсных башмаков. Сегменты с сер¬
дечником крепят посредством двух продольных шпилек, продетых через отверстия сегментов и
ВЫСОКИХ пакетов. При этом наружные размеры сегментов и высоких пакетов строго совпадают,
образуя внешнюю поверхность ротора. Между сегментами по краям полюсов остаются воздуш¬
ные пространства, равные по ширине толщине высоких пакетов. Форма роторных полюсов по¬
лучается гребенчатой, а воздушный зазор — одинаковый под полюсами и краями сегментов.
Посредством двух колец концы шпилек всех полюсов одновременно закрепляются гайками с
двух сторон. На эти стальные кольца также крепятся балансировочные грузы.Сердечник ротора 6 крепится с валом по всей длине посредством шлицевого соединения, а с
торцов — двумя кольцевыми шпонками. Обмотка ротора 7 выполняется последовательным со¬
единением отдельных катушек. Катушки наматываются изолированным медным проводом пря¬
моугольного сечения и после предварительной изоляции полюсных сердечников надеваются на
них. Снизу катушки устанавливают стальную пружинящую рамку, которая предохраняет катуш¬
ку от перемещения относительно сердечника. Выводные провода обмотки ротора пропускаются
через вал, конец которого со стороны контактных колец полый (сверленный), и соединяются с
контактными кольцами 11.В крышки генератора со стороны привода устанавливают роликовый подшипник 12, а со
стороны контактных колец — шариковый 8.38
Блок выпрямителей 10 состоит из изоляционной панели, на которой крепят диоды с охлади¬
телями. Панель блока крепят к щиту со стороны контактных колец. На этот же щит крепят чу-
.^Tffloe кольцо 9, которое стягивает крьшику подшипника. На шпильку, которая вкручена в чутун-
ное кольцо, крепятся две траверсы, каждая на два щеткодержателя со щетками марки ЭГ-14 и
сечением 10x16 мм.На рефрижераторных секциях немецкой постройки для питания главных потребителей при-
меь1яются трехфазные генераторы со стабилизированным напряжением типа SSED 358-6а. Ге-
нератортипа SSED 358-6а является одноопорной явнополюсной машиной с фланцевым валом.
Г енератор имеет один подшипник и жестко соединен с маховиком дизеля. Весь крутящий мо¬
мент передается динамическим резьбовым соединением. Закрепленные на маховике сегменты
вентилятора засасывают воздух охлаждения через генератор и вьионяют его черш предохрани¬
тельное ограждение маховика, выполненного в виде канала и направленного вниз, где предус¬
мотрено фланцевое приспособление для резинового сильфона.Со стороны, противоположной приводу генератора, установлено устройство возбуждения и
регулировки, состоящее из дросселя холостого хода, трансформатора тока и вьшрямителя. Ав¬
томатическое регулирование напряжения обеспечивает стабильность напряжения в пределах
г 2,5 % номинального значения при изменении нагрузки от О до 100 % и коэффициенте мощнос¬
ти от 0,5 до 0,9. Направление вращения—левое. Технические данные генератора SSED 358-6а
представлены в табл. 1.12.Таблица 1.12Технические данные генератора SSED 358-6аПарамефЗначение параметра.Мощность, кВА100Cos ф0,8Напряжение, В390Ток, А148Частота, Гц50КЦЦ, %88Частота вращеш1я, об/мин1000Вид возбужденияСамовозбужцение с автоматическим
регулирован иемМасса, кг810Конструкция генератора SSED 358-6а приведена на рис. 1.30. Статор 1 генератора вьшолнен
в виле сварной или литой конструкции. Пакет статора 9 собран из динамной стали. Прочные
сжю-шые кольца обеспечивают плотность запрессованного пакета. Обмотка статора 5 вьшолнена
в виде концентричной однослойной обмотки из медной проволоки круглого сечения и изолиро¬
ванной изоперлоном. Для крепления статор имеет опорные лапы 25 с заземляющим болтом 26.Ват явнополюсного ротора выполнен в виде фланцевого вала 2 с сегментами вентилятора 4.
На валу частично надета ступица явнополюсного ротора 3. От смещения вследствие скручива¬
ния она предохраняется шпонкой. Полкэса прикреплены болтами с внутренним шестигранни¬
ком. Полюс 8 собран из листового материала толщиной 1 мм. На полюсе имеются две обмотки:
многослойная полюсная 6 и демпферная 7, которые залиты эпоксидной смолой для фиксирова¬
ния и изоляции. Ток возбуждения для полюсных катушек ротора подводится через щеткодержа¬
тели 7 7с электрографитовыми щетками и контактные кольца 27.Г енератор является одноопорной машиной, явнополюсный ротор имеет самоустанавливаю-
щийся роликовый подшипник 20, который размещен в подшипниковом щите 7^ из серого чу-
гл'на. Подшипник защищен от пьши крьпиками 75 и 79 и имеет устройство для дозаправки смаз¬
ки (тавотницу) 27.39
/5,/бРис. 1.30. Конструкция генератора SSED 358-6аУстройство возбуждения с дросселем холостого хода 15 и трансформатором тока 16, диоды
выпрямителя 23 и элементы защиты (варисторы) 22 смонтированы в виде компактного узла на
кронштейне 24 и привинчены на подшипниковом щите со стороны, противоположной приводу
Устройство возбуждения закрыто защитным кожухом 13, имеющим смотровой люк 12. Выводы
от обмоток статора выведены в клеммную коробку 10 на изолирующую колодку 11.На рефрижераторных секциях немецкой постройки в качестве вспомогательного дизель-гене-
раторного агрегата применяется агрегат типа 06-8020. Этот агрегат служит для снабжения элект¬
роэнергией бортовой сети собственных нужд, при необходимости может использоваться для обес¬
печения циркуляции воздуха в грузовых вагонах во время перерывов работы основных агрегатов.
Для выработки электроэнергии в этом агрегате применяется генератор типа DGKJO 25-4/R.Генератор типа DGKIO 25-4/R трехфазного тока со стабилизированным напряжением, бес¬
щеточный, с внутренними полюсами, синхронный, самовозбуждающийся и компаундирован¬
ный через трехфазную машину с внешними полюсами, встроенную в генератор, с электронным
регулирующим устройством и принудительной вентиляцией с помощью вентилятора, вращаю¬
щимся вместе с явнополюсным ротором. Система автоматического регулирования обеспечивает
поддержание напряжения на выходе генератора в пределах ±1,0 % при изменении величины
нагрузки от холостого хода до номинальной и коэффициенте мощности от 0,5 до 1,0 (при актив¬
но-индуктивной нагрузке) в диапазоне температуры воздуха от -25 °С до +55 °С и изменении
частоты вращения на 5 %. Такие высокие характеристики обеспечиваются системой компаунди¬
рования совместно с электронным регулятором. В аварийном режиме генератор может работать
без электронного регулятора. В этом случае параллельно обмотке подключают реостат, с помо¬
щью которого вручную регулируют напряжение. При этом напряжение на выходе будет изме¬
няться в более значительных пределах.Генератор своим фланцевым подшипниковым щитом посредством болтов прочно соединен с
дизелем. Такая конструкция обеспечивает надежное центрирование втулочно-пальцевой упру-40аЬ h для scbist.com
гой муфты, применяемой для соединения дизеля и генератора. На каркасе генератора закрепле¬
ны система управления и контроля за работой дизеля и аккумуляторная батарея,
ге.хнические данные генератора DGKJO 25-4/R приведены в табл. 1.13.Таблица 1.13Технические данные генератора DGKIO 25-4/RПараме1рЗначение параметраМощность, кВт20,0С05ф0,8Напряжение, В390, Ток, А37Частота, Гц50КПД, %88Частота вращения, об/мин1500Внд возбужденияСамоюзбуждение за счет мащины
с внешними полюсамиМасса, кг238Конструкция генератора DGKIO 25-4/R представлена на рис. 1.31.г енератор состоит из основной машины с внутренними полюсами, небольшого возбудителя
с BHeuiHHNffl полюсами и соответствующих принадлежностей. Все принадлежности возбудите
,1Я, а также транзисторный регулятор размещаются в подшипниковом ш?гге напротив привода и
доступны после снятия натяжной ленты.Корпус 10 Vi подшипниковые щиты 9 и 20 выполнены из серого чугуна. В корпусе находится
статор, вьшолненный из листов электротехнической стали с обмоткой якоря 11. В подшипнико¬
вом щите со стороны привода 9 установлен роликовый подшипник б, защищенный внешней 5,
внутренней 7 крьпиками и распорным кольцом 4. В подшипниковом щите, расположенным на¬
против привода 20, установлен шарикоподшипник 24, защищенный внешней крьшжой 26, внут¬
ренней 23 и распорным кольцом 25. Явнополюсш>ш ротор 12 состоит из пакетов электротехни¬
ческой стали, на которых намотаны катушки полюсов. Пакеты закрештены на валу ротора 3. На
вату ротора 3 крепится вентилятор 8, который прогоняет воздух по внутренним полостям гене¬
ратора, забирая его через жалюзи в заднем подшипниковом щите 21 и выгоняя его через спе-9 10 11 12'■ '/ f Г ГРис. 1.31. Конструкция генератора DGKIO 25-4/R41
циальную шахту 1. Элементы возбуждения и регулировки находятся под задним щитом, доступ
К ЭТИМ элементам возможен через окна в щите, которые закрыты спещ^альной натяжной лентой19. На приливах щита неподвижно закреплены обмотка возбуждения возбудителя 15, компауд-
ный выпрямитель 17, конденсатор J8, сопротивления 14 и трансформатор тока 27. Все внешние
соединения подключаются к соединительным зажимам 16. На валу ротора смонтированы вра¬
щающийся вьшрямитель с защитным устройством 22 и обмотка якоря возбудителя ]3. Вал гене¬
ратора имеет призматическую шпонку 2 для соединения с валом дизеля.На вагонах-электростанциях пассажирских поездов с централизованной системой электро¬
снабжения (пассажирский поезд «Аврора») для вырабатывания напряжения применяются синх¬
ронные генераторы типа ГСФ-200 (Г—генератор; С—синхронный; Ф—фланцевое соедине¬
ние; 200 — мощность в кВт). Генератор предназначен для получения трехфазного переменного
тока напряжением 400 В с частотой 50 Гц и приводится во вращение дизелем или в современных
вагонах-электростанциях электрическим двигателем, получающим питание от контактной сети
через специальный преобразователь. Генератор соединяется с дизелем или другим видом двига¬
теля с помощью упругой пальцевой муфтьг Исполнение генератора горизонтальное, защищен¬
ное, на двух подшипниковых щитах, с фланцем на одном подшипниковом щите, с одним кони¬
ческим концом вала. Обмотка возбуждения генератора расположена на четырех полюсах рото¬
ра, имеющих чередующуюся полярность. Начальное возбуждение генератора производится от
аккумуляторной батареи стартера дизеля или другого источника постоянного тока. Самовоз¬
буждение возможно при пуске после кратковременной остановки. Вентиляция—аксиальная с
помощью вентилятора, установленного на валу генератора. Система фазного компаундирования
позволяет обеспечить поддержаше постоянства напряжения с точностью ±5 % номинального
напряжения на зажимах генератора при плавном изменении нагрузки от нуля до номинальной
при коэффициенте мощности от 1,0 до 0,4. Технические данные генератора ГСФ-200 представ¬
лены в табл. 1.14.Таблица 1.14Технические данные генератора типа ГСФ-200ПараметрЗначение параметраМощность, кВт/кВ А200/250Напряжение, В400Ток нагрузки, А361Частота, Гц50Частота вращения, об/мин1500Со5ф0,8КПД, %92Ток возбуждения, А130Напряжение возбуждения, В24Масса, кг1460±73Конструкция генератора ГСФ-200 приведена на рис. 1.32.Генератор состоит из статора, ротора, подшипниковых щитов (со стороны привода 5 и со
стороны контактных колец 15) и статической системы возбуждения.Статор состоит из стальной сварной станины 19 с лапами 24, внутри которой закреплен с
помощью двух нажимных шайб /Осердечник статора 11, собранный из листов стали толщиной0,5 мм. В пазах статора уложена трехфазная, двухслойная, с сокращенным шагом обмотка 7,
которая закреплена клиньями.Ротор состоит из вала 31, четырех полюсных сердечников 17с катушками обмотки возбужде¬
ния 32. На полюсах установлены демпферные обмотки, состоящие из колец обмотки <S и стерж¬
ней 9. На валу крепятся вентилятор 6 и балансировочное кольцо 16. Ротор вращается в подшип-42
8 9 10 11 30 12ВыводкабелейнагрузкиРис. 1.32. Конструкция генератора ГСФ-2004^и»
никовых щитах с помощью роликового подшипника 4 и шарикового 18. Подшипники закрыты
крышками 25. На свободный конец вала с помощью шпонки 2 и гайки 3 крепится полумуфта,
которая соединяется с другой полумуфтой, установленной на приводе. При вращении генерато¬
ра вентилятор засасывает охлаждающий воздух через отверстия в колпаке 23, прогоняет его
между полюсами ротора и между пакетом статора и станиной, после чего выбрасывает через
патрубок 27. Отверстия в щите 5, закрытые решетками /, предназначены для контроля состоя¬
ния полумуфты привода и подшипников щита.Под колпаком 23 располагаются контактнью кольца, закрепленные шпильками 22, щеткодер¬
жатели 21 с щетками и блок силовых вьшрямителей 20. На станине, сверху, на основании блока
питания 14 установлены: трансформатор /2; защитные конденсаторы /3; тиристорный блок 28',
панель 30 и клеммная колодка 33. Это оборудование закрыто колпаком 29. Статор имеет зазем¬
ляющий болт 26.Контрольные вопросы1. Каковы устройство и принцип работы электрического двигателя постоянного тока?2. Опишите принцип работы асинхронного электрического двигателя.3. Почему асинхронные электродвигатели так называются?4. Опишите характеристики и разновидности асинхронных электродвигателей.5. Каков принцип работы синхронного двигателя?6. Почему синхронные электродвигатели так называются и каковы их недостатки?7. Какие существуют способы пуска синхронных электродвигателей в работу?8. Какие существуют способы регулировки скорости и направления вращения электродвигате¬
ля постоянного тока?9. Назовите способы регулировки скорости и направления вращения асинхронного электро¬
двигателя.10. Каковы назначение и условия работы генераторов вагонов?11. Почему в пассажирских вагонах с автономной системой электроснабжения применяетсяпостоянный ТОК?12. Опишите принцип работы генератора постоянного тока.13. Назовите способы возбуждения генераторов постоянного тока.14. Почему в системах электроснабжения с генераторами переменного тока не требуются
переключатели полярности?15. Опишите принцип работы синхронного индукторного генератора переменного тока.16. Для чего ротор генератора индукторного типа имеет чередующиеся зубцы и впадины?17. Каковы достоинства и недостатки индукторных синхронных генераторов?18. Опишите принцип работы синхронных генераторов переменного тока с явно выраженными
полюсами.19. Каково назначение щеточного аппарата у генераторов переменного тока с явно выражен¬
ными полюсами?20. Опишите способ получения вращающего магнитного поля в генераторах переменного
тока с явно выраженными полюсами.
Глава 2
ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ВАГОНОВ2.1. Назначение и принцип действия электромашинных преобразователейНа подвижном составе железных дорог в пассажирских и рефрижераторных вагонах приме¬
няются электромашинные преобразователи (умформеры) для питания потребителей перемен¬
ного тока от сети постоянного тока.На пассажирских вагонах с автономным электроснабжением, где применяется постоянный
ТОК, имеются потребители, питающиеся однофазным переменным током. К ним относятся лю¬
минесцентные лампы, радиоаппаратура, электрические бритвы и т.д. Для питания этих потре¬
бителей применяются электромашинные преобразователи типа UCW-2; MW-12; FV-120, уста¬
навливаемые на вагонах немецкой постройки типа ППО-2-400 и на вагонах отечественной пост¬
ройки. На рефрижераторном подвижном составе, например на 5-вагонных секциях БМЗ, для
питания вспомогательных цепей и бытовых приборов (паяльников и электробритв) применяет¬
ся преобразователь ПО-ЗООБ.Все преобразователи имеют однотипную конструкцию и состоят из двигателя постоянного тока
и генератора однофазного переменного тока, которые смонтированы в одном общем корпусе. Прин¬
ципы работы электродвигателей постоянного тока и генераторов переменного тока рассматрива¬
лись в предьщущей главе. Преобразователи различаются расположением и количеством обмоток
возбуждения. Преобразователь MW-12 имеет две обмотки возбуждения, двигатель и генератор,
расположенные на статоре. Преобразователь UCW-2 выполнен в виде одноякорного преобразова¬
теля с общей системой полюсов и обмоткой возбуждения. В преобразователе ППО-2-400 приме¬
няется индукторный генератор без обмотки возбуждения, магнитный поток создается постоянны¬
ми магнитами.Величина напряжения на выходе генератора и его частота зависят от скорости вращения ро¬
тора, следовательно, изменение частоты вращения двигателя преобразователя вызывает измене¬
ние выходного напряжения и частоты переменного тока. Частота вращения электродвигателя
преобразователя определяется входным напряжением и нагрузочным моментом, который зави¬
сит от величины нагрузки генератора. Для поддержания постоянства частоты вращения двига¬
теля преобразователя, а следовательно, и параметров выходного напряжения, независимо от
напряжения питания двигателя и величины нагрузки генератора, применяются различные сис¬
темы автоматической стабилизации (САР). Преобразователи монтируются под вагоном или в
специальном подвагонном ящике с амортизирующими резиновыми прокладками.2.2. Конструкция электромашинных преобразователейОднокорпусный умформер с двойным якорем типа MW-12 применяется для преобразования
постоянного тока в однофазный переменный на пассажирских вагонах немецкой постройки и
питания люминесцентных ламп. Напряжение питания составляет 55 и 110 В, а масса — 98 кг
Генератор используется индукторный без обмоток на роторе, статорная и якорная обмотки рас¬
полагаются на статоре. Ротор имеет зубчатую конструкцию (8 зубцов, 16 полюсов). Охлаждение
принудительное с помощью вентилятора. Технические данные преобразователя MW-12 приве¬
дены в табл. 2.1.45
Таблица 2.1Технические данные электромашинного преобразователя типа MW-12Технические данныеДвигательГенератор(индукторный)ВозбуждениеЦентовоеНезависимоеНапряжение, В55/110220Частота, Гц—425Ток, А34/175,45Напряжение возбуждения, В55/10Число оборотов, об/мин3190Род токаПостоянныйПеременныйМощность, кВт1,91,2Щетки4 шт. 12x8x25,
усилие нажатия 250 г—Особенное™ конструкцииСтатор двухполюсныйОбмотка ротора 16-полюсная,
расположенная
на статореКонструкция преобразователя MW-12 представлена на рис. 2.1.Преобразователь состоит из: корпуса 3, в котором закреплен пакет статора 9; подшипнико¬
вых щитов 7 и 7, в подшипниках 15 которых закреплен вал ротора 6. Подшипники закрыты
крышками 5 и 70 с помощью болтов 2. Внутри щита 1 закреплена щеточная траверса 13, в
щеткодержателе 19 которой установлены щетки 14, прижимающиеся к коллектору 18. На корпу¬
се имеется клеммная коробка, закрытая крьшхкой 4 с резиновой прокладкой 5. На валу ротора со
стороны коллектора крепится вентилятор 11, закрытый колпаком 12. Полюса двигателя 16 и гене¬
ратора 17 вьшолнены из листов электротехнической стали.Одноякорный преобразователь типа UCW-2 применяется дая преобразования постоянного
тока в одаофазный переменный на пассажирских вагонах немецкой постройки и питания элект¬
робритв. Напряжение питания составляет 55 В, а масса —14 кг. Моторная и генераторная части
объединены в одном якоре, обмотки электрически разделены. Полюсная система является об¬
щей. Охлаждение используется естественное.Технические данные преобразователя UCW-2 приведены в табл. 2.2.Таблица 2.2Технические данные электромашинного преобразователя типа UCW-2Технические данныеДвигательГенераторВозбуждениеЦентовоеНапряжение, В55220Частота, Гц—50Ток, А2,50,33Напряжение возбуждения, В55Число оборотов, об/мин3060Род токаПостоянныйГЬременныйМощность, кВт0,1250,066Щетки2 шт. 8x12x25,
усилие нажатая 250 г2 шт. 10x6,4x25,
усилие нажатия 250 г46
Рис. 2.1. Конструкция преобразователя MW-i;4:^
Электромашинный преобразователь типа ППО-2-400У2 применяется для преобразования
постоянного тока в однофазный переменный на пассажирских вагонах отечественной построй¬
ки с индивидуальной системой электроснабжения и для питания люминесцентного освещения.
Напряжение питания составляет 50 В, а масса преобразователя — 120 кг. Вес блока регулирова¬
ния (БР-2-400)—33 кг. Используется четырехполюсный электродвигатель с добавочными по¬
люсами. Обмотки возбуждения располагаются на главньк полюсах, а на добавочньа—регули¬
ровочная обмотка возбуждения. Электродвигатель и генератор смонтированы в одном корпусе и
имеют общий вал. На валу машинного агрегата монтируются якорь двигателя с коллектором и
клювообразный ротор генератора с кольцевыми постоянными магнитами. Охлаждение осуще¬
ствляется с помощью вентилятора, установленного на валу ротора.Технические данные преобразователя ППО-2-400У2 представлены в табл. 2.3.Таблица 2.3Технические данные электромашинного преобразователя типа ППО-2-400У2Технические данныеДвигательГенераторВозбуждениеШунтовоеНезависимое
с постоянными магнитамиНапряжение, В50220Частота, Гц—400Ток. А4^5010,7Напряжение возбуждения, В50 Число оборотов, об/мин3000Род токаПостоянныйПеременныйМощность, кВт3,32Щетки4 шт. 10x12,5x32
Усилие нажатия
320-440 г—Особенности конструкцииСтатор четырехполюсныйОбмотка ротора
располагается на статореЭлектрическая схема электромашинного преобразователя предусматривает автоматический
пуск, автоматическое поддержание напряжения, автоматическую стабилизацию частоты гене¬
ратора, защиту от режима <фабота вразнос», осуществляемые с помощью блока БР-2-400.На подвижном составе применяются преобразователи типа БУ-120, конструкция которых ана¬
логична конструкции преобразователя типа MW-12.TexHH4ecKHe данные РУ-120 представлены
в табл. 2.4.Таблица 2.4Технические данные преобразователя FV-120Технические данныеДвига1Ч!льГенераторВозбуждениеШунтовоеНезависимое(Спряжение, В55/110220Частота, Гц—425Напряжение возбуждения, В55/ПОЧисло оборотов, об/мин2550Мощность, кВт2,01.2Щетки4 щт. на 55 В;
2 шт. на 110 В
12,5x20x25—На пяти вагонных секциях БМЗ применяются преобразователи типа ПО-ЗООБ для питания
бытовых электроприборов (паяльников, электробритв и т.д.). Преобразователь одноякорный. Об¬
мотки постоянного и переменного тока электрически разделены. Коллектор и контактные коль¬
ца, К которым выведены концы обмоток, расположены на разных концах ротора. Напряжение
питания 50—52 В. Полюсная система общая. Преобразователь имеет встроенный центробеж-48
ный регулятор скорости вращения, охлаждение используется принудительное с помощью вен¬
тилятора. Мощность данного преобразователя ограничена (190 Вт), включение потребителей
большой мощности не допускается. Масса преобразователя составляет 33 кг. Технические дан¬
ные преобразователя ПО-ЗООБ представлены в табл. 2.5.Таблица 2.5Технические данные преобразователя типа ПО-ЗООБТехнические данныеДвигательГенератор' ВозбуждениеСмешанное iНапряжение, В50! 110Частота, Гц—50 jТок, А9,0i.82 i, Напряжение возбуждения, В50—52Число оборотов, об/мин3000Род токаПостоянный1 Переменный однофазныйМощность, кВт1,0 0,19Конструидая преобразователя типа ПО-ЗООБ представлена на рис. 2.2.Основными узлами преобразователя являются; стальной корпус 10, два подшипниковых шита6 и 20, прикрепленных к корпусу болтами 9, вал II, сердечник J5 якоря и полюсы возбуждения 16,
прикрепленные к корпусу болтами 14. В пазах 31 сердечника якоря, набранного из листов .э.чек-
тротехнической стали, уложены обмотки постоянного 17 и переменного 18 тока. Выводы от
концов обмоток переменного тока припаяны к контактным кольцам на втулке 8. концы обмотки
постоянного тока—к пластинам коллектора 19. К коллектору прижаты щетки 21, к контактным
кольцам — щетки 7. На полюсах 16 корпуса преобразователя имеются две обмотки возбужде-
н.ия; шунтовая 12 и сериесная 13. Обмотки вьшолнены в виде катушек и изолированы друг от
друга, а также от полюса и корпуса прессшпановыми прокладками и обмоточной лентой. По-
тюсные сердечники охватывают более 1/4 oкpyж^юcти якоря.Концы обмоток возбуждения и щеточных аппаратов выведены на контактную колодку 29 в
корпусе 30, где размещаются также дроссели и конденсаторы фильтра от радиопомех. Корпус
закрыт крьшжой 28.Вал 11 преобразователя вращается в двух подшипниковых щитах, в которые запрессованы
два подшипника 22. Подшипник со стороны контактных колец закрыт крышкой 2 с помощью
болтов 3. На хвостовик вала с той же стороны напрессована крыльчатка 4 вентилятора, удержи¬
ваемая на валу гайкой 1. Охлаждающий воздух засасывается через щели 26 на колпаке 24, про-
.ходит между якорем и корпусом и выбрасывае-гся через щели 2 7 на колпаке 5.Со стороны коллектора на вал преобразователя напрессован центробежный регулятор 25, за¬
крытый колпаком 24. К контактным кольцам регулятора прижаты щетки 23.2.3. Системы пуска и автоматического регулирования частоты вращения
электромашинных преобразователей (САР)Для пуска в ход и стабилизации частоты вращения преобразователей (напряжения и
частоты переменного тока) применяются различные способы и системы. Способ построения
систем зависит от конструкции и мощности преобразователей. Преобразователь типа UCW-2
имеет сравнительно малую мощность и запускаегся без токоограничивающих резисторов путем
прямого включения двигателя в цепь постоянного тока. Устройства для стабшшзации частоты
вращения в нем не предусмотрены.Преобразователь типа ППО-2-400У2 в своем составе имеет блок регулирования типа БР-2-400,
который обеспечивает пуск, остановку, защиту двигателя от перегрузок, стабилизацию напряже¬
ния и частоты на выходе преобразователя. Блок вьшолнен в виде отдельной коробки. Доступ к
элементам, расположенным в блоке, осуществляется при открытой крышке. Внешние кабели
вводятся в блок через клицы, расположенные в нижней части коробки. На внешней стороне49
оО)D-Iь(ЛоD"сл'г-н■оо3Рис, 2.2. Конструкция преобразователя ПО-ЗООБ
крышки блока имеются кнопки «Пуск» и «Стоп». Конструкция блока предусматривает возмож¬
ность дистанционного управления двигателем.Электрическая схема управления преобразователем типа ППО-2-400У2 показана на рис. 2.3.
Для запуска двигателя нажимается кнопка «Пуск» 2КП, в результате чего получает питание кон-
I актор КЛ. Контактор срабатывает, замыкая свои главные контакты (1—34). подключающие па¬
раллельную обмотку двигателя на полное напряжение сети, а якорь двигателя подключается к
той же сети через сопротивление ПС. Двигатель начинает развивать обороты. Одновременно
замыкаются блок-контакты контактора КЛ (12—13), шунтирующие кнопку «Пуск», и (9—30).
подготавливающие цепь контактора ускорения 1КУ, реле PH и дифференциального реле РД !:
включению.Получив питание, реле РД включается рабочей катушкой (31 —14) параллельно ротору дви¬
гателя, а удерживающей (17—31) — к пусковому сопротивлению.По мере увеличения оборотов двигателя напряжение на его якоре повышается, а на пусковом
сопротивлении понижается. Соответственно изменяются усилия, создаваемые рабочей и удержи¬
вающей катушками. При достижении противо э.д.с. двигателя примерно 80 % от напряжения сетиРис. 2.3. Электрическая схема управления преобразователем ППО-2-400У25 1
срабатывает дифференциш1ьное реле РД, которое, замыкая свой замыкающий контакт (12—8),
подает питание на катушку (8—30) контактора ускореггая 1КУ. Контактор срабатывает, полнос¬
тью шунтируя своими главными ко!гтактами (17—.31) реостат ПС. Одновременно его замыкаю¬
щий контакт (12—8) шунтирует реле РД, а размыкающий контакт (30—14) обесточивает реле
РД. Уставка реле РД выбирается примерно 0,75 f^p^g-Пуск двигателя закончен.Двигатель останавливается нажатием кнопки «Стоп» 1КП. которая разрывает цепь питания
контактора КЛ.В случае перегрузки двигателя срабатывает тепловое реле ТРТ и своими размыкающими кон¬
тактами (3--^) отключает контактор КЛ, который разрывает цепь питания двигателя. Повторное
включение производится кнопкой «Пуск» после возврата теплового реле в первоначальное по¬
ложение.Защита цепей управления осуществляется предохранителями Ш и 2П.Стабилизация частоты вращения двигателя в различных режимах работы осуществляется
изменением «ампервитков» обмотки возбуждения двигателя М. Двигатель имеет параллельную
и регулировочную обмотки возбуждения. Стабилизация частоты вращения осушествляется пу¬
тем автоматического изменения тока в регулировочной обмотке возбуждения ПОВ. Подмагни-
чивающая обмотка (ПОВ) включена согласно с параллельной. Датчиком частоты вращения для
регулятора служит генератор переменного тока, частота которого прямо пропорциональна час¬
тоте врашения двигателя преобразователя. Исполнительным органом САР является магнитный
усилитель МУ с самонасыщением и выходом на постоянном токе. Он имеет две рабочие обмот¬
ки (49—54) и (49—55), выходную обмотку (56—57), обмотку управления (52—58) и стабилизи¬
рующую обмотку (61—42) (см. рис. 2.3). На вход магнитного усилителя (обмотку управления)
подается напряжение от кольцевого демодулятора. К выходу усилителя подключена обмот¬
ка возбуждения ПОВ элект]^)Одвигателя. Поэтому при изменении индуктивного сонротивления
рабочих обмоток в результате подмагничивания сердечников усилителя изменяется соответству¬
ющим образом ТОК в обмотке возбуждения ПОВ и частота вращения электродвигателя М. Пере¬
менный ток подается к усилителю от вторичных обмоток (48—49) трансформатора ТП. Конден¬
сатор К5 сглаживает выходной ток магнитного усилителя.Обмотка управления магнитного усилителя является нагрузкой измерительного органа регу¬
лятора оборотов и питается током, величина и направление которого зависят от величины и
знака отклонения частоты генератора от номинального значения. Основными элементами изме¬
рительного органа регулятора оборотов являются кольцевая фазочувствительная схема (кольце¬
вой демодулятор) и резонансная цепь.Кольцевой демодулятор состоит из последовательно включенных диодов 2В и резисторов
15С, I6C, 17С, 18С, которые образуют замкнутое кольцо. Резонансная цепь состоит из дросселя
1Др, конденсатора К13, резистора 19С и настраивается в резонанс при частоте, равной номи¬
нальной частоте генератора преобразователя. Резистор 19С служит для получения более поло¬
гой кривой резонанса цепи контура.Напряжение с вторичной обмотки дросселя 1Др подается на диагональ (68—69) кольцевого
,1емодулятора. На вторую диагональ (48—91) подается напряжение от трансформатора ТП. От¬
воды от вторичной обмотки дросселя 1Др и от вторичной обмотки трансформатора ТП подсое¬
динены К обмотке управления магнитного усилителя (52—58).При частоте генератора, равной номинальной, резонансный контур обладает чисто активным
сопротивлением, поэтому сдвиг фаз напряжений на диагоналях демодулятора отсутствует, по¬
стоянная составляющая на выходе демодулятора тоже отсутствует. Изменение характера резо¬
нансного контура при изменении частоты генератора (частота выше номинальной — индуктив¬
ный; ниже номинальной — емкостный) приводит к изменению направления постоянной состав¬
ляющей выходного тока кольцевого демодулятора, который протекает по обмотке управления
магнитного усилителя. При уменьшении частоты ниже номинальной уменьшается ток на выхо¬
де магнитного усилителя, частота вращения, а следовательно, и частота генератора в этом слу¬52
чае будет повышаться. Если частота увеличивается, то увеличивается ток на выходе усилителя,
что приводит К снижению оборотов.Конденсатор К11, включенный в цепь стабилизирующей обмотки, позволяет изменяться току
возбуждения, а следовательно, и частоте вращения плавно без значительных колебаний (в пре-
.телах допустимой погрешности). Дроссель Др2, вьшрямитель ЗВ и реле Рм служат для защиты
преобразователя от случайных повышений частоты вращения, которые MoiyT возникнуть в слу¬
чае обрыва одной из обмоток возбуждения двигателя. При увеличении частоты вращения свыше
1.2«ном напряжение на входе выпрямителя ЗВ резко увеличивается, что приводит к срабатыва¬
нию реле Рм, которое размыкает свои контакты в цепи катушки КЛ, и электродви1атель отклю¬
чается от сети.Генератор преобразователя ППО-2-400У2 имеет возбуждение от постоянных магнитов. По¬
этому с ростом нагрузки напряжение на зажимах генератора падает за счет увеличения внутрен¬
него падения напряжения. Для поддержания стабильного напряжения генератора при измене¬
нии нагрузки в пределах от нуля до номинального значения применена емкостная компенсация
напряжения, осуществляемая конденсатором К16, включенным последовательно в цепь нагруз¬
ки генератора.Пуск преобразователя MW-12 производится нажатием на кнопку 2Ь2, при этом срабатывает
пускатель 2с2 (рис. 2.4), который своими контактами подает питание на электродвигатель пре¬
образователя через ограничивающее сопротивление lulr3, блокирует кнопку 2Ь2 (становитсяЦу2е12е16 -ti.-25А%<^-220 ВI2е15-М2Ы И=Рис. 2.4. Электрическая схема управления преобразователем MW-1253
на самоподпитку) и включает в цепь питания своей катушки ограничивающее сопротивление
2с2г1 (для повышения коэффициента возврата и уменьшения величины тока, протекающего по
катушке). Кроме этого пускатель 2с2 подготавливает к включению катушку 2сЗ.После набора оборотов двигателем напряжение на выходе преобразователя достигнет нор¬
мального значения, и сработает реле 2dl и через замкнутые контакты реле 2с2 включает пуска¬
тель 2сЗ, который своими контактами подключит электродвигатель преобразователя, минуя ог¬
раничивающее пусковое сопротивление lulr3, и нагрузку к выходу преобразователя. Пускатель
2сЗ своими контактами отключает пускатель 2с2 и подключается к контактам реле 2dl (при
уменьшении напряжения на выходе преобразователя реле 2dl отключит пускатель 2сЗ и двига¬
тель преобразователя).В преобразователе MW-12 применено двухступенчатое регулирование частоты вращения, в
зависимости от того, что является источником питания электродвигателя преобразователя. При
работающем генераторе на якорь двигателя подается нормальное напряжение, и добавочный
резистор 2г1 в цепи обмотки возбуждения двигателя замкнут накоротко с помощью реле обрат¬
ного тока (реле стоянка-движение) Idl, Поэтому, несмотря на более высокое напряжение гене¬
ратора по сравнению с напряжением аккумуляторной батареи, число оборотов умформера оста¬
ется без изменения.При переключении преобразователя на питание от аккумуляторной батареи в цепь обмотки
возбуждения двигателя включается добавочный резистор 2г1, что вызывает уменьшение тока
возбуждения. В этом случае частота вращения ротора увеличивается независимо от изменения
питающего напряжения.Пуск преобразователя ПО-ЗООБ ввиду маиЮЙ мощности производится подключением источ¬
ника постоянного тока к выводам электродвигателя без ограничительных сопротивлений.Стабилизация частоты вращения преобразователя производится с помощью центробежного
регулятора, который напрессован на вал. Основными деталями регулятора (рис. 2.5) являются
втулка 5, контактные кольца 4. пружина 7. грузы Юн регулировочное устройство, состоящее из
винта 9 и гайки 8. Пружина 7 одним концом соединена с кронштейно.м груза, а вторым — с
рычагом 3 подвижного контакта 1. Грузы, пружина и контакты регулятора закрыты колпаком 6,
прикрепленным к планшайбе 11 втулки .5. Контакты регулятора изготовлены из вольфрама, что
повышает надежность их работы.При частоте вращения вала выше номинальной (3000 об/мии) грузы 10 расходятся, преодо¬
левая натяжение пружины 7. замыкают подвижный / и неподвижный 2 контакты, шунтируя
резистор, включенный в цепь шунтовой обмотки. Ток, проходящий по шунтовой обмотке, уве¬
личивается, вызывая увеличение магнитного потока возбуждения, что приводит к уменьше¬
нию частоты вращения. При частоте вращения менее 3000 об/.мин контакты регулятора раз-6 7118 9—1 ^ ,*- ' r-zУ^10Рис. 2.5. Конструкция центробежного регулятора преобразователя ПО-ЗООБ54
мыкаются, включая последовательно с шунтовой обмоткой дополнительный резистор. Ток,
проходящий по обмотке, уменьшается, магнитный поток ослабевает, и якорь начинает увели¬
чивать частоту вращения.Контрольные вопросы1. Расскажите о назначении электромашинных преобразователей.2. Назовите отличительные особенности устройства электромашинных преобразователей.3. От чего зависит постоянство выходного напряжения?4. В чем состоит назначение системы автоматического регулирования?5. Почему преобразователь UGW-2 называется одноякорным?6. Каковы особенности преобразователя ППО-2-400У2?7. Каковы особенности преобразователя MW-12?8. Чем определяется частота вращения электродвигателя преобразователя'^9. Опишите способы охлаждения преобразователей.10. На чем основан принцип стабилизации скорости врашения преобразователя ПО-ЗООБ?
И. Каково назначение системы стабилизации скорости врашения (САР) электромашинныхпреобразователей?12. Что является исполнительным органом в САР преобразователя ППО-2-400У2?13. На чем основан принцип стабилизации скорости вращения преобразователя MW-12?14. Почему преобразователи UCW-2 и ПО-ЗООБ включаются в цепь питания без ограничи¬
тельных резисторов?
Глава 3СИСТЕМЫ регулирования возбужденияГЕНЕРАТОРОВ3.1. Общие сведения об электронных устройствах и преобразователяхВсе устройства преобразования электроэнергии, применяемые на подвижном составе, делят¬
ся на устройства электромагнитные и электронные. Благодаря экономичности и высокой надеж¬
ности преимущественное применение в современной преобразовательной технике находят элек¬
тронные преобразователи, построенные на основе диодов, тиристоров и силовых транзисторов.
Такие преобразователи получили название полупроводниковых преобразователей электричес¬
кой энергии. В составе электронных преобразователей применяется и новый вид электронных
устройств — электронные аппараты. Это тиристорные выключатели переменного и постоянно¬
го тока, защитные устройства и другие бесконтактные аппараты. Переход от контактной аппара¬
туры К бесконтактным электронным устройствам позволяет повысить надежность работы, со¬
кратить эксплуатационные расходы, уменьшить материалоемкость и размеры аппаратуры.На современном подвижном составе в системах обеспечения работы различных систем при¬
меняется несколько возможных преобразований электрической энергии:- преобразование переменного тока в постоянный ток — выпрямление;- преобразование постоянного тока в переменный ток частотой 50 Гц — инвертирование с
помощью инвертора, ведомого сетью;- преобразование постоянного тока в переменный ток регулируемой частоты — инвертирование
с помощью автономного инвертора;- преобразование переменного тока в переменный ток других параметров — с помощью преоб¬
разователей частоты с промежуточным контуром постоянного тока;преобразование постоянного тока в постоянный ток другого уровня напряжения с помо¬
щью преобразователей с промежуточным контуром переменного тока.С помощью систем современной полупроводниковой электроники возможно обеспечение
любого из перечисленных преобразований. Преобразователи применяются для выпрямления
переменного тока в системах элекгроснабжения вагонов, преобразования постоянного тока в
переменный для питания люминесцентного освещения радио- и видеоаппаратуры, а также
электрических бритв, стабилизации напряжения генераторов в вагонах автономного электро¬
снабжения, а также для плавного регулирования скорости электродвигателей и т.д.На рис. 3.1. приведена структурная схема классификации преобразователей электроэнергии.В состав преобразовательного агрегата входят: блоки силовых полупроводниковых прибо¬
ров; блоки управления, защиты и сигнализации; трансформаторно-реакторное оборудование;
коммутационная аппаратура; конденсаторы; система охлаждения; силовые шины; каркас. В не¬
которых преобразователях часть этих узлов может быть объединена или отсутствовать.Требования, предъявляемые к преобразователям, зависят от назначения и условий их эксплу¬
атации. Общими требованиями являются следующие.Каждый узел преобразователя должен надежно работать в нормальных условиях и восста¬
навливать работоспособность после отключения устройствами защиты в аварийных режимах.В нормальном режиме температура токоведущих, изоляционных и конструкционных частей
не должна превышать установленных значений.Изоляция токоведущих частей должна выдерживать возможные перенапряжения с запасом,
учитывающим ухудшение свойств изоляционных материалов.56
Преобразователи электроэнергиипеременно-
постоянного тока
(выпрямители)переменно¬
постоянного тока
(инверторы)переменно-
переменного токанеуправляемыеуправляемыеведомые сетью (зависимые)автономные (независимые)регуляторы напряженияпреобразователи частотыкомпенсаторы реакторной мощностипостоянно¬=постоянного токапреобразователи с про.\!ежу гочны.м
звеном переменного гокаимпульсные преобразователи
постоянного токаРис. 3,1. Структурная схема классификации преобразователей электроэнергииТоковедущие части и детали должны выдерживать без остаточных деформаций термические,
электродинамические и другие перегрузки.Конструкция каждого элемента преобразователя должна обеспечивать удобство и безопас¬
ность обслуживания, ремонта и наладки.Преобразователь должен иметь наименьшие размеры и массу.Для обеспечения сохранения эксплуатационных показателей в заданных пределах преобра-
адватели должны обладать надежностью. Надежность является главным показателем качества
преобразователя, который определяется безотказностью и ремонтопригодностью. К основным
показателям надежности относятся следующие.Безотказность — свойство преобразователя непрерывно сохранять работоспособность и
нормально выполнять свои функции в допускаемых пределах в течение заданного времени. Бе-
5отказность оценивается длительностью или объемом работы (отказом называется событие, зак¬
лючающееся в полной или частичной потере работоспособности).Долговечность — это свойство преобразователя длительно (с возможными перерывами на
ремонт) сохранять работоспособность в любых рабочих режимах до разрушения или другого
предельного состояния. Оценивается временем (технический ресурс) от начала эксплуатации до
изнашивания за вычетом времени на ремонт.Ремонтопригодность — это приспособленность конструкции преобразователя к восстанов¬
лению исправного состояния и поддержанию технического ресурса посредством предупрежде¬
ния. обнаружения и устранения неисправности или отказа.На электрических схемах преобразователи изображаются в виде квадрата с чертой по диаго¬
нали. Для указания направления преобразования на линии связи или на соответствующей сто¬
роне квадрата проставляют стрелку. Назначение и параметры преобразования определяются по
графическим или буквенным обозначениям, установленным соответствующими стандартами.
На рис. 3.2 показаны примеры обозначения преобразователей на электрических схемах.Рис. 3,2, Условное обозначение преобразователей:
а — переменного напряжения в постоянное; б — постоянного напряжения в переменное; в ■тока; г — частотыпостоянного57
3.2. Импульсные устройства и преобразователиИмпульсные устройства и преобразователи находят все большее применение на железнодо¬
рожном транспорте в связи с появлением тиристоров и систем управления ими. В качестве им¬
пульсных peryj^TopoB наибольшее распространение получили широтно-импульсные преобра¬
зователи (ШИП) I частотно-импульсные преобразователи (ЧИП).Широтно-импульсные преобразователи постоянного напряжения применяются для регули¬
рования значения среднего напряжения на нагрузке. С помощью ШИП источник постоянного
напряжения периодически подключается к нагрузке, в результате чего на выходе формируются
импульсы напряжения, образующие среднее значение выходного напряжения При этом из¬
меняется время длительности выходных импульсов при постоянной величине паузы между
импульсами = var, Т~ const (рис. 3.3, а).аи.г21Рис. 3.3. Диаграммы пмпульсов при широтно-импульсной (а) и частотно-импульсной (б) модуляцииЧастотно-импульсные преобразователи (ЧИП) применяются для регулирования напряжения
безреостатным способом. При этом источник постоянного напряжения также периодически под¬
ключается К нагрузке, в результате чего изменяется время паузы между импульсами при по¬
стоянной величине времени импульсов (/^^ = const. Т= var) —рис. 3.3, 6. где — длительность
импульсов; — продолжительность паузы; Т— период следования импульсов.Преобразователь ШИП отличается от преобразователя ЧИП видом зависимости изменения
тока нагрузки (см. рис. 3.3). Основными преимуществами преобразователей с ШИП являются
высокий КПД, небольшие габариты и масса, широкий диапазон выходных могцностей.Отличием работы преобразователей с ЧИП является и то, что напряжение растет с нуля и до
максимального значения в зависимости от собственной частоты колебательного контура, вклю¬
ченного в цепь.В импульсных преобразователях в качестве коммутирующих элементов, в зависимости от
значения выходной мощности, применяются силовые транзисторы или тиристоры.Главной проблемой при эксплуатации импульсных преобразователей с тиристорами являет¬
ся коммутация тиристоров. Включение тиристора в цепи постоянного тока осуществляется пу¬
тем подачи на анод и управляющий электрод положительного потенциала. Для выключения ти¬
ристора необходимо уменьшить анодный ток ниже тока удержания и на катод подать положи¬
тельный потенциал, по времени равный времени выключения, или кратковременно разорвать
цепь питания тиристора, но при этом прервется и рабочий ток. проходящий через нагрузку, что
в условиях эксплуатации тиристоров нежелательно.Различают естествент1ую и искусственную коммутации. Ес1ественная коммутация применя¬
ется при использовании тиристоров в схемах переменного тока, например, выпрямителях. Ти¬
ристор выключается при уменьшении тока во время перехода через нуль. При искусственной
коммутации выключение тиристора осуществляется с помощью вспомогательного источника
энергии постоянного (импульсного) тока или с помощью предварительно заряженных конден¬
саторов. Если коммутация происходит с рабочими тиристорами, то ее называют прямой или
одноступенчатой. Если коммутация рабочего тиристора осуществляется с помощью вспомога¬
тельного тиристора, то ее называют двухступенчатой.На рис. 3.4 представлены различные варианты коммутации тиристоров. По способу подачи
коммутирующего напряжения преобразователи различают с параллельной и последовательной
коммутацией.Вариант 1 (рис. 3.4, а). При выключенном тиристоре VS1 конденсатор С заряжается поляр-
.мостью, указанной без скобок. При открывании тиристора происходит перезаряд конденсатора
на противоположную полярность (в скобках), а в следующий полупериод собственных колеба¬
ний контура LC конденсатор разряжается навстречу анодному току тиристора и выключает его.Вариант 2 (рис. 3.4, б). Конденсатор С предварительно заряжается от постороннего источ¬
ника питания до напряжения выше полярностью, указанной на схеме. Для выключения ра-
оочего тиристора VS1 необходимо открыть тиристор VS2, и за счет разряда конденсатора С про¬
изойдет выключение тиристора VS1. При напряжении на конденсаторе, равном нулю, происхо-
UIT выключение тиристора VS2. Диод VDO предотвращает пробой тиристора.Вариант 3 (рис. 3.4, в). Колебательный контур ЕС включен последовательно с тиристором.
В момент открытия тиристора VS1 заряжается конденсатор С, и в цепи идет колебательный
процесс. При уменьшении тока колебательного контура LC до нуля происходит естественное
выключение тиристора. Резистор R служит для разряда конденсатора к моменту очередного вклю¬
чения тиристора.Вариант 4 (рис. 3.4, г). При включении тиристора VS2 напряжение предварительно заряжен¬
ного конденсатора С будет приложено к дросселю Е. На тиристор VS1 подается обратное напря¬
жение, и он выключается. Контур перезаряда конденсатора на интервале коммутации отделен от
пени нагрузки выключенным тиристором VS1, и ток этой цепи не участвует в перезарядке кон-
ленсатора.Вариант 5 (рис. 3.4, д). При включении тиристора VS1 происходит заряд конденсатора С
полярностью, указанной на схеме. При включении тиристора VS2 конденсатор С разряжается
через тиристоры VS1 и VS2, выключая последний. Затем конденсатор перезаряжается и выклю¬
чает тиристор VS2.Вариант 6 (рис. 3.4, е). Процесс коммутации протекает в две ступени: вначале выключается
рабочий тиристор VS1, а затем после разряда или перезаряда конденсатора выключается вспо--Ои.,- оVS1о [R-CZh:СVS1VS1Рис. 3.4. Схемы коммутации тиристоров59
могательный тиристор VS2. Данная схема коммутации представляет собой тиристорный аналог
полностью управляе.мого вентиля. Применение вспомогательного тиристора позволяет в широ¬
ких пределах регулировать длительность открытого состояния основного тиристора.3.3. Принцип регулирования напряжения генераторов пассажирских
вагоновГенерагоры, применяемые на пассажирских вагонах с автономной системой электроснабже¬
ния, получают вращательный момент от колесной пары. При изменении частоты вращения ко¬
лесной пары и величины нагрузки генераторы изменяют свое напряжение в широких пределах.
Для стабилизации нагзряжсния генератора при различных эксплуатационных режимах применя¬
ются системы автоматического регулирования (САР). Основным элементом САР является регу¬
лятор напряжения генератора (РИГ), который изменяет напряжение генератора путем воздей¬
ствия на его ток возбуждения, в результате чего изменяется магнитный поток, создаваемый об-
\юткой возбуждения, и следовательно, э.д.с. (электродвижущая сила), возникающая в генераторе.В САР пассажирских вагонов регулирование напряжения осушествляется по принципу от¬
клонения. Согласно этому принципу, система регулирования изменяет напряжение генератора
таким образом, чтобы отклонение напряжения от заданной величины было наименьшим, в луч¬
шем случае нулевым.Все системы автоматического регулирования напряжения пассажирских вагонов являются
замкнутыми. Это означает, что регулятор напряжения (РИГ) воздействует на генератор (объект
pel улирования), а генератор посредством обратной связи - - на регулятор. Измерительный орган
системы получает информацию в виде двух сигналов: величину 5аданного напряжения и факти¬
ческую. измеренную на выходе генератора. Сравнивая эти две величины, из.мергттельный орган
вырабатывает сигнал рассогласования, т.е. сигнал, пропорциональный величине и знаку откло-
не}1ия. В соответствии с величиной этого сигнала РНГ с помощью исполнительного органа из¬
меняет величину тока, проходящего по катушке возбуждения, тем самым изменяя величину вы¬
рабатываемого напряжения генератора.На современных вагонах применяются полупроводниковь(е регуляторы напряжения. Наи¬
большее распространение получили импульсные регу.1яторы. вьшолненные на тиристорах.Исполнительным органом регулятора служит тиристор VS1 (рис. 3.5. а), который осуществ¬
ляет импульсное регулирование гока возбуждения генератора. Тиристор VS1 1Ю сигналам,
подаваемым от системы управления СУТ, периодически подключает обмотку возбуждения к
выходу генератора (тиристор открывается) и отключает ее (тирис гор закрывается).Рис. 3.5. Принципиальная схема импульсного регулятора напряжения генератора (а) и график изменениянапряжения генератора (6)60аЬ h для scbist.com
при открытии тиристора к обмотке возбуждения ОВ подается импульс напряжения, в резуль-
лте чего возникает переходный процесс изменения тока возбуждения а следовательно, и на¬
пряжения генератора U. Напряжение генератора при этом возрастает по экспоненте 1
фис. .3.5. б). При закрытии тиристора ток продолжает протекать по обмотке возбуждения через
обратный диод VD2 за счет электромагнитной энергии, запасенной в индуктивности обмотки
возбуждения в период открытого состояния тиристора. По мере уменьшения этой энергии умень¬
шается ток возбуждения и напряжение генератора снижается по экспоненте 2.В процессе работы регулятора тиристор открывается и закрывается с большой частотой, вслед¬
ствие чего период его работы оказываезся очень малым. Поэтому напряжение генератора не
х спевает изменяться до своих предельных значений тл лишь колеблется (пульсирует)
вокруг Ц,р в сравнительно узкой области 2AL'.Среднее значение тока возбуждения, а следовательно, и среднее значение напряжения гене¬
ратора определяются сопротивлением цепи возбуждения и соотношением между относитель¬
ной замкнутостью (т,^) и относительной разомкнутостью (т^) этой цепи;,:ie - время открытого состояния тиристора;— время шкрытого состояния гиристора;— время цикла (величина, обратная частоте повторения импульсов).При наименьшей частоте врашения и наибольшей нагрузке т.^ имеет наибольшее значение,
при наибольшей частоте врашения и холостом ходе — наименьшее. Частота включения тирис¬
тора и амплитуда пульсации напряжения изменяются автоматически в зависимости от частоты
врашения якоря и нагрузки генератора.Генераторы, применяемые на пассажирских вагонах, используются с самовозбуждением. Са¬
мовозбуждение генератора возможно только при выполнении некоторых условий. Одним из этих
\ словий является следующее; при разгоне генератора до достижения частоты врашения
: енератор должен работать на xo.iioctom ходу. Если во время разгона к генератору подключить
оольшую нагрузку, то вследствие значительного падения напряжения в якоре напряжение на его
зажимах в начале разгона снизится почти до нуля и процесс са.мовозбуждения не начнется. По-
<тому РНГ при разгоне поезда не работает, ток через обмотку возбуждения генератора проходит,
м1П1уя систему РНГ. Нор.мальная работа РНГ по регулированию напряжения начинается при
выходе генератора на режим,3.4. Регуляторы напряжения генераторов пассажирских вагоновРегулятор напряжения генератора 2ГВ-003. Тиристорный регулятор (рис. 3.6) состоит из
исполнительного органа ИСО, системы управления тиристорами СУТ и измерительного органа
ПО, Основным элементом исполнительного органа является тиристор VS1, который включен в
:спь параллельной обмотки возбуждения ОВ1 генератора и автоматически регулирует проходя-
;;1ий по ней ток возбуждения. Обмотка возбуждения получает питание от основной обмотки
-коря Я1 генератора через анодную группу диодов выпрямителя В1. Питание на обмотку воз-
'> ждения подается только при положительных полупериодах линейного напряжения. Последо-
чательно с тиристором VS1 включен диод VD3, который защищает тиристор от обратного на¬
ряжения. Обратный диод VD2 шунтирует обмотку возбуждения генератора и обеспечивает про-
скание тока по обмотке возбуждения в период времени, когда тиристор VS1 закрыт.Измерительный орган ПО вьшолнен в виде мостовой схемы. В одну диагональ моста подает-- ч напряжение генератора через выпрямитель В2 и анодную группу выпрямителя В1. В другую
;иагональ (к точкам а w Ь) подключены э.миттер и база транзистора VT11. Выпрямитель В2
■сооходим для того, чтобы напряжение на РНГ подавалось только от генератора, а не от аккуму-
чторной батареи, что имело бы место, если измерительный орган был подключен к выходу
.-ыпрямителя В1. Сигнал, снятый с измерительного органа, усиливается транзистором VTll и
: «лается на пусковое устройство (электронный ключ), которое управляет тиристором.61
Рис. 3.6. Принципиальная схема тиристорного регулятора напряжения 2ГВ-003Если напряжение генератора становится ниже уставки РНГ (оно определяется напряжением
стабилизации стабилитронов VD12 и VD13), эмиттер транзистора VT11 получает отрицатель¬
ный потенциал по отношению к его базе, что приводит к закрытию этого транзистора. При этом
на базу транзистора VT6 подается отрицательное смешение. Это приводит к открыванию тран¬
зисторов VT5 и VT6, в результате чего на управляющий электрод тиристора VS1 подается отпи¬
рающий сигнал. При наличии на тиристоре прямого напряжения он открывается, что приводит
К возрастанию тока возбуждения генератора и его напряжения. При этом одновременно с откры¬
тием тиристора VS1 запирается диод VD8 обратным напряжением, и ток по цепи управляющего
электрода тиристора не протекает.Когда напряжение генератора становится выше напряжения уставки, транзистор VTll от¬
крывается. При этом запираются транзисторы VT5 и VT6 спускового устройства и прекращает¬
ся подача на тиристор VS1 управляющего сигнала. При переходе переменного напряжения гене¬
ратора через нулевое значение тиристор VS1 запирается, при этом ток возбуждения и напряже¬
ние генератора уменьшаются.При разгоне генератора обмотка возбуждения 0В1 подключена к обмотке якоря через раз¬
мыкающиеся контакты реле напряжения Р1 и токоограничивающий резистор R1 помимо тирис¬
тора VS1. При достижении напряжения, примерно 40 В, реле Р1 срабатывает и его контакты
размыкаются, РНГ вступает в работу. При этом цепь возбуждения оказывается замкнутой через
тиристор VS1. При остановке вагона прекращается питание всей схемы регулятора, который
перестает работать.На пассажирских вагонах с системой электроснабжения ЭВ. 10.02.37 применяется блок
БРН-37. Блок производит регулировку генератора типа 2ГВ.008.6У1. Вспомогательная обмотка
генератора В1—В2 подключена к блоку БРН через диод VD30 и предохранитель F15. Напряже¬
ние основной обмотки (И^—И2) генератора при изменении нагрузки от нуля до максимальной и
изменении скорости поезда поддерживается в пределах от 47 до 53 В путем изменения тока
возбуждения.Регулятор напряжения БРН-37 (рис. 3.7) содержит измерительный делитель напряжения,
выполненный на резисторах R1—R6, питающий делитель напряжения на R16—R17—VD2—
VD3—VD4, измерительный транзистор VT1, систему управления тиристором на транзисторах
VT5, VT6, исполнительную группу VS10—VS12. Контакты реле Кб замкнуты при нормальном
функционировании электрооборудования. Реле Кб при аварийном отключении размыкает цепь
возбуждения генератора, кроме этого реле Кб включает сигнальную лампу «Защита генератора»
на щите управления и лампу освещения внутри пульта (для отыскания неисправности). Реле Кб62
VD151R1R14R15VD17VD14R2 нVD20%IR3VT1R7С2VD21,VD13VD11R16VS10IVD2^?vd3^7R6IVD4ZSVT5ZS^D9R17■R9"VRIOY.VT6ОС\^ZR1C4СЗR12XC5R19R13HR18S2КонтЦепьАЗ+БА4Фазы04А!Б5ВЫХОД+50В-добавкаА6ПодпиткаБЗВыход ОВА?МинусРис. 3.7. Принципиальная схема блока регулирования напряжения БРН-37включается с помощью кнопки «Возврат защиты» на распределительном щите вагона после
\ странения неисправности (на схеме не показана).Начальное возбуждение генератора обеспечивается от фазы генератора и минусового полюса
выпрямителя. Переменное напряжение от обмоток генератора подается на блок через предохра¬
нители F9. F22, F10 по цепи: предохранитель F15 — вспомогательная (вольтодобавочная) об¬
мотка В1— В2 — диод VD30 — контакты блока Б1, А6 — замкнутые контакты К9 — сопротив¬
ление R7 — замкнутые контакты Кб — обмотка возбуждения И1, И2 — минус выпрямителя.
Катушка реле К9 включена на напряжение, образованное диодами VD13, VD14, VD15 и мину¬
сом выпрямителя. После достижения напряжения срабатывания реле К9 питание обмотки воз-
о\ ждения генератора обеспечивается от фазы генератора н минусом выпрямителя через тирис¬
тор VS10 (контакты К9 в цепи подпитки размыкаются).1'ранзисторы VT5, VT6 образуют чувствительную пусковую схему. По цепи через резистор
R8. диоды VD2, VD3, транзистор VT6, диоды VD7,VD8, VD9, управляющий электрод тиристора
\'S 10, обмотку возбуждения генератора протекает ток, вызывающий включение тиристора VS10.
После включения тиристора цепь управляющего электрода запирается диодом VD9. и транзис¬
торы VT5, VT6 обесточиваются. Транзистор VT6 получает питание только в интервалах време¬
ни. соответствующих положительному анодному напряжению, благодаря чему обеспечивается
синхронизация импульсов управления с его анодным напряжением.В интервалах времени, когда на цепь тиристор — обмотка возбуждения генератора подается
напряжение, равное прямому падению напряжения на силовом диоде выпрямителя, тиристор
\ S10 выключается и ток обмотки возбуждения замыкается по цепи через диод VD12. При повы¬
шении напряжения генератора выше уставки регулятора транзистор VT1 отпирается и обеспе¬
чивает запирание транзистора VT6. Запирание транзистора VT5 обеспечивается шунтировани¬
ем его перехода эмиттер-база последовательно включенными резисторами R10, R11. Подача
и\шу.льсов управления на тиристор VS10 прекращается.Регулирование напряжения обеспечивается благодаря чередованию двух описанных режи¬
мов работы тиристора, в одном из которых тиристор открыт примерно в течение 2/3 периода, а в
лругом — закрыт. При изменении соотношения указанных режимов среднее значение напряже¬
ния на обмотке возбуждения практически может изменяться от нуля до максимального значе¬63
ния. Для увеличения тока возбуждения применяется добавочная обмотка В1—В2 генератора,
напряжение которой через диод VD30 подается на тиристор VS10.Для контроля работы блока параллельно тиристору VS10 через R13 подключен светодиод И.
который начинает светиться после возбуждения генератора при переключениях тиристора. При
остановке поезда прекращается питание всей схемы регулятора, который перестает работать.Диагностика блока производится с помощью кнопок S1 и S2. Для проверки нужно включит|>
S1 и затем S2, при этом должен включиться светодиод Н (тиристор закрыт). Затем отпустить S1.
продолжая удерживать S2, при этом светодиод Н должен погаснуть (тиристор открыт). Диагно¬
стику можно производить и при неработающем генераторе, т.е. на стоянке. Для этого на блок
подается питание от аккумуляторной батареи на контакт АЗ (+Б).На пассажирских вагонах, оборудованных системой электроснабжения комплекса «ЗАРЯ Э-12».
применяется блок регулятора напряжения БРНГ-142. Регулирование тока возбуждения про¬
изводится с помощью транзисторов.Блок БРНГ-142 (рис. 3.8) состоит из входного устройства для получения сигнала рассогласо¬
вания (стабилитрон VD1.R1,R2, С2), усилителя сигнала рассогласования (дифференциальный
каскад VT1,VT2 и эмиттерный повторитель VT3), компаратора (микросхема D1), усилителя мощ¬
ности (VT5-VT9), шунта обмотки возбуждения (VD6), устройства контроля параметров генера¬
тора (D5,VT11, VT12).Блок работает следующим образом. Компаратор сравнивает пилообразное напряжение от ге¬
нератора на транзисторе VT4 с усиленным сигналом рассогласования на транзисторах
VT1,VT2,VT3. В результате сравнения на выходе усилителя мощности появляется импульс, дли¬
тельность которого зависит от величины напряжения усиленного сигнала рассогласования. Чем
больше напряжение сигнала рассогласования, тем меньше длительность импульса и ток в об-
.мотке возбуждения, и наоборот. Потенциометром R2 устанавливается величина выходного ста¬
билизированного напряжения генератора. Резисторы R31--R39 устанавливают первоначальное
подмагничивание генератора. Светодиод HL1 своим свечением сообщает о том, что генератор
возбужден и на его выходе стабилизированное напряжение.При превышении тока генератора и температуры обмоток генератора длительность импульсов
уменьшается. С помощью переключателя SAI контроль температуры может осуществляться в трех
режимах «Авт», «Лето», «Зима». Контроль работоспособности блока осуществляется кнопкой SB I.На пассажирских вагонах с системой электроснабжения ЭВА-110.01 применяется блок регу¬
лирования напряжения генератора (далее БРНГ), который предназначен для управления рабо¬
той подвагонного генератора, а также для управления коммутацией силовых цепей основных
вагонных электропотребителей в зависимости от напряжения в низковольтной магистрали.К вагонной магистрали (напряжением 77—142 В) с помощью коммутационных аппаратов
подключены потребители. Наиболее ответственные потребители подключены к магистрали по¬
стоянно. Потребители высоковольтного отопления питаются от специальной высоковольтной
магистрали.Вагонную магистраль питают следующие источники электроэнергии;
подвагонный генератор, являющийся основным источником электроэнергии при движе¬
нии поезда в диапазоне скоростей 35—160 км/ч; вал ротора генератора через редуктор механи¬
чески связан с колесной парой;- аккумуляторная батарея, заряжающаяся от подвагонного генератора, питает потребите¬
лей только при низких скоростях движения вагона (менее 35 км/ч) и на стоянках; при длитель¬
ных стоянках возможен подзаряд аккумуляторной батареи от внешнего источника через специ¬
альное устройство.Блок БРНГ с помощью датчиков контролирует основные параметры источников питания и
производит;- обеспечение требуемых уровней потребляемых мощностей в диапазоне О—32 кВт при на¬
пряжении в низковольтной магистрали 77—142 В во время движения вагона со скоростью от 35
до 160 км/ч;64
Б1 Б2 А1КонЦепьА2+ 142ВА4ФазаА6ФазаБЗФазаБ5Обмоткавозбужд.Б1-142ВА1ДатчиктокаЬ2ДатчиктемпературБ4ДатчиктемпературРис. 3.8. Принципиальная схема блока регулирования напряжения БРНГ-142ON
- заряд при работающем генераторе подвагонной аккумуляторной батареи постоянным
током (не более 70 А) до напряжения 136 В в летних условиях эксплуатации и до напряжения
142 В — в зимних;-ограничение тока нагрузки подвагонного генератора (измеряемого после выпрямления) на
уровне 220 А;- подключение и отключение нагрузок (по группам) от низковольтной магистрали в зависи¬
мости от уровня напряжения в ней;- отключение генератора со снятием напряжения с обмотки возбуждения при аварийных си¬
туациях и нарушении работоспособности самого генератора (например, при обрыве цепи одной
из фазных обмоток).БРНГ для обеспечения своих функций воздействует на обмотку возбуждения подвагонного
генератора и на исполнительные реле, расположенные в пульте управления. Изменяя ток в об¬
мотке возбуждения, БРНГ регулирует основные нагрузочные параметры: напряжение в низко¬
вольтной магистрали, ток нагрузки, ток заряда аккумуляторной батареи и др. Обмотка возбуж¬
дения генератора подключается к питающему напряжению с помощью управляемого силового
транзистора.Для управления силовым транзистором используется принцип широтно-импульсной модуля¬
ции (ШИМ) управляющего напряжения. Для увеличения тока в обмотке возбуждения обеспечива¬
ется увеличение скважности открытого состояния транзистора. Максимальный ток (около 4 А)
обеспечивается при низких частотах вращения генератора и большом электропотреблении, мини¬
мальный ток — при низком электропотреблении, когда вагон движется с высокой скоростью.Если генератор не вращается, силовой транзистор максимально открыт (коэффициент заполне¬
ния импульсного сигнала около 0,8), но напряжение на обмотке возбуждения генератора мини¬
мальное, так как питающее его остаточное напряжение очень мало. При раскрутке генератора
питающее напряжение возрастает и ток в обмотке возбуждения увеличивается. При минимальной
частоте вращения ротора генератора (скорость движения вагона 25—35 км/ч) скважность сигнала
управления и, соответственно, время открытого состояния транзистора начинает уменьшаться.В БРНГ реализован принцип регулирования по отклонению. Ошибка регулирования по лю¬
бому из параметров (току якоря, току заряда аккумуляторной батареи, напряжению в магистра¬
ли и т.д.) не превышает 10 %. БРНГ одновременно отслеживает несколько параметров и выбира¬
ет наиболее критичный из них, т.е. наиболее близкий к предельному значению. Измерение и
сравнение всех контролируемых параметров внутри БРНГ осушествляется в милливольтах.С помощью исполнительных реле БРНГ подключает и отключает от низковольтной магист¬
рали различные группы нагрузок. Время и порядок коммутаций зависят от уровня напряжения в
магистрали и нагрузочной способности генератора при движении вагона. При неработающем
генераторе отключение групп нагрузок осуществляется последовательно при снижении напря¬
жения в магистрали до определенного для каждой группы уровня. Группа особо важных потре¬
бителей подключена к магистрали всегда, некоторые потребители подключаются к магистрали
только при работающем генераторе с помощью отдельного исполнительного реле.Структурная схема блока БРНГ показана на рис. 3.9. На вход блока питания поступает напряже¬
ние низковольтной магистрали, которое внутри блока преобразуется в ряд напряжений (-15 В;
+15 В; -5 В), необходимых для обеспечения работоспособности всего БРНГ. Преобразователь
блока питания нормально функционирует в диапазоне напряжений магистрали от 15 до 142 В.
В блоке питания размещены устройства, корректирующие значения максимального зарядного
напряжения аккумуляторной батареи в зависимости от температуры окружающей среды (для
никель-кадмиевых аккумуляторов; 136 В — летом и 142 В — зимой).Сигналы с токовых шунтов поступают на блоки защиты и управления, сигналы напряжения —
на блоки управления, логики и контроля.В блоках управления и защиты осуществляется сравнение величин измеряемых сигналов с
заданными, после чего сигналы рассогласования и ограничения поступают на входы микросхе¬
мы (ШИМ-контроллера), размещенной в блоке управления. С выхода блока управления суммар-66
Рис. 3.9. Структл'рная схема блоков БРНГный управляющий сигнал поступает на силовой блок с силовым транзистором, питающий цепь
обмотки возбуждения. Скважность суммарного управляющего импульсного сигнала определя¬
ет соотношение времени открытого и закрытого состояния транзистора и, следовательно, вели¬
чину тока в обмо1ке возбуждения генератора.Блоки логики 1 и 2 с помощью промежуточных блоков обеспечивают команды разрешения и
запрета на включение различных вагонных потребителей в зависимости от величины напряже¬
ния низковольтной магистрали, а также от режима работы генератора.На входы блоков логики поступает информация об уровне напряжения в магистрали и скваж¬
ности управляющего сигнала регулирующего транзистора. Блок логики 1 подключает (отклю¬
чает) нагрузки 1-й ступени: подключение осуществляется при напряжении в магистрали 116 В,
отключение — при снижении напряжения до 93 В. Блок логики 2 управляет нагрузкой 2-й сту¬
пени: подключение — при напряжении 117 В, отключение — при 98 В.На вход блока контроля поступает та же информация, что и на блоки логики. Блок контроля с
помощью промежуточного реле (на схеме не показано) осуществляет подключение к магистра¬
ли (при напряжении 118 В) и отключение от нее (при напряжении 109 В) мощных потребителей.
Дополнительно блок контроля отслеживает работоспособное состояние стабилизатора напря¬
жения сети освещения (РНС), от которого получают питание лампы накаливания. При выходе
из строя РНС блок контроля подает сигнал в блок управления, который ограничивает макси¬
мальное напряжение в низковольтной магистрали на уровне 120 В.Для контроля работоспособности и проведения диагностики БРНГ имеет специальное поса-
лочное место, в которое подключается отдельный блок диагностики. При нормальной работе
БРНГ вместо блока диагностики включается плата без радиоэлементов с перемычками.Принципиальная электрическая схема блока питания БРНГ приведена на рис. 3.10.Источник питания вьтолнен по схеме обратноходового преобразователя на микросборке DA2.
Напряжение вагонной низковольтной магистрали поступает на входы микросборки 2 («+» с вхо-
ла ! UV) и 1 («-» с входа 30 ZZ). Напряжения питания +15В, 0Ви-15В поступают в БРНГ с
выхода первого канала преобразователя (выходы 7, 8, 9 соответственно). Обеспечение напряже¬
ния -5 В относительно выхода 5 преобразователя осуществляется параметрически с помощью
стабилитрона VD10, подключенного через ограничивающий резистор R29 между выходами 5 и
DA2. Работоспособность преобразователя DA2 сигнализируется с помощью светодиода VD13
' L пит.», расположенного на передней панели БРНГ. Мощность преобразователя DA2 — 30 Вт.67
OV00Рис. 3.10. Принципиальная электрическая схема блока питания БРНГ
в блоке питания также расположены устройство управления зарядным напряжением в зави-
си.мости от температуры в аккумуляторном отсеке и ограничитель максимального зарядного
напряжения аккумуляторной багареи (142 В — для никель-кадмиевых аккум\лятор!1ых бата¬
рей).Алгоритм управления максимальным зарядным напряжением в низковольтной магистрали
заключается в следующем. В зимнем режиме работы оборудования при температуре окружаю¬
щей среды ниже 10—15 °С максимальное зарядное напряжение должно удерживаться на уровне
!42 В. При большей те.мперагуре окружающей среды (летний режим работы) это напряжение
при использовании никель-кадмиевых аккумуляторных батарей должно снижаться до 136 В.
Температурный щуп, установленный в aKKVTviynHTopHOM отсеке, фактически определяет темпе¬
ратуру окружающей среды и сигнатизируег о режиме работы оборудования (летний или зим¬
ний). Принцип действия щупа основан на физическом принципе увеличения его сопротивления
при росте температуры окружающей среды.Устройство управления зарядным напряжением в зависимости от гемпера1уры в аккумуля¬
торном отсеке состоит из моста для измерения сопротивления, состоящего из внешнего темпе¬
ратурного щупа, установленного в аккумуляторном отсеке пассажирского вагона (входы 28 +RT
и 29 -RT блока питания), резисторов R1, R2, R3, R4, микросхемы D.AI с усилителями на
транзисторах VT1...VT3. При значениях сопротивления температурного щупа менее 53,5 Ом,
что соответствует температуре в аккумуляторном отсеке менее 10 °С (зимний режим работы),
ч стройство управления зарядным напряжением не оказывает существенного влияния на выход¬
ной сигнал иТ корректирующий значение выходного напряжения силовой цепи генератора. С
ростом температуры в аккумуляторном отсеке свыше 10—12 °С, что происходит в летний пери¬
од работы оборудования, возрастает и величина сопротивления температурного гцупа (до 55 Ом
и выше). Это приводит к изменению напряжения в диагонали моста, а следовательно, и между
входами операционного усилителя DA1. Напряжение на выходе микросхемы DA1 несколько уве¬
личивается, и с помощью транзистора VT3 этот увеличенный потенциал подается через выход 8
(иТ) на соответствующий вход блока управления для корректировки выходного напряжения на
обмотке возбуждения генератора. При температуре окружающей среды, а следовательно, и в
аккумуляторном отсеке, выше 15 °С максимальное зарядное напряжение на выходе силовой цепи
! снератора не должно превышать 136 В. Следует отметить, что уровень сигнала UT при выбран¬
ном построении канала регулирования зарядного напряжения в низковольтной магистрали яв¬
ляется не чем иным, как сигналом обратной связи по напряжению, поступающим в ШИМ-кон-
гроллер блока управления (см. описание работы блока управления).Ограничитель максимального зарядного напряжения аккумуляторной батареи обеспечивает
> ставку максимального зарядного напряжения не выше 142 В при любых температурах окружа¬
ющей среды. Этот параметр контролируется схемой, подключенной к напряжению низковольт-
Hoii магистрали UV и выполненной на транзисторах VT4, VT5. В этой схеме при регулировке
подстроечного резистора R17 устанавливается напряжение срабатывания транзисторов VT5 и
\ Т4, определяющее максимальную уставку. Транзисторная защелка при нарастании напряже¬
ния UV до уровня 142 В несколько увеличивает напряжение на коллекторе транзистора VT4, а
.медовательно, и величину сигнала UT, поступающего в блок управления.Таким образом, совместная работа двух устройств, расположенных в блоке питания, обеспе¬
чивает за счет корректировки параметра UT максимальное зарядное напряжение 142 В в зим¬
ний период эксплуатации и 136 В — в летний. Готовность к эксплуатации данного устройства
1ри наличии напряжения питания и подключенного исправного температурного щупа сигнали-
лфуется светодиодом VD4 «Т-шуп», установленным на передней панели БРНГ. Если темпера¬
турный щуп не подключен или в цепи имеется обрыв, то светодиод «Т-щуп» не горит и схема не
работает.Для обеспечения внутренней защиты от пониженного напряжения регулировочного контура
:;ри обрыве датчика действительного значения напряжения в блоке управления напряжение UT
всегда должно быть выше 3,5 В.69
Принципиальная электрическая схема блока защиты приведена на рис. 3.11. Абсолютное
ограничение генераторного тока в силовой цепи обеспечивается следующим образом.Напряжение с щунта, стоящего в цепи протекания генераторного тока (200 А, 75 мВ), через
входы 29 (RG+), 30 (RG-) блока защиты подается на микросхему DA1. усиливается и через
делитель на резисторах R13 ... R16 подается на щину суммарного сигнала (U). Уровень напряже¬
ния на резисторе R16 соответствует величине уставки генераторного тока. Чем он выще, тем
выше уставка генераторного тока. Предельно высокий уровень сигнала соответствует предель¬
но допустимому значению генераторного тока (220 А). Если уровни напряжений с других защит,
подающиеся на шину суммарного сигнала, меньше этого уровня, то выходной регулятор рабо¬
тает на ограничение генераторного тока, что сигнализируется светодиодом VD8 «I», размещен¬
ным на кронштейне блока защиты.Вход 6 блока (IG per) является резервным, конденсаторы С1, СЗ — фильтрующими. Потен¬
циал шины суммарного сигнала через резистор R10 заведен на неинвертирующий вход опера¬
ционного усилителя DA1. Этим обеспечивается небольшое положительное смещение потенци¬
ала на неинвертирующем входе 3 микросхемы DA1 и, как следствие, положительный потенциал
на выходе 6 операционного усилителя DA1.Следует отметить, что в блоке организована защита и от пропадания сигнала с шунта, и от
недопустимого уменьшения постоянной составляющей вследствие высокого уровня помех. Уро¬
вень выходного сигнала (1G вход 14 блока защиты) менее 1.6 В воспринимается как аварийный
и является определяющим для срабатывания защиты ШИМ-контроллера блока управления и
появления на его выходе максимальной скважности напряжения (минимальный ток в обмотке
возбуждения). Таким образом, пропадание сигнала с шунта генераторного тока или помехи, вслед¬
ствие которых снижается напряжение на выходе DA1. через эту защиту приводит к развозбуж¬
дению генератора. Все остальные помехи, вследствие которых напряжение недопустимо по¬
вышается, через регулирующий усилитель DA4 блока защиты или через защиту от перенапряже¬
ния, подключенную к входу 15 (U), также приводят к развозбуждению генератора. Такими помехами
могут быть неисправности самой микросхемы DA1, а также смещение по потенциалу входов 29, 30
или обрыв провода в одном из этих входов. Во избежание случайного срабатывания защиты от
пониженного напряжения на выходах 14, 15с помощью внутреннего опорного напряжения DA4 и
делителя на резисторах R40, R48 установлено самое низкое нормальное напряжение (2.2 В).Уставка максимально допустимого тока в якорной цепи (220 А) может быть скорректирована
в меньшую сторону за счет увеличения сопротивления регулировочного резистора R14, и,
наоборот, с уменьшением сопротивления резистора RI4 уставка будет увеличиваться. Это свя¬
зано с изменением коэффициента пропорциональности между выходным сигналом DA1 и сиг¬
налом, поступающим на суммирующую шину (вход 15 блока защиты). Необходимо отметить,
что для обеспечения величины предельного генераторного тока 220 А в заводских условиях
сопротивление резистора R14 подбирается в пределах 1,4—1,5 кОм.Ограничение максимального тока в обмотке возбуждения и вращающего момента на валу
генератора обеспечивается следующим образом.Сигнал с шунта, стоящего в цепи обмотки возбуждения 5 А, 75 мВ, подается на входы 31 (RF+).
32(RF-) блока защиты и после усиления в DA2 попадает на стабилитрон VD3. Стабилитрон
VD3, стоящий между выходом DA2 и шиной суммарного сигнала, пропускает сигнал по напря¬
жению на выходе DA2 на суммирующую шину только тогда, когда уровень этого сигнала пре¬
восходит уровень напряжения, соответствующий максимальному значению тока возбуждения.
В этом случае регулятор работает в режиме ограничения тока возбуждения. Появление большо¬
го (свыше 8,5 В) напряжения на выходе DA2 приводит также к отпиранию транзистора VT1.
запиранию VT2 и, как следствие, к запиранию транзистора VT5, на базе которого в этом случае
оказывается низкий потенциал. С шины Р (+15 В) через резисторы R49 и R50, открытый транзи¬
стор VT4, светодиод VD8, открытый транзистор VT6 начинает протекать ток и загорается свето¬
диод VD8, размещенный на кронштейне блока защиты, который сигнализирует о работе регуля¬
тора на ограничение тока возбуждения. В заводских условиях ограничение по максимальному70аЬ h для scbist.com
С17Рис. 3.11. Принципиальная электрическая схема блока защиты БРНГ
току возбуждения настраивается на уровень 4 А. При необходимости увеличения этого парамет¬
ра стабилитрон VD3 выбирается с большим значением напряжения стабилизации. При отсут¬
ствии связи между выходом микросхемы DA2 и шиной суммарного сигнала (например, прп
выпаянном стабилитроне VD3) ограничение по максимальному току возбуждения не работае!
вообще.Усиленный шунтовой сигнал по току возбуждения на выходе DA2 используется также для
регулирования генераторного тока в зависимости от тока возбуждения, т е. электромагнитного
момента генератора. Для этого напряжение с выхода микросхемы DA2 подается на делитель,
выполненный на резисторах R24—R26. базу транзистора VT1 и далее через его эмиттерную
цепь и резистор R27 — на шину суммарного сигнала. Таким образом, в случае достаточно боль¬
шого тока возбуждения, что имеет место при малой скорости вращения генератора и большой
токовой нагрузке, на шине суммарного сигнала происходит увеличение напряжения, что в свою
очередь приводит к уменьшению генераторного тока и ограничению вращающего момента при¬
вода. При этом при помощи транзистора VT2 (он открывается при запирающемся транзисторе
VT1) закрывается транзистор VT6 и загорается светодиод V^D9 «М», размещенный на кронш¬
тейне блока защиты. При использовании генераторов типа ЭГВ-32 и приводов типа «Flander>>
зашита по максимальному электромагнитному моменту может быть вообще отключена.Измерение и ограничение температуры генератора на предельно допустимом уровне произ¬
водится следующим образом.Выход микросхемы DA2 связан через резистор R29 с инвертирующим входом операционно¬
го усилителя DA3. На неинвертируюишй вход DA3 с входов 26, 11 блока защиты подается час¬
тично поделенное и сглаженное напряжение на обмотке возбуждения (I'F), ве;тчина которого с
помощью резисторов R28, R30. R32. R34. R35, R37 устанавливается такой, чтобы оно равнялось
усиленному шунтовому току возбуждения при максимальной температуре обмотки. Этот сиг¬
нал фактически является вычисленным сигналом температ\’ры обмоток генератора. На инверти¬
рующем входе 2 DA3 с помощью опорного напряжения 8 В (выход 2 ШИМ-контроллера блока
защиты), резисторов R33, R40. R48 поддерживается определенный по.ложительный уровень на¬
пряжения, который можно считать сигналом уставки задания максимально допустимой темпе¬
ратуры обмоток. При превышении температуры обмоток напряжение на выходе микросхемы
DA3 меняет свою полярность с отрицательной на положительную. При этом через транзистор
VT3 и резистор R39 на суммарную шину поступает соответствующий сигнал, вследствие чего
проис.кодит ограничение генераторного тока в зависимости от температуры. Уменьшение тока
(разгрузка) генератора приводит к уменьшению его температуры. Одновременно через транзис ¬
тор VT3 закрывается транзистор VT4 и загорается светодиод VD7 «Т», расположенньн1 на крон¬
штейне блока защиты. Через вход 13 блока защиты (TGP) эго состояние может передаваться
сигнальному устройству. Для стабилизации переходных процессов используются резистор R38.
конденсаторы СЮ, С11 и вход 8 (опорное напряжение) микросхемы DA3.Сигнал суммарной шины U поступает на инвертирующий вход 3 ШИМ-контроллера блока
защиты. Результирующий выходной сигнал IG упр с ШИМ-контроллера передается в б.лок уп¬
равления. Чем больше значения контролируемых параметров и выше уровень сигнала суммар¬
ной шины, тем меньше величина сигнала IG упр.Выходной сигнал ШИМ-контроллера (DA4) блока защиты (сигнал Юмах, выход 22 блока
защиты) может быть использован для работы блоков логики. Так как вход 3 ШИМ-контроллера
блока защиты является инвертирующим, го при наличии ограничений по одному из вышеука¬
занных параметров на шине суммарного сигнала напряжение близко к максимальному, а сигна.1
IG max минимален, что свидетельствует о значительной зафузке генератора.Пришщпиальная электрическая схема блока управления приведена на рис. 3.12.Устройство регулирования зарядного тока аккумуляторной батареи выполнено на микросхе¬
ме DA1, транзисторах VT1... VT3 и функционирует следующим образом.Напряжение с шунта 150 А, 75 мВ, измеряющего ток, через входы 29 (+RA), 30 (-RA) пода¬
ется на инвертирующий вход операционного усилителя DA1. Необходимо отметить, что за по¬
ложительное принято направление тока, при котором аккумуляторная батарея заряжается.72
Рис. 3.12. Принципиальная электрическая схема блока управления БРНГ
На неинвертнрующий вход DA1 через резистор R9 поступает сигнал уставки зарядного ток^;
аккумуляторной батареи, причем реальный уровень этого сигнала зависит от величины вн\т-
реннего эталонного напряжения ШИМ-контроллера блока управления (около 8 В) и соотноше¬
ния плеч делителя, выполненного на резисторах R32...R35. Сигнал, соогветствуюший уставке
максимш1ьно допуС1И.мого гока заряда аккумуляторной батареи 70 А, составляет (30—35) мВ.Вход 24 (UZ) ^toжeт использоваться для снятия напряжения с обмотки возбуждения при на¬
жатии кнопки аварийного отключения на вагоне. В этом случае имитируется недопустимо боль¬
шое значение зарядного тока с шунта. Система управления при правильном функционировании
запирает силовой транзистор в цепи обмотки возбуждения генератора.Сигнал рассогласования между уставкой и истинным значением зарядного тока аккумуля¬
торной ба^-ареи преобразуется операционным усилителем DA1 с пропорционально-интеграль-
ной характеристикой и подается на неинвертирующий вход 5 ШИМ-контроллера через транзи¬
сторный каскад VT2, VT3. В том случае, если уровень этого сигнала ниже по потенциалу уровня
другого нaпpяжefшя (IG упр). подающегося на вход 5 DA2 ШИМ-контроллера блока управле¬
ния, то именно минима-льный уровень определяет коэффициент заполнения на выходе ШИМ-
контроллера. При мннимально.м уровне сигнала на выходе DA1 открывается также транзистор
VT1 и загорается светодиод VD3 «1а», сигнализируя о работе БРНГ' в режиме ограничения за¬
рядного тока aккy^^yлятopнoй батареи на уровне максимально допустимого.Устройство, обеспечивающее выработку результирующего сигнала по управлению током воз¬
буждения подвагонного генератора, функционирует следующим образом.Основу схемы составляет многофункщюнальный ШИМ-контроллер DA2. обрабатывающий
сигналы рассогласования по различным пара.метрам регулирования, описанным выш'е. Его пи¬
тание обеспечивается подачей через светодиод VD2 «Вкл» на вход 1 напряжения +15 В относи¬
тельно входа 12 (О В). Размешенный на кронштейне блока управления светодиод VD2 сигнали¬
зирует о готовности ШИМ-контроллера и всего блока к работе.Измеряемое напряжение низковольтной магистрали (UV) посту пает на вход 4 блока управле¬
ния и далее через резисторный делитель, выполненный на элементах R14 ... R17, R20, R21, в виде
напряжения (UV1) поступает на вход 3 ШИМ-контроллера. Нормальный уровень напряжения,
приходящий на вход 3 ШИМ-контроллера с делителя R14...R21. составляет 2—3 В. В случае ис¬
чезновения напряжения на входе 3 (например, в случае обрыва обратной связи по напряжению
аккумуляторной батареи) внутренняя зашита от пониженного напряжения в регулировочном
контуре, имеющаяся в DA2 ШИМ-контроллера, обеспечивает отключение основного транзисто¬
ра на силовой плате (на выходе 15 ШИМ-контроллера — .максимальное по скважности напряжение).Подача на резисторный делитель R14...R21 .дополнительного сигнала UT с блока питания
позволяет вводить ограничения по максиматьному зарядному напряжению в зимний П42 В) и
летний (136 В) периоды эксплуатации.Корректировка предельного зарядного напряжеш1я может быть также произведена измене¬
нием сопротивления подстрочного резистора R20. Для увеличения значения максиматьного за¬
рядного напряжения необ.ходимо уменьшить величину сопротивления резистора R20 и наобо¬
рот. Увеличение сопротивления R20 приведет к некоторому уменьшению значения максималь¬
ного зарядного напряжения.На вход 5 ШИМ-контроллера поступают сигнал задания из конт}'ра регулирования предель¬
ного зарядного тока аккумуляторной батареи (DA1) и результирующий сигнал IG упр с блока
защиты. Как было сказано выше, минимальный из этих сигналов является определяющим при
работе ШИМ-контроллера.В ШИМ-контроллере с помощью цепи R24 (вход 7) и С14 (вход 8) вырабатывается пилообраз¬
ное напряжение частотой около 1 кГц (его форму можно проконтролировать на входе 8). С этим
напряжением сравниваются поступающие на входы 3, 5 ШИМ-контроллера сигналы. Выбор ча¬
стоты работы ШИМ-контроллера обусловлен, с одной стороны, точностью регулирования пара¬
метров регулирования (чем выше частота, тем точнее регулирование), с другой стороны — зву¬
ковым порогом (при частоте выше 1 кГц появляется свист).74
Процесс обработки информации в ШИМ-контроллере заключается в сравнении поступаю¬
щих на входы 3, 5 сигналов с пилообразным напряжением частотой 1 кГц и выработке прямо-
чтольного сигнала (меандр) с коэффициентом заполнения, обратно пропорциональным требо¬
ваниям контура регулирования (при максимальной уставке тока возбуждения, т.е. когда необхо¬
димо увеличивать ток возбуждения генератора при минимальной скважности выходного сигнала
на выходе 15 ШИМ-контроллера). Необходимо отметить, что вход 3 является инвертирующим,
и чем больше на нем сигнал по напряжению, тем больше скважность выходного сигнала ШИМ-
контроллера (уставка тока возбуждения минимальна). Вход 5 является неинвертирующим, и
\ меньшение на нем сигнала по напряжению приводит к снижению выходной уставки тока воз¬
буждения. т.е. к увеличению выходного сигнала ШИМ-контроллера.Задерживающее звено, выполненное на резисторах R23, R26 и конденсаторе С13. обеспечи¬
вает плавное нарастание уровня напряжения на входе 6 ШИМ-контроллера и. следовательно,
плавный пуск при включении системы, когда сигналы обратной связи по току минимальны.
Напряжение на входе 6 так же, как и на входах 3, 5. сравнивается с пилообразным напряжением.
Регулирование выходного сигнала ШИМ-контроллера ведется по одному из трех (входы 3. 5 ,6)
напряжений: минимальному на входах 5, 6 или максимальному по входу 3. так как этот вход
является инвертирующим. Вход 6 задействован для обеспечения плав1юго нарастания уставки
тока возбуждения в момент запуска системы. В первый момент времени конде}1сатор С13 разря¬
жен и потенциал входа 6 до момента заряда С13 будет минимальным. Следовательно, в первый
\юмент регулирование скважности напряжения на обмотке возбуждения генератора будет вес¬
тись по напряжению на входе 6. Номинал резистора R23 значительно больше R26. После заряда
конденсатора С13 напряжение на входе 6 в процессе регулирования практически не участвует,
так как становится больше напряжения входа 5.ШИМ-контроллер выполняет и защитные функции. Для этого дополнительно используются
входы 11.13 ШИМ-контроллера. Поступающие на них напряжения низковольтной магистрали и
суммарной шины блока защиты ((Уз) сравниваются с опорными сигналами ШИМ-контроллера.
и в случае превышения первых сигналов над последними ШИМ-контроллером обеспечивается
минимальная уставка задания тока возбуждения.Так, с входа 22 блока управления через магазин сопротивлений R26...R28 на вход 11 ШИМ-
контроллера подается опорное напряжение, пропорциональное напряжению (UU) в низковольт¬
ной магистрали. Его значение на входе 11 обычно находится в пределах 0,4—0.5 В. что соответ¬
ствует напряжению ПО—135 В. Появление напряжения на уровне 0,6 В на входе 11 ШИМ-кон-
троллера означает наличие аварийной ситуации (фактическое напряжение 165 В в низковольтной
магистрали) и приводит к появлению минимального сигнала «ШИМ» на выходе платы управле¬
ния. Уменьшением величины сопротивления резистора R28 достигается снижение уставки пре¬
дельно допустимого напряжения в низковольтной магистра1ш (уровень 0,6 В на входе 11 ШИМ-
контроллера в этом случае будет достигаться при более низком напряжении в магистрали).На вход 13 ШИМ-контроллера поступает результирующий сигнал {U) с блока защиты, вели¬
чина которого определяется регулированием параметров токов в якорной обмотке и обмотке
возбуждения генератора, а также момента на валу генератора. Превышение этим сигналом уров¬
ня 3,72 В приводит к появлению на входе 13 ШИМ-контроллера напряжения выше 0,6 В и. как
следствие, к появлению минимального сигнала «ШИМ» на выходе платы управления. Коррек¬
тировка уставки может быть осуществлена изменением номинала сопротивления резистора R31:
с его уменьшением при том же входном напряжении U сигнал на входе 13 будет больше и сраба¬
тывание защиты в ШИМ-контроллере (со снятием напряжения на обмотке возбуждения) про¬
изойдет раньше.На вход 10 ШИМ-контроллера поступает сигнал 1G по регулированию тока генератора. При
его пропадании (на входе 10 сигнал по напряжению менее 0,5 В) на выходе ШИМ-контроллера
появляется сигнал максимальной скважности, т.е. подается команда на снятие напряжения с об¬
мотки возбуждения генератора. Максимальная величина сигнала на входе 10 ШИМ-контролле¬
ра ограничивается стабилитроном VD1 (8 В).75
Для обеспечения дополнительной стабилизации работы ШИМ-контроллера на синхронизи¬
рующий вход 9 может быть подключен внещний источник напряжения тактирующей частоты.
При отсутствии этого источника сигнал по напряжению, синхронизированный по частоте с вы¬
ходным cигнaJЮм ШИМ-контроллера (выход 15). подается по цепи R39, С19.Процесс регулирования скважности выходного сигнала ШИМ-контроллера может осуществ¬
ляться также по его входу 16. Увеличивая на нем напряжение, можно увеличить амплитуду пи¬
лообразного напряжения, с которым сравниваются все входные сигналы ШИМ-контроллера.Выходной сигнал «6'возб<» ШПМ-контроллера (вы.хо.т 15) через светодиод VD4 подается на
базу транзистора VT4, коллектор которого через выход 9 блока управления и кросс-плату соеди
нен с управляющим входом силовой платы (curHaJi ПШМ). Чем меньше уставка задания тока
возбуждения, тем больше скважность напряжения на выходе 15 ШИМ-контроллера, что приво¬
дит к увеличению времени открытого состояния i ранзистора VT4. э.митгер которого соединен с
нулевым выходом (Z, вход !!) блока. При отпирании транзистора VT4 напряжение на выходе 9
блока управления (сигнал ШИМ) по скважносп! уменьшается.Таким образом, регулируется средний ток возбуждения ]'енератора. обеспечивающий требуе¬
мые значения регулируемого напряжения на выходе системы г енератор-выпрямитель. Чем меньше
коэффициент заполнения на выходе блока управления, тем меньше ток и магнитное поле воз¬
буждения. При этом, как показано выше, яркость свечения светодиода «Ubo3o<» обратно про¬
порциональна коэффициенчу заполнения. Светод1Юд ярко юрит при минимальной уставке тока
в обмотке возбуждения генератора и наоборот, тускло — при максимальной скважносзи, пока¬
зывая меру ослабления магнитного по.ля возбуждеш1ЯПринципиальная электрическая схема силового блока приведена на рис. 3,13.Сигнал ШИМ приходит на вход 9 силового блока с блока управления, далее поступает на
оптронный драйвер DA1. Чем больше скважность (коэффициент заполнения) сигнала ШИМ.
поступающего с блока ynpaBj№HHH, те.м большее время в течение периода работы должен быть
открыт силовой транзистор и больший ток должен протекать по обмотке возбуждения. Оптрон¬
ный драйвер обеспечивает гальваническую развязку управляющих цепей (ШИМ. Z) от силовых
цепей генератора (UU, UF, ZZ).ЦепьКонт.ии23ииплшт-шимZ11-1518I с ШZZ ■ZZ_■Я)UFUf ..?.ьЦу 120 hDAI„:С4R3VT1 [JR7
т=С5гМ ic7WvT3R13ПЯ82iVDlПК4=гС2 [JR5 4=С6 Пк2WD2l|]R6R95(1 TC9ltloitlАр4=С8СЮRI2D^?VD3L1Рис. 3.13. Принципиальная электрическая схема силового блока БРНГ76
С;1!1овоГт транзистор VT1 по выходному сигналу с драйвера коммутирует напряжение на об¬
мотке возбуждения г енератора с частотой около 1 кТ'и (частота работы ШИМ-кон'фоллера пла-
:ь! управления). RC-пепь (R". С5), шунтирующая силовой транзистор, обеспечивает его шциту
.'т перенапряжений при коммутациях, а RC-цеиь (С11. Ri2) сглаживание коммутационных
г!ыбросов на самом транзисторе.Тиристор аварийного отключения (, V[)5). '^акры гый 1?ри нормальном функционировании ЬР,ЧГ.
.ггк-рывается при пояатении постоянного (без скважности ) напряжения свыше 70 В на выходе 20
платы силового блока {Uy}. что свидетельствует о срыве транзисторного регулирования тока в
.ч'^мотке возбуждения генератора. В этом случае вследствг;е заряда емкости ('6 по цегит R5 ---■
R6 — R13 — С6 и срабатывания заше.геи. вь[полненной на транзисторах VT3.VT4 (при заряде
конденсатора С6 они открываются 5, на управляющий электрод тиристора VD.5 подается отпираю¬
щий потенциал, тиристор открывается, образуя короткозамкнутую цепь, и тем самьтм приводит к
срабатыванию автоматического выключателя, через который поступает напряжение на транзистор
силового блока от катодной группы выпрямительных .диодов (на схеме не показан), Порог сраба
гывания защелки (напряжение. !три котором происходит срабатывание занщты) задается т^апряже-
нием стабилизации стабилитрона VD6. подаваемым на базу транзистора VT2. Чем выше напря¬
жение стабилизации стабилитрона VD6. тем выше порог срабатывания защелки.Принципиальная электрическая схема блока контроля приведена на рис. 3.14. Б.ток контро.11я
контролирует и ана.тизирует уровень напряжения в низковольтной магистрали и выдает сигнал
на подключение к магистрали монхных потребителей, а также контролирует ве.тичину напряже-
Ш1Я сети освещения (выходное напряжение РИС) и при нерабочем состоянии РИС выдает сиг¬
нал на понижение напряжения, подаваемого в магистраль.Функция выдачи сигнала на подключение могцных потребителей реализована в блоке конт¬
роля следующим образом. Напряжение на обмотке возбуждения генератора (сигнал UF) с входа
26 блока контроля через резистор R4 посг\ пает на ограничитель напряжения, выполненный на
стабилитроне VD2. и далее через сглаживающий фильтр (R5, С2) - на инвертирующий вход !
о1юрационного усилителя DA1. На неинвертирующий вход 2 микросхемы DA1 подается стаби-
тизированное напряжение, обеспечиваемое с помощью стабилитрона VD4. резисторов R7. R24,
шунтированных стабилитроном VD4. Если коэффициент заполнения напряжения возбуждения
понижается с максимальных значений до уровня меньше 0,7 В (скважность менее 0,2). то на
выходе 8 операционного усилителя появляется высокий уровень напряжения. Конденсатор СЗ в
отрицательной обратной связи необходим для уменьшения влияния помех. Изменением сопро¬
тивления резистора R7 можно фактически корректировать уставк-у минимальной скважности
напряжения на обмотке возбуждения, при которой будет разрешено подключение мощных на¬
грузок. Уменьшая сопротивление резистора R7. находящегося в делителе напряжения R6, R24,
R7. уменьшается и минимально допустимая скважность напряжения. В первоначальном вари¬
анте регулирования эта уставка (коэффициент заполнения) составляет примерно 0.2. Контур,
построенный на верхней части микросхемы DA1, отслеживает с помощью сигнала UF степень
кягрузки генератора и при необходимости блокирует команду на подключение мощных потре¬
бителей к низковольтной магистрали.При низком уровне напряжения на выходе 8 микросхемы DA1 это напряжение попадает в
точку соединения резисторов R1. R2, R9 (через обратный диод VD11 и резистор R11). блокируя
сигнал обратной связи по напряжению генератора UU через вход 22 блока котггроля (напряже¬
ние на неинвертирующем входе 4 DA1 в этом случае будет всегда ниже напряжения уставки на
инвертирующем входе 5 DA1).Появление высокого уровня напряжения на выходе 8 усилителя DA1 (означающее, что скваж-
[юсть регулирования напряжения на обмотке возбуждения достигла необходимого минимально¬
го уровня) приводит к разблокированию реального сигнала обратной связи UU на резисторах
RI, R2, контролирующего напряжение генератора. Нижняя часть операционного усилителя DA1
начинает отслеживать выполнение второго условия для подключения в работу мощных элект¬
ропотребителей системы электроснабжения вагона: достижение напряжения генератора до оп-77
--JooЦепьiKoHT.I ЦепьРис. 3.14. Принципиальная электрическая схема блока контроля БРНГ
ределенного значения (обычно 118В) при допустимой минимальной скважности напряжения
на обмотке возбуждения. Измеряемое напряжение UU подается на вход 22 платы блока контро¬
ля, делится магазином сопротивлений R1...R3 и через резистор R9 попадает на неинвертирую¬
щий вход 4 микросхемы DA1. При превышении этого напряжения над величиной опорного на¬
пряжения, задаваемого с помощью цепи R6, R8, VD4 и поступающего на инвертирующий вход 5
микросхемы DA1, на выходе 6 микросхемы DA1 изменяется напряжение с уровня О—1 В до
у ровня 12—15 В, что вызывает отпирание транзистора VT1 и включение реле К1, дающего сиг¬
нал на подключение нагрузки. На выходе 16 блока контроля (W3) через замкнутый контакт реле
К.1 оказывается положительный потенциал напряжения низковольтной магистрали (+UV), дос¬
таточный для срабатывания соответствующего реле работы генератора в пульте управления (от¬
рицательный потенциал напряжения низковольтной магистрали (-UV) обеспечивается на ка-
гч шке реле работы генератора схемой в самом пульте). При включении реле KI загорается зеле¬
ный светодиод VD13, размешенный на кронштейне блока контроля и сигнализирующий о
возможности включения мощных нагрузок.Обратное отключение происходит только при величине напряжения генератора около 109 В
1 ia счет положительной обратной связи R12, VD10, используемой для исключения «дребезга»
канала регулирования при включении мощных потребителей) независимо от коэффициента за¬
полнения. Величина напряжения отключения может регулироваться путем изменения сопро¬
тивления резистора R12. Уменьшение его сопротивления приводит к увеличению воздействия
положительной обратной связи на входы и разницы между напряжениями низковольтной мaги-
c трали, при которых включается и отключается реле работы генератора. При увеличении сопро¬
тивления резистора R12 разница между напряжениями включения и выключения реле работы
генератора уменьшается.Функция ограничения предельного напряжения низковольтной MarncrpajTH при нарушениях
функционирования стабилизатора напряжения сети (РНС) реализована в блоке контроля следу¬
ющим образом.Контроль за напряжением стабилизатора напряжения сети (блока 2АI общей схемы электро¬
снабжения, расположенного в пульте управления рядом с БРНГ) осуществляется с помощью
делителя напряжения, выполненного на резисторах R15, R16, R17, и схемы, представленной в
правой части рис. 3.14. Напряжение с выхода стабилизатора (сигнал UPHC) поступает на вход 28б.юка контроля и далее на делитель. Регулировка уставки напряжения ограничения возможна с
помощью подстрочного резистора R15. При превышении напряжения на делителе и, напряже¬
ния пробоя стабилитрона VD15 открывается транзистор VT3, за ним транзисторы VT2 и VT4.
Это приводит К появлению через транзистор VT2 сигнала UT на ограничение генераторного
тока (выход 8 платы блока контроля) и загоранию светодиода VD17. сигнализирующего о непо¬
ладках в РНС и наличии режима ограничения предельного напряжения в низковольтной магис¬
трали. Ограничение предельного напряжения обеспечивается ШИМ-контроллером блока уп¬
равления за счет регулирования напряжения на обмотке возбуждения генератора по сигналу
LT, идущему в блок управления через выход 8 платы блока контроля. Эго ограничение обычно
находится в пределах 120—122 В. Следует отметить, что оно необходимо при неполадках в РНС
для обеспечения нормального функционирования потребителей (в первую очередь, ламп нака-
.твания), подключенных к выходу РНС. При неполадках в РНС он шунтируется отдельным
контактором, размещенным в пульте управления, и потребители со стабилизированной шины
подключаются напрямую к низковольтной магистрали.Стабилизатор напряжения, выполненный на микросхеме DA2 и подключенный к напряжению
питания +15 В (вход 10 блока контроля), обеспечивает опорное напряжение, необходимое для
выдачи в блок управления требуемого уровня сигнала UT и работы всей платы блока контроля.В состав БРНГ входят два блока логики, выполняющие функции выдачи команд на подклю¬
чение (отключение) различных потребителей к (от) низковольтной вагонной магистрали. Вагон¬
ные потребители разбиты на две группы (ступени), каждая из которых коммутируется с помо¬
щью своего блока логики.79
Необхоли.мость коммутации нагрузок обуспоя-тсна ра'фядньшн характеристиками подвахон-
ных аккумуляторных батарей и необходимостью сбережения их энергии для обеспечения рабс>-
' оспособности вагона в хшительном режиме отстоя. Более мощные и менее важные потребител);
•)тк:лючаются в первую очеоедь (вторая ступень), менее мощные -- в последнюю.Блок логики 1 обеспечивает выдачу команд па подключение и отключение от низковольтной
магистрали нагрузок 1-й ступени, блок логики 2 — нагрузок 2-й стл'пени. Построение н прин¬
ципы работы блоков идентичны.П (иниипиальная электрическая схема блока логики поедставлена на рис. 3.15.вход 26 блока логики поступает сигнал по напряжению на обмотке возбуждения (UFV
!иая цепь компаратора DA! (резисторы RI, Ril, стабилитрон VD4. ограничительные диодь:
1 .',V[)6,VD7) обесиечиваю'1 его ограничение стабилизацию и демолуляцию,: ' компараторе DA1 этот сигнал сравнивается с сигнатом опорного напряжения, формируемого
.. :)о.\!ошью напряжения питания Р (-^15 В. вход 10 блока логики), резисторов R9. R10. стабилитро-
■J.4. VD1, VD3. диода VD2 В том случае, ес.ли скважносгь сигнала l)F меньше заданного (обычно
-0.>. те. нафузка не превышает максимально допустимую), на выходе компаратора DA1 формиру¬
ет ся сигнал высокого уровня, поступающий далее в логическую cxe.N-ty. Таким образом, с помо-
агоЮ микросхемы DA1 отслеживается степень нафужениост и г енератора. Выработка сигнала раз¬
решения (запрета) на включение нагрузок по уровню напряжения в низковольтной магистрали
обеспечивается с по.мощью микросхемы DA2. содержащей два компаратора.Для этого используется опорное напряжение, формируемое с помощью положительного напря¬
жения Р (+15 В. вход 10 блока логики) и стабилитрона VD3. Напряжение поступает на входы 1 и 5
микросхемы DA2. С ним сравниваются масштабированные напряжения низковольтной магис'фа-
ли (LIV] и IJV2), причем коэ4>фициенты масштабирования напряжения irV' для получения напря¬
жений UV1, UV2 и последующего определения моментов включения соответствующей ступени v
ее отключения различны. Они определяются соотношением резисторов R2. R18. R19 (U V1, опре¬
деление момента включения) и R4. R23, R26 (UV2, определение момента отключения).На входах первого компаратора (входы 1,2 DA2) масштабированное напряжение сети UV1
(вход 2) сравнивается с заданным опорным напряжением включения соответствующей ступени
(вход 1). Высокий уровень сигнала на выходе 8 компаратора DA2 (при UV1. большем сигнала
опорного напряжения) обеспечивает сигнал на включение нагрузок соответствующей ступени.Ана;югичным образом сигнал на отключение нафузок формируется на выходе второго ком¬
паратора микросхемы DA2 путем сравнения масштабированного напряжения UV2 (вход 4) с
заданным опорным напряжением (вход 5). Выход 6 микросхемы DA2 используется в дальней¬
шем для формирования сигнала запрета на подключение нафузок соответствующей сту'пени к
низковольтной магистрали.На входы 6 и 5 микросхемы DD2 (триггер Шмитта с элементом И-НЕ на входе) поступают
сигналы с выходов микросхемы DA1 и через цепь R28, СЮ микросхемы DA2. Появление двух
единичных потенциалов (около 12 В) на этих входах приводит к обнулению потенциала на вы¬
ходе 4 микросхемы DD2 и на входе 6 микросхемы DD1.На вход 5 микросхемы DD1 (элемент ИЛИ-НЕ) с входа 22 блока логики поступает информаци¬
онный сигнал lg|^ax’ формируемый в блоке защиты. Единичный уровень этого сигнала свидетель¬
ствует о значительной зафузке генератора, нулевой уровень — о работе системы без офаничения
якорного тока. В последнем случае на входе 5 микросхемы DD1 обеспечивается нулевой потенци¬
ал, не влияющий на логику работы схемы. Выход 4 микросхемы DD1 соединен с входом 8 микро¬
схемы DD3 (триггер Шмитта с элементом И-НЕ на входе). На другие входы микросхемы DD3
поступают сигналы первичного и последовательного включений (через RC-цепь и DD4).На входы 16 (первичное включение) обоих блоков логики БРНГ и вход 13 (последовательное
включение) платы блока логики 1 подается единичный уровень сигнала. Вход 13 платы блока
логики 2 через кросс-плату соединен с транзисторным выходом 14 блока логики 1.При первом включении пульта управления на входе 16 каждого из блоков логики единичный уро¬
вень сигнала сначала заряжает конденсатор С15, а затем попадает на входы 1, 2 микросхемы DD3.80аЬ h для scbist.com
XIРис. 3.15. Принципиальная электрическая схема блока логики FiPHT00
При этом на выходе 3 микросхемы сначала оказывается единичный уровень сигнала, затем —
нулевой. Вследствие логической работы микросхем DD3 появляется на входе 15 (S-входе) RS-
тригера DD4 сначала единичный, а затем — нулевой уровень напряжения. Эта последователь¬
ность чередования уровней на S-входе триггера DD4 в момент включения системы через логи¬
ческие цепи блоков логики отпирает выходные транзисторы VT1 каждого из них, подает напря¬
жение на кагушки реле К1 и, таким образом, подключает нагрузки обеих ступеней к низковольтной
вагонной .MaTHCTpajiii.Единичный уровень сигнала на входе 13 платы блока логики 1 разрешает подключение на¬
грузок первой ступени к низковопьтной MarncTpajm. Единичный разрешающий уровень на вхо¬
де 13 платы блока логики 2 появляется лишь после отпирания транзистора VI1 блока логики 1.
Таким образом, при любых сочетаниях факторов к низковольтной магистрали подключаются
сначала нагрузки nepBoii ступени, а затем — второй.При снижении уровня напряжения в низковольтной магистрати ниже минимальной уставки
(93 В — :ия первой ступени, 98 В — для второй) на выходе 6 мик-росхемы DA2 обеспечивается
нулевой уровень сигнала. 'Это приводит к отпиранию транзистора VT2, смене уровня сигнала на
R-входе 14 RS-триггера DD4. Изменение уровня потенциата с единичного на нулевой на R-входе
обнуляет выход RS-триггера. Появление нулевого потенциата на выходе 1 RS-триггера DD4 приводит
через логическую цепь DD1. DD2 к запиранию транзистора VT1, отключению катушки реле К1 и, в
конечном итог е, к отключению от низковольтной магистрали нагрузок соответствующей стл'пени.Сиг нал последовательного отключения (вход 15 блока логики) обеспечивает требуемую пос¬
ледовательность отключения ступеней при уменьшении напряжения в низковольтной магистра¬
ли. Сначала должны отключаться нагрузки второй ступени (их коммутацией управляют с помо¬
щью блока логики 2). затем — первой (блок логики 1).С хемотехнически это дос гигается следующи.м образом. В б;юке ло[ ики 2 в.ход 15 не имеет внеш¬
него подключения, и на входе 2 микросхемы DD1 этого б;юка постоянно находится разрешающий
нулевой уровень. Вход 15 оюка логики 1 с помощью кросс-платы БРПГ соединен с выходом 14
блока логики 2. Пока открыт выходной транзистор VTI блока логики 2. имеет .место единичный
уровень сигнала на входе 15 блока логики 1. Транзистор VT2 блока .югики 1 будет закрыт, и от¬
ключения первой ступени не произойдет. После отключения нагрузок второй ступени (транзистор
VT1 блока логики 2 закрыт) уровень сигната последовательного отключения изменяется с еди¬
ничного уровня на нулевой и разрешается отключение нафузок первой ступени.Па пассажирских вагонах с тенерагорами постоянного и пере.менного тока применяется блок ре¬
гулирования и защиты систем электроснабжеггия БРНГЗ-50/110-01-УЗ. Блок БРНГ'3-50/П0-01-УЗ
применяется в сугстемах электроснабжешгя (СЭС) с напряжением как 50. так и 110 В и с генера¬
торами однообмоточног о HcnojrHenrfH в качестве универсальною устройства регулирования на¬
пряжения генератора гг загциты.БРПГЗ может устанавливаться на все типы ваг онов, за исключением вагонов, оборудованных
СЭС типа ЭВ.Технггческие данные блока БРНГЗ-50/110-01-УЗ представлены в табл. 3.1.Тск'тща 3.1Технические данные блока БРНГЗ-50/П0-01-УЗПараметрСЭС. 50 ВСЭС, 110 ВДиапазон частоты вращения генератора, обАпш500—tOGOНоминальное напряжение генератора, В65 ± )134 ± 2Максимальный ток обмотки возбуждения, АНе более 8Уставка офаничителя тока генератора, А70 ±3200 ± 10Уставка ограничителя зарядного тока аккумуляторной батареи, Л—70 ±3Уставка срабатывания реле максимального напряжения генератора, В75 ± 1! 50 ± 2Сопротивление изолящш электрических цепей блока, МО.мНе ниже 10,0Масса, кг4,5 ±0.582
в состав блока БРНГЗ-50/110-01-УЗ входят блок регулятора напряжения генератора БРНГ и
блок активной защиты БАЗ. Оба блока монтируются в металлическом каркасе в вертикальной
плоскости. На лицевой панели каждого блока имеются ручки оперативного управления, свето¬
диоды сигнализации и ручка-скоба для извлечения блока.Блок регулирования напряжения генератора (БРНГ). Этос блок предназначен для стаби¬
лизации выходного напряжения подвагонного генератора в пределах 65±1Ви134±2Вв
диапазоне изменения скоростей движения поезда от 35 до 160 км/ч и ограничения рабочего тока
генератора и аккумуляторной батареи в пределах, определяемых уставками. Электрическая функ¬
циональная схема БРНГ приведена на рис. 3.16, а технические данные блока даны в табл. 3.2.Таблица 3.2Технические данные блока БРНГПараметрСЭС, 50 ВСЭС, ИОВНапряжение генератора. В:1 норма65 ± 1134 ±2зима67 ± 1138±2лето63 ± 1130 ±2Ограничение тока генератора, А70±3200 ± 10Ограничение зарядного тока аккумуляторной батареи, А—70 ±3Габариты, мм60x295x170Масса, кг1,2 ±0,2БРНГ представляет собой стабилизатор напряжения компенсационного типа с широтно-им¬
пульсной модуляцией тока возбуждения генератора.В состав БРНГ входят следующие узлы и блоки:- генератор пилообразного напряжения (ГПН), включающий однопереходный транзистор УГ1,
резисторы R7, R8, R14, конденсаторы СЗ, С7, диод VD5;- амплитудно-фазовый преобразователь (АФП), в состав которого входит операционный уси¬
литель DA3, работающий в режиме компаратора, резисторы R26, R31 и транзистор VT5;- блок силового регулирования (БСР), состоящий из транзисторов VT4, VT6, VT7, резисто¬
ров R33, R35, R36, R37, R39, конденсатора С14, стабилитрона VD14;- интегратор напряжения (ИН), включающий конденсаторы С8, СП, резисторы R22, R24,
R25, R29, диод VD10, транзистор УГ2;- интегрирующий усилитель (ИУ), в состав которого входят операционный усилитель DA4,
работающий в режиме масштабного интегрирующего усилителя, резисторы R34, R38, R45...R47,
конденсаторы С15... С20, стабилитрон VD13, диод VD15;- делитель напряжения (ДН), состоящий из резисторов R40.. .R44, R48...R51 и переключате¬
лей SA1, SA2;- блок форсирования возбуждения (БФВ), состоящий из резисторов R52...R54, R57, стаби¬
литрона VD18, диода VD16, конденсатора С22 и реле К1;- блок ограничения тока генератора (БОТГ), в состав которого входят операцио1Шый усили¬
тель DA1, работающий в режиме масштабного интегрирующего усилителя, резисторы R5, R10...
R13, R15, конденсаторы С2, С5, С6, диоды VD3, VD4, У07;- блок ограничения тока аккумуляторной батареи (БОТБ), в состав которого входят операци¬
онный усилитель DA2, работающий в режиме масштабного интегрирующего усилителя, резис¬
торы R17...R21, R23, конденсаторы сю, С12, С13, диоды VD8, VD9, У012;- стабилизированный блок питания (БП), состоящий из резисторов R1 ...R4, R55, кощ1енсато-
ров с 1, С21, стабилитронов VDIУ D2, VD17.Принцип работы БРНГ. Напряжение с выходных клемм подвагонного генератора поступа¬
ет на делитель напряжения (ДН), блок силового регулирования (БСР) и блок форсирования воз¬
буждения (БФВ).83
00XPIРис. 3.16. Схема электрическая фyнкциoнaJIЬнaя ВРПГ
в режиме остановки это напряжение равно нулю и питание всей BaroHHoii сислемы гтектро-
.паожения осуществляется от аккумуляторной батареи. По мере увеличения скорости движения
::оеиа увеличивается э.д.с. на выходе генератора. В этом режиме обмотка возбуждения генера-
:ира подключена через размыкающий контакт реле К! в блоке БФВ. Ток возбуждения увеличи-
Н.1СТСЯ. что приводит к дальнейшему увеличению э.д.с. на выходе генератора. При достижении
напряжения генератора величины 35 В реле К1 срабатывает и дешунтирует транзистор VT7и.юка БСР. Транзистор VT7 находится в открытом состоянии, что обеспечивает условия само¬
возбуждения генератора.Напряжение с выхода генератора через блок ДП поступает на инвертирующий вход интег¬
рирующего усилителя DA4 блока ИУ. На его неинвертирующий вход подается потенпиал с
источника опорного напряжения R34, VD13. Когда потенциалы входов усилителя DA4 будут
равными, напряжение на его выходе начнет снижаться и даже, в какой-го момент, может изме¬
нить знак. Диод VD10 от крывается, и конденсатор С8 блока интегратора напряжения начинает
разряжаться.При достижении напряжения на конденсаторе С8 величины пилообразного напряжения с
выхода блока ГПН на выходе компаратора DA3 появляется последовательность прямоугольных
импульсов. Длительность положительной полуволны прямоугольных импульсов определяет
время проводимости транзистора VT7 блока БСР и в конечном итоге величину тока возбужде¬
ния генератора. Нспользование принципа широтно-импульсной модуляции тока возбуждения
позволяет эффективно с минимальными потерями мощности использовать транзистор .для ли¬
нейного регулирования напряжения генератора во всем диапазоне скоростей движения поезда.
По мере увеличения скорости движения напряжение на выходе генератора увеличивается,
что приводит к уменьшению длительности импульсов на входе блока БСР, снижению тока воз¬
буждения и в конечном итоге стабилизации выходного напряжения генератора. Таким образом,
в блоке БРНГ осуществляется отрицательная обратная связь по напряжению генератора. Благо¬
даря высокому коэффициенту усиления основного контура регулирования обеспечивается вы¬
сокий коэффициент стабилизации.Для защиты генератора от перегрузок в БРНГ введены блоки БОТГ и БОТБ. В качестве дат¬
чиков используются шунты в силовых цепях генератора и аккумуляторной батареи. Напряже¬
ние с шунта генератора через резисторы R5 и R10 поступает на дифференциальные входы уси¬
лителя DA1. разность потенциалов которых, установленная предварительно резистором R11.
выбрана такой, чтобы напряжение на его выходе имело отрицательный знак. По мере увеличе¬
ния сигнала с датчика тока разность потенциалов на дифференциальном входе DAI из.меняется
и в какой-то момент, в зависимости от уставки, меняет свой знак. Это приводит к открытию
диода VD7 и снижению управляющего сигнала на выходе блока ИН, а также к снижению тока
возбуждения генератора. Блок БОТБ работает аналогично.При эксплуатации вагонной системы электроснабжения в различных климатических услови¬
ях возникает необходимость коррекции выходного напряжения генератора в зависимости от тем¬
пературы окружающей среды. Для обеспечения этого требования в блок ДН введены переклю¬
чатели SA1 и SA2, позволяющие корректировать напряжение генератора в пределах
2=4 В от номинального значения. Реле К2 служит для изменения уставки ограничения тока гене¬
ратора при его работе от внешнего источника питания, а реле КЗ, К4 — для автоматического
переключения питания блока с 50 на 110 В.Блок активной защиты (БАЗ). Этот блок предназначен для защиты электропотребителей
вагона на ходу поезда от возможного возникновения недопустимого напряжения на зажимах
генератора и сети освещения путем отключения обмотки возбуждения генератора от источника
питания. Электрическая принципиальная схема БАЗ представлена на рис. 3.17, а технические
данные показаны в табл. 3.3.
00R43R44Рис. 3.17. Схема электрическая принципиальная БАЗ
Таблица 3.3Технические данные блока БАЗТехнические данныеСЭС - 50 ВСЭС-ИОВНапряжение срабатывания, В по:- каналу генератора (РМНГ)75 ± 1150±2- каналу сети освещения (РМНС)60 ± 1124 ±2Время срабатывания, сНе более 0,2Контроль обрыва фазЕстьСамоконтрольЕстьГ абариты, мм60x295x170Масса, кг1,2 ±0,2Блок защиты БАЗ включает:- реле максимального напряжения генератора, собранное на микросхеме DA1, тиристоре VS2,
транзисторе VT1 и реле К1;- реле максимального напряжения сети освещения, собранное на микросхеме DA2, тиристо¬
ре VS1, транзисторе VT1 и реле К1;- реле обрыва фаз, собранное на резисторах R44...R46, диодном вьшрямителе VD32, тирис¬
торе VS4, оптроне VS3, транзисторе VT1 и реле К1.Основные устройства БАЗ питаются от источника питания, собранного на стабилитронах VD17,
\Т) 18, У021, конденсаторах С8, С9, резисторах R20.. .R24. Источник опорного напряжения собран
на стабилитроне VD13 и конденсаторе С5. Устройство обрьша фаз питается автономно.Принцип работы БАЗ. Напряжение генератора подается на входную измерительную цепь (VD2,
R2... R5) реле максимального напряжения генератора. Одновременно от него через диод VD29 запи-
тьшается параметрический стабилизатор напряжешхя, собранный на стабилитронах VD17, \Т) 18.При увеличении напряжения на генераторе выше напряжения уставки срабатывания на вы¬
ходе 2 компаратора DA1 формируется cnrnaii положительной полярности относительно общего
.минуса, который через диод VD4 и резистор R8 подается на управляюпщй электрод тиристора
VS2. Тиристор включается и подает напряжение положительной полярности от источника пита¬
ния (VD20, VD21) на базу транзистора VT1, а также на сигнальный светодиод HL2.Транзистор УТ1 включается и шунтирует обмотку реле К1. Реле К1 отключается и контакта¬
ми К1.2, К1.3 обрывает цепь обмотки возбуждения генератора. Одновременно с этим контакт
К1.1 отключает цепь питания реле К1, которое в нормальном режиме питается от вагонной акку¬
муляторной батареи и включает сигнальную лампу РМН, установленную на лицевой панели
щита вагона.При этом сигнальный светодиод HL4 «ПИТАНИЕ» гаснет, а светодиод HL2 «РМНГ» загора¬
ется и сигнализирует о срабатывании БАЗ по каналу генератора.Восстановить схему РМНГ в исходное состояние можно путем од нократного нажатия на кноп¬
ку SB3 «СБРОС», замыкаюшдй контакт которой подает импульс напряжения на катушку К1 по
цепи: +Б, SB3, С11, К1. Одновременно размыкающий контакт SB3 отключает питание базы тран¬
зистора VT1 по цепи: SB3, R26, R28, R30, R31, VS2, VD23, VD25, R34. В результате этого свето¬
диод HL2 гаснет, а реле К1 вновь включается и становится на самоблокировку при помоищ
контакта К1.1, при этом светодиод HL4 загорается. Контакты К1.2 и К1.3 замыкаются, восста¬
навливая цепь питания обмотки возбуждения генератора. Аналогичным образом работает канал
защиты от повышения напряжехшя сети освещения вагона, при этом загорается сигнальный све¬
тодиод HL1 «МНС», сигнализирующий о срабатывании БАЗ по каналу РНС.Для проверки исправного состояния РМНГ и РМНС в блоке БАЗ предусмотрена возмож¬
ность их тестового контроля. Для этого от вагонной аккумуляторной батареи через размыкаю¬
щий контакт SB2, диоды VD3, VD5, VD6 путем нажатия кнопки SB 1 «КОНТРОЛЬ» поочередно
посредством переключателя SB2 подается напряжение на делитель РМНГ и РМНС, в результате87
чего происходит срабатывание защиты по выщеописанному алгоритму. Кроме того, нажатие
кнопки «.А.ВАРИЯ» на распределительном щите вагона также приводит к срабатыванию РМНС
и РМНГ БАЗ по цепи; контакт разъема Б4, резисторы R46, R19, диоды VD7, VD12, стабилитрон
VDI4, резистор R17.Устройство защиты от обрыва фаз работает следующим образом. При обрыве одной из фаз
генератора (или перегорания любого фазного предохранителя) между нулевой точкой измери¬
тельных резисторов, включенных по схеме «звезда» (цепь 6/2), и нулевым проводом генератора
появляется переменное напряжение, которое выпрямляется при помощи диодного моста VD32
и подается на светодиод тиристорного оптрона VS3 посредством включения тиристора VS4.
В результате происходит включение оптронного тиристора в базовой цепи транзистора VT1.
[1ри этом срабатывает реле К1 аналогично выщеописанному принципу, и загорается сигналь¬
ный светодиод HL3 «РОФ».Для исключения ложного срабатывания защиты, вследствие рабочего перекоса фаз генерато¬
ра. в цепи светодиода тиристорного оптрона VS3 установлен тиристор VS4, который обеспечи¬
вает форсированное включение оптрона по требуемому уровню напряжения, появляющегося на
выходе выпрямителя VD32. Резистор R41 служит для регулирования порога срабатывания ти¬
ристора VS4, а следовательно, и оптрона VS3. Реле К2 и КЗ служат для автоматического пере¬
ключения питания блока с 50 на 110 В.3.5. Регуляторы напряжения генераторов рефрижераторного
подвижного составаГенераторы рефрижераторного подвижного состава приводятся во вращение с помощью ди¬
зеля. Ротор генератора соединен с валом дизеля с помощью специальной муфты. Скорость вра¬
щения вала дизеля и соответственно ротора генератора поддерживается с помощью стабилизи¬
рующего устройства самого дизеля и поэтому постоянна во времени. Так как скорость вращения
ротора генератора постоянна, то отсутствует необходимость применения регулирующих уст¬
ройств в зависимости от скорости. Для всех синхронных генераторов рефрижераторного под¬
вижного состава применяется автоматическое регулирование напряжения в зависимости от тока
нагрузки (компаундирование) с помощью специальных компаундирующих трансформаторов и
регулирующих устройств. Различие в конструкции генераторов рефрижераторного подвижного
состава обусловливает и различие в конструкции регуляторов, но принцип действия регулято¬
ров для всех генераторов одинаков. При изменении величины тока потребителей (нагрузки) из¬
меняется величина магнитного поля возбуждения, что приводит к изменению величины выраба¬
тываемого генератором напряжения.Устройство возбуждения и регулировки генератора ЕСС5В-93-4У2. На рис. 3.18 пред¬
ставлена схема включения генератора ЕСС5В-93-4У2 с начальным возбуждением от источника
постоянного тока.При приведении генератора (Q) во вращение с номинальной частотой и при отсутствии на¬
грузки на зажимах (холостой ход) остаточный магнитный поток ротора индуктирует небольшую
электродвижущую силу (э.д.с.) в основной (ОО) и дополнительной (ОД) обмотках статора.
При этом величина э.д.с. дополнительной обмотки в 7—15 раз меньше э.д.с. основной обмот¬
ки и недостаточна для открывания диодов и самовозбуждения генератора. Для обеспечения
возбуждения генератора применяется источник постоянного тока (QB) — аккумуляторная ба¬
тарея напряжением 12—24 В. Генератор возбуждается кратковременной (0,5—1,5 с) подачей
напряжения от источника постоянного тока на обмотку ротора (ОР) через контактные кольца с
соблюдением полярности источника и блока выпрямителей с помощью кнопки S. Сопротив¬
ление R1 является ограничивающим, и его величина зависит от напряжения аккумуляторной
батареи (при = 24 В R1 = 5,1 Ом).При подключении к зажимам генератора нагрузки по основной обмотке статора протекает
ток, который создает в генераторе намагничивающую силу статора, направленную против на¬
магничивающей силы, образованной обмоткой ротора.
Рис. 3.18. Принципиальная схема вк.г.ючения генератора }:.ГС51в-9.1-4У:С целью компенсации размагничивающею дейс гвия магнитного потока статора и сохране¬
ния напряжения генератора на уровне номинального значения ток обмотки ротора при нагру зке
должен быть увеличен. При этом, че.м больше нагрузка, тем большим должно быть значение
тока обмотки ротора.Кроме того, при одном и том же токе нагрузкн. но при разных коэффициентах мошност!!
i со8ф), для поддержания номинального напряжения ток обмотки ротора при низких значениях
со5ф должен быть выше, чем при больших значениях созф (при активно-индуктивной нагрузке).
Поддержание заданных параметров тока ротора обеспечивается с помощью стабилизирующего
устройства БКТС (см. рис. 3.18).В стабилизирующем устройстве предусмотрены ко.мпаундирующие трансформаторы и сопро¬
тивления. При прохождении тока нагрузки по первичной обмотке компаундирующею трансфор¬
матора (TS) во вторичной его обмотке протекает соответствующий ток, замыкающийся через ком¬
паундирующее сопротивление (RS). В результате на компаундирующем сопротивлении имеет ме¬
сто падение напряжения, пропорциональное по величине току нагрузки (э.д.с. компаундирования)
При такой схеме соединения э.д.с. дополнительной обмотки (ОД) геометрически суммируется сэ.д.с. компаундирования, т.е. в цепи, последовательно включенной с обмоткой ротора, действует
суммарная э.д.с., зависящая от величины и фазы тока нагрузки. С помощью компаундирующих
сопротивлений (RS) можно регулировать точность поддержания напряжения генератора.Реостат уставки R предназначен для установления нужного значения напряжения генерато¬
ра в пределах 0,95 —1,0 и при возбуждении генератора его необходимо полностью выво¬
дить. Регулировка производится с помощью пакетных выключателей S1—S3.Устройство возбуждения и регулировки генератора SSED 358-6а. Схема включения ге¬
нератора типа SSED 358-6а представлена на рис. 3.19. При вращении генератора на номиналь¬
ной частоте вращения небольшая намагниченность полюсов вызывает в якорных обмотках
статора 5 появление э.д.с., которая через дроссель холостого хода 15 подводится к выпрямите¬
лю 23. Под действием э.д.с. в обмотке возбуждения 6 возникает постоянный ток, усиливающий
магнитный поток остаточной намагниченности вращающихся полюсов. В обмотках статора э.д.с.
\ величивается, что приводит к увеличению тока возбуждения. Этот процесс будет продолжать¬
ся до тех пор, пока напряжение на выходе выпрямителя, пропорциональное э.д.с. обмоток стато¬
ра, не станет равным падению напряжения в цепи обмотки возбуждения. В процессе возбужде¬
ния на зажимах U, V, W напряжение повышается до значения, которое немного ниже номиналь¬
ного. Однако при подключении нагрузки эта разница автоматически компенсируется. Напряжение
холостого хода регулируется зазором в магнитопроводе дросселя холостого хода.89
Когда к генератору подключается нагруз
ка, в первичных обмотках компаундирую¬
щего трансформатора тока 16 появляется ток,
равный току в фазах обмотки статора 5.
Во вторичных обмотках трансформатора 16
индуктируются э.д.с., пропорциональные
току нафузки генератора. Эти э.д.с. вектор-
но суммируются с э.д.с. обмоток 5, кото¬
рые поступают к выпрямителю через дрос¬
сель холостого хода 15. Возбуждение при
этом возрастает и автоматически компенси¬
руется размагничивающее действие реак¬
ции якоря. В случае уменьшения нафузки
дополнительный ток возбуждения также
уменьщается, не давая увеличиться напря¬
жению на выходе генератора. При ударных
нафузках система регулировки восстанав¬
ливает напряжение в течение 0,3 с.В процессе эксплуатации возможны слу¬
чаи, когда генератор может потерять оста¬
точный магнетизм и не будет возбуждаться.
В этом случае возбуждение создается крат¬
ковременным подключением к зажимам С
и D источника постоянного тока (аккумуля¬
торной батареи 6 напряжением 24 В или
электрической сети постоянного тока), со¬
блюдая полярность.Для гашения пиковых напряжений, воз¬
никающих от коммутационных процессов,
коротких замыкани11, резких сбросов нафуз¬
ки и т.д., к выходу выпрямителя подключена
фуппа варисторов 22, сопротивления кото¬
рых зависят от величины напряжения. Рабо¬
та комплекта диодов выпрямителя недопус¬
тима без варисторов, так как они могут по¬
лучить пробой даже при нор.мальных изменениях нафузки генератора. Кроме этого параллельное
включение варисторов способствует надежной защите в случае выхода из строя одного из них.Устройство возбуждения и регулировки генератора DGKIO 25-4/R. Схема включения ге¬
нератора представлена на рис. 3.20. При вращении ротора генератора за счет остаточной намаг¬
ниченности полюсов возбуждения в якорных обмотках 1 индуктируются э.д.с. Эти э.д.с. подво¬
дятся через конденсаторы 6 и вторую секцию (Xj, Yj, Zj) трансформатора тока 7 на вход компа-
ундного выпрямителя 8, создавая ток в статорной обмотке возбуждения возбудителя 4. Под
действием магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения возбудителя 4, в обмотке яко¬
ря возбудителя 5 индуктируется э.д.с., под действием которой ток, выпрямленный вращающим¬
ся выпрямителем 3, проходит через обмотку возбуждения 2, расположенную на полюсах ротора,
усиливая действие остаточного магнетизма полюсов. В результате этого напряжение генератора
повышается до номинальной величины.При подключении нагрузки к генератору размагничивающее действие якоря компенсируется
изменением э.д.с., индуктируемых в третьей секции (Xj, Y3, Z3) трансформатора тока 7, в зави¬
симости от тока нафузки генератора, протекающего по первой секции (Х|, У^, Zj) этого же
трансформатора.Рис. 3.19. Принципиальная схема включения генератора
SSED-358-ба90аЬ h для scbist.com
Увеличение нагрузки приводит к увеличению суммы э.д.с., прикладываемой к обмотке воз¬
буждения возбудителя через выпрямитель 8, а следовательно, к увеличению тока возбуждения;
снижение тока нафузки автоматически уменьшает ток возбуждения. Кратковременное умень¬
шение напряжения примерно в размере 15 % от имеющее место при переключении ра¬
ботающего на холостом ходу генератора на полную мощность, компенсируется приблизительно
через 0,1 с. Регулирование заканчивается не позже, чем через 0,3 с.Система компаундирования рассчитана таким образом, чтобы при номинальном токе имел
место избыток тока возбуждения в компаундном выпрямителе. Электронным регулятором 10 в
сочетании с сопротивлением 9 снимается столько энергии возбуждения, чтобы на зажимах гене¬
ратора имелось установленное напряжение. Питание электронного регулятора осуществляется
от трансформатора 13.Резисторы, включенные параллельно диодам во вращающемся выпрямителе 3, защищают их
от ПИКОВЫХ напряжений при резких изменениях нагрузки. На статоре генератора имеются тер¬
морезисторы 14, контролирующие температуру обмоток якоря 1.После продолжительного простоя возможно уменьшение остаточной намагниченности, при
этом самовозбуждения не происходит. Для восстановления способности самовозбуждения не¬
обходимо подключить источник постоянного тока (4,5—24 В) к выводам обмотки возбуждения
возбудителя 4 (Ij и Kj), соблюдая полярность.3.6. Регулятор напряжения генератора вагона-электростанцииСхема включения генератора ГСФ-200 представлена на рис. 3.21. Начальное возбуждение
генератора производится подачей напряжения на обмотку возбуждения (И1 и И2) от источника91
постоянного тока БА кратковременным (1—2 с) нажатием кнопки КНВ. Генератор способен к
самовозбуждению после кратковременной остановки. После начального возбуж^цсния генератор
работает по принципу самовозбуждения, т.е. часть энергии переменного тока, создаваемая генера¬
тором, преобразуется в энергию постоянного тока, необходимую для возбуждения генератора.Поддержание постоянства напряжения достигается использованием принципа фазного компа¬
ундирования, т.е. сложения двух составляющих тока возбуждения: пропорциональной напряже¬
нию генератора и пропорциональной току генератора. Эти составляющие складываются геомет¬
рически, так как сдвинуты относительно друг' друта под углом, зависящим от характера нагрузки.Главной частью системы регулирования является силовой трансформатор ТС. Он имеет три
основных комплекта обмоток. Первичная обмотка W1 (три обмотки, соединенные звездой) слу¬
жит для создания составляющей тока возбуждения генератора в зависимости от номинального
напряжения на выходе генератора. Вторичная обмотка W2 (три обмотки, соединенные звездой)
предназначена для питания через выпрямитель БСВ обмотки возбуждения генератора. Сериес-
ная или токовая обмотка Wt (три обмотки, включенные последовательно в каждую фазу обмот¬
ки статора) служит для изменения тока возбуждения при изменении величины и коэффициента
мощности нагрузки. Дополнительные обмотки Whk предназначены для питания корректора на¬
пряжения КН. Корректор напряжения служит для стабилизации напряжения и представляет со¬
бой электронную схему, работающую в импульсном режиме. На вход корректора подается на¬
пряжение генератора, а его выход подключен к управляющему электроду тиристора. Регулиро¬92
вание тока через тиристор отбора VS с помощью корректора обеспечивает вьюокую точность
поддержания напряжения генератора.Демпферная обмотка, которая располагается на полюсах ротора, при симметричных режи-
.мах работы не оказывает никакого влияния на работу генератора. При несимметричных режи-
.мах (несимметричная нагрузка, однофазное или двухфазное короткое замыкание) возникаю¬
щая в генераторе МДС наводит в демпферной обмотке токи, которые создают свою МДС,
компенсирующую МДС поля, уменьшая при этом нагрев обмоток, несимметрию напряжения
и улучшая форму кривой напряжения генератора. При переходных режимах (внезапное изме¬
нение нагрузки) наличие демпферной обмотки как конгура малого сопротивления уменьшает
опасные перенапряжения на обмотке возбуждения и снижает величину проватов и всплесков
напряжений.3.7. Регуляторы напряжения сети освещенияВ системах электроснабжения вагонов напряжегае генератора регулируется в соответствии с ус¬
ловиями заряда аккумуляторной батареи и скоростью вращения самого генератора. Номинальное
напряжение в сети освещения обычно выбрфается исходя из условий разряда батареи, т.е. освещение
должно работать при минимально допустимом напряжении аккумуляторной батареи. Поэтому дня
полного заряда аккумуляторной батареи необходимо более высокое напряжение, чем в сети освеще¬
ния. Напряжение аккумуляторной батареи при ее заряде и разряде изменяется в широких пределах.
В то же время в сети освещения должно поддерживаться стабильное напряжение для обеспечения
комфортного освещения. Поэтому в системе электроснабжения вагонов необходимо применять спе-
Ш1альное регулирующее устройство, обеспечивающее постоянное напряжение в сети освещения,
независимо от напряжения аккумуляторной батареи, которое может изменяться в широких преде¬
лах. Таким устройством является регулятор напряжения в сети освещения (PHQ,В системах электроснабжения вагонов в качестве РНС применяются диодные ограничители.
Это устройство представляет собой нелниейный резистор, включенный между источником пи-
таш1Я и сетью освещения. В диодном ограничителе напряжения (ДОН) гасится разность между
напряжением (аккумуляторной батареи), которое изменяется в зависимости от режима ее
работы, и стабилизированным напряжением в сети освещения (U^). Напряжение гасится путем
включения последовательно с потребителями диодных блоков (три блока по 18 диодов) с помо¬
щью шунтирующих контактов реле. Ограничитель ДОН применяется для избежания резкого
снижения срока службы потребителей. Это особенно касается ламп накаливания систем вспо¬
могательного и аварийного освещения.Диодный ограничитель напряжения на ПО В. Диодный ограничитель напряжения типа
2460-126 применяется в системах электроснабжения на пассажирских вагонах с генераторами
как постоянного, так и трехфазного переменного тока, и параллельно включенной аккумулятор¬
ной батареей.Принцип работы заключается в следующем: в случае превышения установленного предела
напряжения автоматически включаются поочередно три ступени диодных блоков (по 18 дио-
довХ соединенных последовательно с сетью освещения.гехнические данные ограничителя напряжения типа 2460-126 представлены в табл. 3.4.Таблица 3.4Технические данные ограничителя типа 2460-126ПараметрЗначение параметра12Номинальное напряжение, В110Входное напряжение, В97—162Выходное напряжение (t/ocX В110 + 5 % при входном С/ до 155 В
110 + 10 % при входном и от 155 до 162 В
Г^)и перемыкании всех диодов выходное U соответствует входному93
Окончание табл. 3.412Скачок напряжения, В13,5—16Нагрузочный ток, А1—16 при t окружающей среды свыше 50 °СРежим работыДлительныйРазмеры, мм440x415x196Масса, кг18На рис. 3.22 представлена принципиальная схема диодного ограничителя напряжения типа
2460-126.Для ограничещ1я напряжения перед потребителями включаются диоды VD1 —VD18, VD19—
VD36, VD37—VD54, поочередно с помоидью контактов реле К1, К2, КЗ. Если на зажимы 1 и 2
подается напряжение ниже 114,4 В, контакты реле К1, К2, КЗ замкнуты и потребители, подклю¬
ченные к клемме 4, питаются входным напряжением без снижения.Работа заключается в следующем. Если входное напряжение (клеммы 1,2) повышается выше
115 В, го повышение этого напряжения между зажимами 4 и 2 приведет к срабатыванию элект¬
ронной схемы А1, которая отключает реле К1. При отключении реле К1 перед потребителями
(между клеммами 1 и 4) включаются 18 диодов первого блока (VDI—VD18), вызывающие па¬
дение напряжения на 13,5 В при нагрузке 1 А или 15,5 В при нагрузке 16 А.Дальнейшее увеличение напряжения между клеммами 1 и 2 приведет к увеличению напря¬
жения между клеммами 2 и 4, что в свою очередь приведет к срабатыванию электронной схемы
А2, которая отключит реле К2. При этом перед потребителями включаются два диодных блока94
по 18 диодов в каждом. Падение напряжения увеличится при различных нагрузках на 13,5 или
на 15,5 В соответственно. При дальнейшем увеличении напряжения отключается реле КЗ. Та¬
ким образом, выходное напряжение ограничивается до 115,5 В.Если входное напряжение снижается и вследствие этого снижается выходное до значения 95 В
(между клеммами 2 и 4), то это приводит к поочередному срабатыванию (включению) реле КЗ,
К2, К1 (в указанной последовательности). При этом контакты реле поочередно шунтируют ди¬
одные блоки так, что падение напряжения становится меньшим.Скачок напряжения от 13,5 до 15,5 В, возникающий в результате перемыкания диодов, для
пассажирского вагона не играет роли, так как подключенные потребители не яв-тяются основ¬
ным освещением купе.Верхнее значение напряжения 115В (при котором диоды вюпочаются) перед потребителя.ми
устанавливается с помощью регулятора R103. Нижнее значение напряжения (при котором дио¬
ды перемыкаются) устанавливается с помошью регулятора R105.Регулятор напряжения сети освещения. На пассажирских вагонах с системой электроснаб¬
жения ЭВА-110.01 применяется блок регулятора напряжения сети (БРНС), предназначенный
для обеспечения питания ряда низковольтных вагонных потребителей, критичных к уровню
питающего напряжения (не более 120 В).БРНС подключен к низковольтной вагонной магистрали, которую питают два основных ис¬
точника электроснабжения (подвагонный генератор и аккумуляторная батарея). В зависимости
от условий работы оборудования, напряжение в низковольтной магистралти может изменяться в
пределах 77—142 В, а в некоторых случаях может опускаться и до более низкого уровня. При
этом БРНС должен обеспечивать в цепях питаемых от него потребителей напряжение не выше
уровня ПО—112 В. Мощность, потребляемая блоком БРНС, составляет не более 1,5 кВт. На¬
грузка является преимущественно активной (лампы накаливания).В случае невозможности стабилизации напряжения на требуемом уровне (например, при
пробое силового транзистора) с блоком БРНС в блок регулирования напряжения генератора
(БРНГ) должен подаваться аварийный сигнал, и в этом случае напряжение в низковольтной ма¬
гистрали должно ограничиваться на уровне 120 В.В блоке БРНС размещены силовая и управляющая схемы, а также плата индикации.Принципиальная схема блока БРНС и схема внешних соединений показана на рис. 3.23.Напряжение низковольтной магистрали поступает на входной фильтр L1—С1, далее — на
выходной транзистор VTI, шунтированный обратным диодом VDI. Снятие перенапряжений при
коммутациях обеспечивается RC-цепью (R19, С14), Сглаживание формы выходного напряже¬
ния достигается с помощью выходного фильтра L2...L5—С2. Резисторы R1-1, R1-2, соединен¬
ные параллельно, необходимы для измерения выходного тока БРНС, т.е. используются в каче¬
стве шунта.Питание цепей управления напряжением +15 В; -15 В; -9 В обеспечивается источником пи¬
тания DA1. Входным напряжением источника питания является напряжение низковольтной ма¬
гистрали, но не ниже 50 В постоянного тока.Управление регулятором напряжения сети построено на ШИМ-контроллере DA4, частота
коммутации которого (около 20 кГц) задается элементами С7, R17, подключенными к выходам 5
и 6. Выход 6 является промежуточным выходом ШИМ-контроллера, по которому может контро¬
лироваться отработка сигналов рассогласования уставок и обратной связи, поступающих в ШИМ-
контроллер, Питание ШИМ-контроллера осушествляется по входу 12 от делителя напряжения
12 В (примерно при 130 В входного напряжения). Минимальное напряжение, при котором начи¬
нает работать ШИМ-контроллер, составляет 10 В, которое оказывается на входной шине при
напряжении, равном 108—ПО В.Контроль выходного стабилизированного напряжения блока РНС осуществляется через кон¬
такты 2 РНС), 8 (-ИП) платы путем подачи части выходного напряжения на вход
ШИМ-контроллера с помошью делителя R20, R21. На выход 2 ШИМ-контроллера с помошью
делителя, построенного на резисторах R12, R13, R14, с выхода 14 (стабилизированное напряже-95
Рис. 3.23. Принципиальная схема БРИС
•me 5 В) III И М-контролл ера посчупает сигнал опорного напряжения, который фактически явлл-С1СЯ уставкой задания выходного напряжения БРНС. Регулировка уровня зтого сигнала в не¬
больших пределах возможна с помощью потенщюметра R12.Сигнал с датчика тока нагрузки БРНС (резисторов Ri-1, RI-2. установленных в блоке на
радиатор охлаждения) поступает через контакты 3. 8 платы управления. Складываясь с сигна¬
лом уставки задания {lyci), гюлучаемым через резпстопный делитель R8, R9, R10 от опорного
напряжения с выхода 14 ШИМ-контроллера, в виде сигнала рассогласования (1уст - incTi по-
ст\пает на вход 15 ШИМ-контроллера.Суммарное сопротивление параллельно соединенны.х резисторов R! - i, R1 -2 состав.!яет 0.034 Ом,
I аким образом, при токе нагрузки 20 А величина сигнала обоагной связи но току нагрузки буде!
около 0,8 В.В микросхеме DA1 происходит сравнение сигналов задания (опорного) и сигнала обоагной
связи по напряжению БРНС, а также сигнала рассогласования по току нагрузки и, в зависимос-
ги от того, какой сигнал рассогласования в данный момент являетс.я томинирующим. происхо¬
дит регулирование выходного сигнала (его сравнение с пилообразным напряжением).Выходным сигналом ШИМ-контроллера (выходы 8. !1) является прямоугольный сигнал с
широтно-импульсной модуляцией на частоте 20 кГц. Его максимальное заполнение соответствует
’.аданию максимально открытому состоянию выходного силово1о транзистора и максима1Тьно-
му напряжению на выходе РНС. Выходной сигна,т ШИМ-контроллера через микросхелгу DA.2
со своим гальванически развязанным пггтанием поступает на зь1ход 6 платы управления (к зат¬
вору силового транзистора VT1) и выход 7 (к стоку силового транзистора). Дополнительно драйвер
DA2 выполняет защитные функции, снимая управляющий сигнал с затвора при уменьшении
напряжения на входе 8 микросхемы DA2 ниже 10 В. Микросхема DA2 обесггечивает гальвани¬
ческую развязку силовых цепей транзистора, подключенного через фильтры к низковольтной
магистрали, и слаботочных цепей управле1гия.В плате имеется шина сигнала запрета, связанная с выходом 4 ШИМ-контро.ллера. Сигна.!!
запрета с высоким (единичным) уровнем напряжения налагает ограничение на выдачу выходно-
1о сигнала ШИМ-контроллера в следующих случаях:- при пусковом режиме БРНС, когда до момента заряда конденсатора СП на выход 4 ШИМ-
контроллера поступает сигнал опорного напряжения с его выхода 14. В го же время, до момента
нарастания напряжения на выходе 10 платы управления до единичного уровня (+12 В) траизис-
юр VT4 открьгт и закрывается только после того, как начинает протекать ток по стабилитрону
\'D9 (5 В), что также обеспечивает запрещающий высокий потенциал на входе 4 1ПИ.М-кон-
троллера. Таким образом, в пусковом режиме и при исчезновении требуемого уровня напряже¬
ния на входе 10 платы управзгения (питание ШИМ-контроллера) на входе 4 ШИМ-контро.ллера
имеет место единичный сиг нал запрета;- при срабатывании защиты по максимальному или минимальному выходному напряжению,
построенной на микросхеме DA3; на входы 1, 5 через делитель R32...R34 постуггает измеряемое
выходное напряжение РНС, причем за счет резистора R33 уровень сигнала на входах 1. 5 микро¬
схемы DA3 различен. Опорное напряжение на входах 2, 4 микросхемы DA3 обеспечивается за
счет делителя R27...R29.В нормальном режиме работы БРНС (при РНС более 90 В) напряжение на инвертирую¬
щем входе 1 микросхемы DA3 больше по амплитуде напряжения уставки на неинвертируюгдем
входе 2, и на выходе 8 микросхемы DA3 имеется сигнал нулевого уровггя. При этом за счет
падения напряжения на резисторе R33 напряжение на инвертирующем входе 5 микросхемы DA3
меньше по амплитуде напряжения уставки на неинвертирующем входе 4, и следовательно, на
выходе 6 имеет высокий уровень напряжения (напряжение ггитания). В нормальном режиме ра¬
боты БРНС горит светодиод НЕ 1 «Норма» и не горит светодиод HL2 «Авария», размещенный на
панели индикации блока РНС и подключенный катодом к выходу 9 платы управления.При уменьшении выходного напряжения РНС ниже определенного уровня (90 В) на выходе 8
микросхемы DA3 обеспечивается высокий уровень напряжения (близкий к +12 В), заряжается97
конденсатор С13. обеспечивая задержку для исключения реакции на кратковременное сниже¬
ние выходного напряжения РНС, затем начинает протекать ток через стабилитрон VD12 и через
отпирающийся транзистор VT5 включается реле К1, с помощью силового контакта К1.1 которо¬
го шунтируется РНС (срабатывает реле 2КМ1 пульта управления, которое на схеме не показа¬
но). Дополнительно замыкается контакт 3-4 К1. шунтируя резистор R28 и, тем самым, повышая
уставку напряжен.тя повторного включения РНС (примерно до 108 В). Этим иск.лючаегся «звон¬
ковый режим» в pt'.Gore реле К1. При зашунтированном БРНС одновременно горят светодиоды
HL1 «Норма» и HL^ «.Лвария>- на панели индикации.При увеличении выходного напряжения БРНС до момента достижения уровня 108 В на вы¬
ходе 8 .микросхемы ПАЗ (высокий потенциал) транзистор VT5 открыт и реле К1 включено.
В тот MOMCio. КО! та напряжение. пост;/пающее на вход 1 микросхемы DA3, превысит по амплитуде
опорное напряжение, на выходе 8 DA3 потенциал станет близким к нулю и реле К1 отключится.В 1'ом случае, когда напряжение на инвертирующем вхо.те DA3 превысит напряжение устав¬
ки на входе 4 (с учетом па,тения напряжения на резисторе R33 эта уставка настраивается на
напряжение 118 --120 В), то это будет свидетельствовать об аварийной ситуации. Напряжение
на вьгходе 6 DA3 становится близким к нулю, загорается светодиод HL2 «Авария» на панели
индикации блока БРНС. и вн'еигняя схема пульта управления обеспечивает шунтирование БРНС
с ограничением напряжения бортовой сети до 120 В. Реле К1 при этом не вк.лючается.В том случае, если вышел из строя источник питания DA1. то не горит ни один ттз светодио¬
дов на панели индикации.Ограничитель напряжения ОН-2. На пассажирских вагонах, оборудованных системой элек¬
троснабжения «Заря Э-12». применяется ограничитель напряжения (ОН), который предназна¬
чен для ограничения напряжения не более 110 В на нагрузке мощностью 2 кВт при входном
напряжении до 150 В. Электрическая часть ОН выполнена с помотцью двухтактного высокочас¬
тотного преобразователя (рис. 3.24).Схема ограничителя ОН питается от входного напряжения (вход ^90... 142 В) через магазин
сопротивлетшй R5...RI0 и R15...R20. с помошью цепей C1.VD1 и C3.VD2, Задающий генератор
выполнен на транзисторах VT1, VT3 и конденсаторе С2.С выхода задающего генератора С2 через резистор R3 пилообразное н.апряжение подается на
компаратор D1. где сравнивается с выходным напряжением, подаваемым через элементы VD6,
VT5,VT4, VT2 и R4. Компаратор D1 работает в режиме широтно-импульсной модуляции. Им¬
пульсы с компаратора (вывод 9) через D3.3 подаются на вход 6 D3.1 и вход '^03.2. Вход 5 D3,1 т!
вход 8 D3.2 подключены к коммутатору D2 на триггере, работающем в режиме делителя часто¬
ты, вход 3 которого через усилительVT3 подключен к задающему генератору VT1. С выходов
4 D3.1 и 10 D3.2 после усиления мощные импульсы поступают на выход ОН. С выхода 4 D3.1
через усилители D4.3, D5.1. VT6, VT8, VTIO, VT12 и VT14, первую обмотку L1, а с выхода10 D3.2 через усилители D4.2, D5.2. VT7.VT9, VT11, VT13 и VT15, вторую обмотку L1 микро¬
схема D4.1 контролирует напряжение на выходе ОН и при его снижении до 80 В автоматически
отключает ОН.98
Рис. 3.24. Принципиальная схема ограничителя напряжения ОН-2
киитрольнме вопросы. Г)пи!иитс назначение регуляторов наппяже1хия геисоато^^оу2. Опиши 1C принпин рсгулировиним напряжения тенераюро.н пассажиоских ваюио:-.? Оии'питс принцип н\''пульсг.ог(> рс! у -ирования напряжения i сиераторо!<.4 [Назови ге назначение псновнп'ч систем inpucTopnoi o регулятора icHcparopa 2ГР5-003.' Яачовпте назначение лиола. вк.чючс1июго ларалле.^ьно обмотке возбужления в гирисюр-
ном регуляторе напряжения6. Почему РИГ вступает в работу только при выходе генграто|.>а на режим?■7. Назовите отличия блока БРН-З"^ oi блокт БРНГ-142,8. В чем состоят особенности блока гзР1]Г'.’ч Оттшите назначение б.тока ло1'ики в БРНГ,К). Как зависит ток возбхжлештя генератора от скважности сигналов в БРНГ'!*I !, Ошнлитс состав б.юка БРНГЗ-50 1 10-01-УУ12. Отншпгге прин!шг' регу.тирования натфяжегшя генераторов рефрижераторного по.твижного
состава.13 Опишите назначение компаунлир^-н>1цих трансформаторов в регуляторах напряжения rt -нераторов рефрт!жератп|)н;_,то подвижного с,';. -aBa,lA Что применяется ,гтя иачальн<)!о ьо'юуж,дени>- генераторов рефрижераторного подвижного; 5 Как(Ш!.! осс'беиности паботь! системы регулирования напряжения генератора DGKIO 25-4 Р. "
!6 Опишите принцип фачного компаунлирования в рсгуд.яторах генератора ГСФ-200.17. В чем назначение лемпфер1{0Й обмотки генератора [ СФ-200'18 Опишите условия выбора величины напряжения сети освешсния в пассажирских вагонах.
На какие лампы освепдемия .жазывают нетативнос влияние перепады напряжения'^20, Опишиге принтгип работь! диодного oгpaничитeJlЯ напряжения.21 Опиштгге npiiHunn работы блоков регулирования натфяжения сет if освещения БРНС и ОН-2,22 Опишите особенности работы блока регулирования напряжения сети освещения БРНС,23. Каки.м образо.м ограничивается натфяжение в тшзковольтной магистрали вагона при вы-
хо.де КЗ строя БРНС?24. Какой ввд модуляции применяется в блоке регулирования напряжения сети освеидения ОН-2 ?25. Какая световая иидикатшя предусмотрена для контроля работы БРНС’аЬ h для scbist.com
Глава 4ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ВАГОНОВ4.1. Неуправляемые и управляемые выпрямители подвижного составаНа подвижном составе для питания потребителей и эле1сгронных блоков от генераторов пере¬
менного тока применяются выпрямители.Вьшрямитель—это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный или пульси¬
рующий. В настоящее время широкое распространение получили вьшрямители на полупровод¬
никовых приборах (диодах и тиристорах), которые просты в устройстве, обладают высоким КПД,
имеют длительный срок службы. Недостатком полупроводниковых приборов является их силь¬
ная зависимость от температуры окружающей среды.Вьшрямители классифищ1руются по следующим признакам:-по количеству фаз (однофазные и многофазные);- по способу включения вьшрямительных элементов (мостовые и с нулевой точкой);- по функщш обращаемости и регулирования (неуправляемые и управляемые); управляемые
в свою очередь делятся на не полностью управляемые и полностью управляемые (обращаемые
в режим инвертора);-по виду нагрузки (активная, активно-емкостная, активно-индуктивная).Наиболее распространенными схемами включения вьшрямителей являются; однофазные (одно-
полупериодная, двухполупериодная, мостовая) и трехфазные (с нулевой точкой, мостовая). Дос¬
тоинством ЭТИХ схем является низкий коэффищ1ент пульсащш (при этом частота пульсации в не¬
сколько раз Bbmie частоты питающей сети), что в ряде случаев позволяет обойтись без фильтров.Для сравнения в табл. 4.1 приведены основные параметры схем при работе их на активную
нагрузку без фильтра.Таблица 4.1Основные параметры схем выпрямителей; ПараметрСхема выпрямителяОдно()азнаяТрех(шнаясо средней
точкоймостоваяс нулевой
точкоймостоваяДействующее напряжение вторичной
обмотки U22x1,11 С/„1,11 и.0,855 С/н0,43 С/„Лействующий ток вторичной обмотки I20,785 /„1,11/„0,580,82 /„Лействующий ток первичной обмотки /j1,11/„/и1,11/„/«0,48 1„/п0,82/„/л[Расчетная мощность трансформатора1,48 Д1,231,35 Р„1,045Обратное напряжение на диоде и^ер3,14U„1.57 и„2,1 и„1,05 и„С реднее значение тока диода /д ср0,5 /„0,5/„0,33/„0,33 /„.Амплитудное значение тока диода1,57/„1,571,21/„1,05Лействующее значение тока диода /д0,785 40,785/„0,587 /„0,58 4Коэффициет- пульсаций выходного
j напряжения К„0,670,670,250,057Прииечаиие. В табл. 4.1 л = t/j/C/j—коэффициент трансформащш;/„—номинальный ток нагрузки;
— напряжение на нагрузке; —номинальная мощность.101
Управляемые выпрямители находят все большее применение. Основой управляемого вьшря-
мителя ЯВЛЯЮТСЯ тиристоры, трансформатор и система управления тиристорами. Схемы управля¬
емых вьшрямителей повторяют схемы обычных вьшрямителей, но с помощью тиристоров реша¬
ются задачи плавного регулирования среднего значения выпрямленного напряжения в результате
изменения угла управления (регулирования) а, задающего момент включения тиристоров относи¬
тельно точки естественной коммутации. Управляемые вьшрямители выполняют также функцию
бесконтактного коммутационного аппарата, обеспечивающего отключение цепи нагрузки от сети
в случае аварийного нарастания тока снятием импульсов управления с тиристоров.Если в выпрямителе применяются только управляемые тиристоры, такой вьшрямитель назы¬
вается полностью управляемым, или симметричным. Тиристорно-диодные выпрямители вы¬
полняются по управляемым несимметричным схемам.На рис. 4.1 представлены схема и временные диаграммы управляемого выпрямителя. При по¬
даче напряжения на первичную обмотку трансформатора во вторичной обмотке будет возникать
синусоидальное напряжение, которое в первый полупериод прикладывается к тиристору VS1, а во
второй — К тиристору VS2, но так как тиристоры выключены, ток в нагрузке будет равен нулю.Если на анод тиристора VS1 подать положительный потенциал первого полупериода, а на
управляющий электрод — отпирающий импульс, то тиристор VS1 открывается и через него на
нагрузку потечет ток При этом тиристор VS2 закрыт, так как к нему приложено обратное
напряжение. При изменении направления тока на противоположное тиристор VS1 закрывается
обратным напряжением, а тиристор VS2 при подаче на его управляющий электрод импульса
открывается. Тогда через тиристор VS2 и нагрузку потечет токДля изменения выпрямленного напряжения необходимо изменять угол регулирования а, т.е.
сдвигать по фазе управляющие импульсы относительно напряжения на анодах тиристоров.
Угол регулирования а необходимо изменять от 180° до нуля. При максимальном угле открытия
на выходе будет минимальное значение выпрямленного напряжения и, наоборот, при минималь¬
ном угле регулирования на выходе управляемого выпрямителя будет максимальное значение
напряжения.Процесс перехода тока от одной ветви
схемы К другой, в результате чего меняется
контур электрического тока, называется ком¬
мутацией. Выше была рассмотрена работа
выпрямителей без учета влияния на их ра¬
боту анодной индуктивности. При этом счи¬
талось, что происходит мгновенное пере¬
ключение тока.Переключение тиристоров в каждой схе¬
ме происходит в строго определенной после¬
довательности. Наличие анодной индуктив¬
ности задерживает выключение соответству¬
ющего тиристора и обусловливает появление
интервала коммутации, который называется
углом коммутации и обозначается у.На интервале коммутации одновременно
проводят ТОК тиристоры, аноды или катоды
которых объединены в общую точку, а дру¬
гие выводы связаны с разными фазами
трансформатора. Коммутация сопровожда¬
ется внутренним междуфазным коротким
замыканием. Возникающий ток короткого
замыкания /„Рис. 4.1. Управляемый выпрямитель:
а — схема выпрямителя; б — временные диаграммывычитается из тока тиристо¬
ра, выходящего из работы, и прибавляется к102
току тиристора, вступающего в работу. Процесс коммутации влияет на форму кривых выпрям¬
ленного напряжения и токов в диодах и обмотках трансформатора, а также сказывается на сред¬
нем значении и гармоническом составе выпрямленного напряжения.Управляемый выпрямитель трехфазного тока. Трехфазный полностью управляемый вып¬
рямитель, как и однофазный управляемый выпрямитель, является обращаемым преобразова¬
телем. Он может быть переведен в режим ведомого сетью инвертора для возврата в сеть энер¬
гии потребителей. Такие выпрямители называются выпрямительно-инверторными преобра¬
зователями.Среднее значение выпрямленного напряжения в трехфазных выпрямителях может регулиро¬
ваться не только способом фазового управления тиристорами выпрямительной схемы. Регули¬
рование возможно (как и в однофазных выпрямителях) изменением коэффициента трансформа¬
ции в результате переключения числа витков обмоток трансформатора, фазовым способом в
результате включения тиристоров между трансформатором и диодной выпрямительной схемой,
импульсным методом, а также методом включения дросселей насыщения.На рис. 4.2 представлены схема трехфазного мостового управляемого выпрямителя и диаг¬
раммы токов. Все происходящие процессы симметричны, и характеристики выпрямителя бла¬
гоприятны в широком диапазоне регулирования.От схемы управления СУ подаются сдвоенные (с интервалом я/3 = 60°) импульсы или пакеты
импульсов длительностью более я/3. Такой апгоритм следования импульсов необходим для од¬
новременного отпирания одного тиристора в катодной и одного тиристора в анодной группах,
чтобы образовалась непрерывная цепь нагрузки при включении выпрямителя и в режиме пре¬
рывистого тока при глубоком регулировании. Среднее значение выпрямленного напряжения
определяется линией на диаграмме и^/(Ш).Рис. 4.2. Мостовой шестиимпульсный управляемый выпрямитель:
а — схема выпрямителя; б — временные диаграммы103
Рис. 4.3. Временные диаграммы шестичмпульсного управляемого
выпрямителя при различных углах управленияНа рис. 4.3 приведены кри
вые выпрямленного напряже¬
ния при работе мостового ше-
стиимпульсного выпрямителя
при углах управления, соответ¬
ствующих I режиму (а, < л/З),II режиму (л/3 < а < 2к/Ъ) и
граничному режиму (oj = л/3).Предельным углом управле¬
ния, при котором (7^= О, в слу¬
чае активной нагрузки являет¬
ся = 271/3 = 120°.Максимальное значение
угла а в режиме идеально сгла¬
женного тока = л/2 = 90°.IIldAВыпрямители подвижно¬
го состава. Выпрямители наподвижном составе применяются для преобразования переменного тока в постоянный на ваго¬
нах с индивидуальной системой электроснабжения, которые имеют подвагонные генераторы
типов 2ГВ-008, ЭГВ-32 и другие. Эти генераторы являются генераторами индукторного типа и
вырабатывают переменный трехфазный ток. Кроме этого выпрямительные устройства, при пи¬
тании вагонной сети от постороннего источника питания на длительных стоянках, преобразуют
переменное напряжение этого источника в постоянное напряжение вагонной сети.На рис. 4.4 представлена схема включения выпрямительного устройства вагона типа К/Ки.
Для выпрямления трехфазного тока, вырабатываемого трехфазным генератором, применяется
трехфазная шестиимпульсная мостовая схема, выполненная из щести диодов (п1 —п2) с поме-104
хоподавляющими конденсаторами К1 — К7, выполненными в едином блоке. Выводы фаз генера¬
тора подсоединены к точкам W1,W2.W3 через переключатель а1 и предохранители е7, е12, е8.
Напряже[1'ие питания внешней сети подается на выпрямитель через специальный трехфазный
трансформатор lu4m! со сложной первичной обмоткой, которая позволяет с помощью пере¬
ключателя а2 подключаться к внешним сетям с разным напряжением. Переключатель а1 позво¬
ляет подключать выпрямитель к генератору или трансформатору. Охлаждение диодов осуще¬
ствляется с помощью ребер охлаждения. Охлаждение трансформатора при питании от внешней
сети (1Ь5) производит вентилятор трансформатора 1т2, включающийся автоматически при вклю¬
чении выключателя lulcl.4.2. Инвертирование постоянного токаИнвертирование представляет собой процесс преобразования постоянного тока в перемен¬
ный. Если инверторы работают на общую сеть параллельно с мощными источниками перемен¬
ного тока, то такие инверторы называются зависимыми или ведомыми сетью, так как коммута¬
ционные процессы, происходящие в более мощных источниках, влияют на работу инвертора.
Инверторы, не связанные с друг ими источниками переменного тока, называются автономными
или независимыми.В электротяговых системах применяются ведомые сетью инверторы однофазного и трехфаз¬
ного тока. Трехфазные инверторы применяются также в промышленном электроприводе.Ведомые инверторы выполняются по тем же схемам, что и управ.пяемые выпрямители. Уп¬
равление режимом работы инвертора должно быть таким, чтобы обеспечивалась коммутация
тиристоров благодаря э.д.с. сети. Необходимым условием работы инвертора является подключе¬
ние К его входу источника постоянного тока, например, генератора постоянного тока.Принцип действия инвертора основан на периодическом переходе тока из одной обмотки транс¬
форматора в другую. Это достигается прерыванием посто¬
янного тока и распределением его по фазам трансформатора
с помощью транзисторов или тиристоров. На рис. 4.5 приве¬
дена схема зависимого инвертора, а на рис. 4.6 — временные
диаграммы работы зависимого инвертора.Изменение направления потока энергии требует измене¬
ния знака мощности, развиваемой выпрямителем, что может
быть достигнуто за счет изменения направления тока или на¬
пряжения. Изменить направление тока невозможно, так кактиристоры обладают односторонней проводимостью, поэто- Схема зависимого инвертораму изменение знака мощности достигается ггутем измененияугла регулирования ttp. Чем больше угол регулирования, тем меньше будет выпрямленное напря¬
жение, которое может достигнуть значения меньше величины э.д.с., возникшей на зажимах элект¬
рической машины, если ее перевести в режим генератора, начиная вращать якорь от постороннего
источника энергии.Допустим, что при Ор = 60° среднее выпрямленное напряжение на зажимах электрического
двигателя = U^-cosa^. Преобразователь работает как вьшрямитель для электрического двига¬
теля, э.д.с. которого равна Е,^, и находится ниже оси абсцисс (см. рис. 4.6, а). При Ор = 90° среднее
выпрямленное напряжение = О, и преобразователь потребляет из сети только реактивную мощ¬
ность, так как постоянная составляющая выпрямленного тока равна нулю (см. рис. 4.6, б). Для
перехода в инверторный режим необходимо изменить направление тока в двигателе. i.e. переве¬
сти в генераторный режим и одновременно увеличить угол регулирования Ор до значений, пре¬
вышающих 90°. Вследствие этого тиристоры VS1 и VS2 открываются и проводят ток в основ¬
ном при отрицательных значениях напряжения на вторичной обмотке (см. рис. 4.6, в) благодаря
положительному напряжению генератора, которое поступает на аноды тиристоров через вто¬
ричные обмотки трансформатора. При этом среднее напряжение преобразователя становит¬
ся отрицательным и определяется как = t/yy cosa (см. рис. 4.6, г). Если это напряжение будет105
меньше э.д.с. генератора то ток чере:
нагрузку направление не изменит и будет
определяться выражением:Таким образом, трансформатор преобра¬
зователя перешел в режим потребителя или
в режим нагрузки генератора, а его напря¬
жение является как бы встречной э.д.с. для
генератора. Значение будет тем больше,
чем больше угол регулирования Ор. В ре¬
жиме инвертирования угол управления ти¬
ристорным преобразователем называют уг-
.70.1/ опережения управления (или углом
инвертирования) и обозначают буквой р.Устойчивая работа инвертора определя¬
ется значением угла б, в течение которого
должны восстанавливаться запирающие
свойства тиристора и выполняться условиевосст <гае - время восстанов-Рис. 4.6. Временные диаграм.мы рабоП)! пшисимого
инвертораления запирающих свойств тиристора). При
б < наступает аварийный режим, т.е.опрокидывание инвертора. В течение отрез¬
ка времени, соответствующего углу б, ко¬
торое составляет не более 1/100 длитель¬
ности периода (б = 2—4°), анодное напря¬
жение тиристора должно быть
отрицательным. В цепях с индуктивностью
всегда необходимо учитывать угол комму¬
тации у, который находится в пря.мой зави¬
симости от тока хшвертора /^. С увеличе¬
нием тока /jp при р = const угол у возрастает, а угол б достигает наименьщс]'о допустимого
значения. Превышение значений приводит к опрокидыванию инвертора, т.е. oii переходит в ре¬
жим работы выпрямителя. Угол у связан с углами 5 и Р зависи.\юстью у р - б, С у.меньшением
угла р угол б уменьшается, что приводит к уменьшению допустимого гока инвертораОднофазные инверторы. Схема однофазного инвертора аналогична схеме однофазного мос¬
тового управляе.мого выпрямителя (рис, 4,7, и). В схеме выпрямителя при увел1тчении угла уп¬
равления а > л,'2 вьшрямленное напряжение становится отрицате.тьнь!м. Если в эго.м режиме
в цепь нагрузки включить источник э.д.с. постоянною тока Е (генератор), то в цепи поддержива¬
ется ток /j. При этом питающая сеть создает пропшоэ.д.с.На интервале 1—2 тиристоры VS2, VS4 проводят ток (рис. 4,7, б). Напряжение и^ вторичной
обмотки трансформатора «Т» через эти тиристоры подается в цепь постоянного тока навстречуэ.д.с. Е источника постоянного тока. Так как мгновенное значение и-, < Е, то ток а следова¬
тельно ij. возрастает. Скорость нарастания ограничивается индуктивностью реактора L^. В .мо¬
мент, обозначенный точкой 2, и^ = Е и на HHTepBine 2- 3 > Е. что приводит к уменьшениютоков /jH /-,,В момент 3 на тиристоры VS1 и VS3 подаются импульсы управления со сдвигом относитель¬
но точки 1 на угол а. Эти тиристоры переходят в открытое состояние, так как к их анодам пршю-
жен со стороны питающей сети положительный потенциал относительно катода. Ток нагрузки
переключается на тиристоры VS1, VS3, а тиристоры VS2, VS4 обесточршаются и запираются
обратным напряжением от питающей сети. Происходит естественная (сетевая) коммутация ти-106
vs 1,3
VS2,44=^VSl ^VS2ГТ~^VS4 ^VS3-nСУa4-o-Ук 5 6 /*г Л г\ г\ г\ ✓ЛJ Vа ^Jг, р ,„а 'С \а1к31^ ш11^1
t *"////У///^ IРис. 4.7. Инвертор, ведомый сетью:
а — схема инвертора; б — временные диаграммыристоров. Поэтому инверторы называются «ведомые сетью». Если индуктивность = 0. ком¬
мутация мгновенная.На интервале 3—4 противоэ.д.с. г/2 и э.д.с. Е совпадают по направлению, и ток быстро
нарастает. В точке 4 И2 меняет знак, но ток ij сохраняет направление. Затем на интервале 5—6
вновь превышаетЕ, и ток /^уменьшается. Далее процессы повторяются, и в обмотках трансфор¬
матора формируются токи /2 и /|, близкие к прямоугольной форме.Среднее значение мгновенной мощности первичной обмотки отрицательно, в контуре посто¬
янного тока средняя мощность тоже отрицательна. Происходит передача энергии из цепи посто¬
янного тока в цепь переменного тока (инвертирование).Трехфазные инверторы. Электромагнитные процессы в трехфазном мостовом инверторе
подобны процессам в рассмотренном однофазном инверторе. Связь между углами а и Р сохра¬
няется, т.е. р = л; - а. При а > 90° напряжение формируется участками линейных напряжений
отрицательной полярности. Напряжение отрицательно и вьшолняет функцию нротиво- э.д.с.
инвертора. Принцип построения кривой тот же, что и для схемы выпрямителя. При работе
инвертора должно соблюдаться условие опережения включения очередного тиристора на угол
Р > 10—15° для обеспечения устойчивого выключения тиристора, выходящего из проводящего
состояния.107
в реальных условиях анодная индуктивность имеет конечное значение и отличается от нуля,
что влияет на процесс коммутации ведомых сетью инверторов. Процесс коммутации происхо¬
дит на интервале коммутации, называемом упюм коммутации v.Интервал коммутации у при заданном угле управления а уменьшает интервал, в течение ко-
юрого к тиристору, выходящему из состояния высокой проводимости, прикладывается обрат¬
ное напряжение, необходимое для восстановления его запирающих свойств. Этот оставшийся
ингервал приложения к тиристору обратного напряжения обозначается углом 6, называемым
поаекоммгтационным углом инвертора или углом запаса инвертора. Для обеспечения га¬
рантированного выключения тиристоров до момента приложения к ним прямого напряжения
послекоммутационный угол не ;шлжен быть меньше некоторого мини.мального значения
определяемого временем выключения тиристоров, С учетом запаса угол принимается не
менее ! 0-— 15°.Зависи,чые инверторы, применяемые на подвижном составе. Примером применения зави¬
симых инверторов на подвижном составе является тиристорный машинно-вентильный преоб-
р;!10ватель вагона-э,тектростанции скоростного поезда «Аврора»,Э.1ектростанция по принципу работы является вторичным источником питания. т,е, инверто¬
ром. преобразующим энергию первичной сет и (сети постоянного тока) в энергию пере.менного
тока с частотой 50 Гц. В качестве первичной сети используется контактная сеть постоянного
тока напряжением 3 кВ. Эта сеть подается на электростанцию от локомотива (электровоза) че¬
рез поездную подвагонную магистраль.Вагон-электростанция содержит два преобразовательных афегата. каждый из которых имеет
номинальную мощность 185 кВт, Афегаты обеспечивают стабилизацию выходного напряже¬
ния в пределах 360—400 В и стабилизацию выходной частоты в пределах 49—51 Гц при изме¬
нении нафузки от нуля до номинальной, отклонегшях напряжения контактной сети в пределах
от 2,4 до 4,0 кВ и кратковременных перерывах питания. Структурная схема преобразовательно¬
го афегата вагона-электростанции представлена на рис. 4.8.Установка вютючает синхронный генератор ГСФ-200 с системой возбуждения СВГ и высоко¬
вольтный тгривод генератора. Генератор имеет мощность 200 кВт, частоту' вращения 1500 об/мин.
напряжение 380 В и частоту переменного тока 50 Гц.Высоковольтный привод включает синхронный двигатель СД-185 с системой возбуждения
СВД и датчиком положения ротора ДПР, 12 — импульсный зависимый инвертор И, блок искус¬
ственной коммутации БИК, сглаживающий дроссель L^p, пусковой резистор с контактором
обвода КО. систему управления и другие элементы.Двигатель СД-185 мощностью 185 кВт выполнен с двумя трехфазными обмотками, взаимно
сдвинутыми по фазе на 30°. Напряжение статорных обмоток двигателя 1170 В, частота напряже¬
ния 50 Гц. При пуске афегата начальное возбуждение двигателя обеспечивается при питании
системы возбуждения от аккумуляторной батареи. В остальных режимах питание системы воз¬
буждения двигателя осуществляется от сети 380 В. Для контроля влияния нафузки на магнит¬
ное состояние двигателя в его систему возбуждения введена обратная связь по току генератора.Тиристорные мосты зависимого инвертора подключены к трехфазным обмоткам синхронно¬
го двигателя и соединены последовательно друг с другом, с сглаживающим дросселем и пуско¬
вым резистором. Напряжение контактной сети подается на инвертор через выключатель и блок
искусственной коммутации. Перед блоком искусственной коммутации включен фильтр с кон¬
денсатором Сф и резистором Rф, на выходе блока включены диоды VD, щунтирующие цепь с
дросселем, инвертором и двигателем при прерывании выпрямленного тока.Система управления обеспечивает работу привода и регулирование параметров при пуске
афегата в установившихся режимах, при изменениях нафузки и колебаниях напряжения кон¬
тактной сети. На вход системы управления поступают сигналы напряжения контактной сети
сигналы выпрямленного тока инверторов /^, сигналы датчика положения ротора двигателя ИДП.
На выходе системы управления формируются сигналы управления контактором обвода УКО,
тиристорами инвертора ИУИ, а также сигналы управления ИУК и МУР коммутирующим и про-108
оVOРис. 4.8. С гр\к1уриая схема преобраюватсльпом) ;npoiar;i паника члекгросгамцин
ходным тиристорами блока искусственной коммутации. В системе управления обеспечивается
фильтрация напряжений двигателя с использованием информации о фазных токах (СИФУ) и
выделяются переходные э.д.с. двигателя Е/^, £,.В зоне естественной коммутации тока в вентилях инвертора управляющие импульсы инвер¬
тора синхронизируются с переходными э.д.с. При этом в установившихся режимах обеспечива¬
ется поддержание заданного угла запаса инвертора В переходных режимах допускаются
отклонения угла запаса в пределах от минимального (5|^.,|д) до максимального значения.Перед пуском агрегата в течение некоторого времени осуществляется начальное возбужде¬
ние двигателя от аккумуляторной батареи. Затем инвертор подключается к контактной сети че¬
рез пусковой резистор В начале пуск происходит при искусственной коммутации тока в вен¬
тилях инвертора с использованием блока искусственной коммутации БИК. СИФУ выдает в БИК
сигналы ПУК, по которым включается коммутирующий тиристор и гасится выпрямленный ток.
Через выдержку по времени СИФУ выдает импульс на включение проходного тиристора ИУР и
включение тиристоров инвертора (ИУИ). Переход на естественную коммутацию тока в венти¬
лях инвертора осуществляется при достижении 5—10 % номинальной частоты вращения. Вы¬
ход на номинальную частоту вращения обеспечивается после включения регулятора частоты.В процессе пуска при уменьщении тока контактной сети до заданного минимального уровня
пусковой резистор (R^^) щунтируется контактором обвода (КО).Шунтирование пускового резистора сопровождается кратковре.менны.м увеличением выпрям¬
ленного тока инвертора и фазных токов двигателя. После завершения переходного процесса
агрегат работает на холостом ходу, ток контактной сети сравнительно мал, агрегат готов к
включению под нагрузку.При включении нагрузки на агрегат происходит скачкообразное изменение момента сопро¬
тивления на валу двигателя. Это сопровождается увеличением выпрямленного тока инвертора.
Одновременно система регулирования увеличивает угол инвертирования (3, поддерживая угол
запаса б. При этом размагничивающее действие фазных токов двигателя компенсируется увели-
чещтем тока возбуждения.После завершения переходного процесса устанавливается номинальный режим работы агре¬
гата. В установившихся режимах работы системы поддерживается сравнительно большой угол
запаса инвертора для обеспечения устойчивой работы при скачкообразных изменениях напря¬
жения контактной сети. Если скачок напряжения контактной сети слишком велик, то для огра¬
ничения выпрямленного тока кратковременно включается пусковой резистор.4.3. Автономные инверторыАвтономные инверторы — это преобразователи постоянного тока в переменный однофазный
или многофазный ток, коммутация тока в которых осуществляется независимо от процессов во
внешних электрических цепях благодаря наличию дополнительных коммутирующих устройств
внутри самого преобразователя. На его выходе можно получать переменный ток теоретически
любой частоты, плавно регулировать от нуля до максимального значения частоту и напряжение.В зависимости от способа принудительной коммутации тока, схемы инвертора, параметров
источника питания и нагрузки автономные инверторы делятся на виды, отличающиеся специ¬
фическими особенностями процессов переключений тока.Средства для осуществления надежной коммутации в автономных инверторах делятся на
два класса: к первому относятся полностью управляемые силовые полупроводниковые прибо¬
ры (силовые транзисторы и запираемые тиристоры); ко второму — обычные не полностью уп¬
равляемые силовые полупроводниковые приборы (однооперационные тиристоры), дополнен¬
ные специальными узлами принудительной коммутации, например в виде предварительно заря¬
женных конденсаторов и вспомогательных тиристоров.Полная коммутация с переключением тока с одной ветви схемы на другую в автономных ин¬
верторах (на тиристорах) происходит на нескольких этапах, важнейшими из которых являются:- уменьшение прямого тока в одном из тиристоров до нуля;10аЬ h для scbist.com
- задержка приложения прямого напряжения на этом тиристоре до полного восстановления
его запирающей способности;- нарастание прямого тока на втором тиристоре.Эти процессы могут совершаться совместно или последовательно.Автономные инверторы первого класса, применяемые на вагонах, в своем составе имеют ус¬
тройства, формирующее прямоугольные импульсы, которые после дополнительной обработки
превращаются в синусоидальные кривые переменного тока требуемой частоты. Наиболее часто
применяются ферротранзисторные мультивибраторы, представляюш}1е собой усилители с по¬
ложительной обратной связью через обмотки импульсного трансформатора. Автономные ин¬
верторы, применяемые на подвижном составе, следующие.Аппарат пускорегулирующий типа 1П40А-50. Для питания и стабилизации горения люми¬
несцентных ламп мощностью 40 Вт от сети постоянного тока напряжением 50 В на подвижном
составе применяется пускорегулируюидш аппарат типа 1П40А-50, технические характеристики
которого представлены в табл. 4.2.Таблица 4.2Технические характеристики аппарата 1П40А-50ПараметрЗначение параметраНоминальное напряжение питания постояш€ым током, В50Потребляемая мощность, не более, Вт45Ток, потребляемый лампой, А0,28 0,4Частота переменного тока лампы, кГц20-40Длительность пускового режима, с0,4—3Конструктивно аппарат размещен в отдельном металлическом корпусе. Дтя электрических
присоединений аппарат снабжен клеммами.Электрическая схема аппарата приведена на рис. 4.9.Аппарат содержит фильтр радиопомех (Ы,С1), высокочастотный транзисторньш инвертор
(С2—С5, VD4,VD5), резонансный пускорегулирующий контур (L2 С21), узел ждущего зажига¬
ния и стабилизации тока лампы (D4—D7,VT7, R5—R9, CIO—Cl 5), узел защиты {'VS2,VT9—
VTI 1, RIO—R17, C16—C20).На входе аппарата установлен плавкий предохранитель FU1 и имеется цепь VD1 и R1 ,г1я
защиты от неправильной полярности при включении источника питания.Инвертор вьшолнен по полумостовой схеме. Частота автоколебательного режима задае гея
двухобмоточным трансформатором тока Т2, а сигналы управления на базы транзист оров посту ¬
пают через развязывающий трехобмоточный трансформатор ТЗ. Изменение частоты работы
инвертора при пуске осушествляется с помощью времязадающей цепочки R9, С14, С15, тирис¬
тора VS1 и транзистора VT7.Для первоначального запуска инвертора применен импульсный генератор, собра1шый на ди¬
одном переключателе D3 и элементах R4, С9, и УОб. Изменение част оты работы инвертора при
стабилизации тока лампы в рабочем режиме осуществляется путем автоматического изменения
сопротивления транзистора УГ7. Для этого в управляющий контур транзистора включены ис¬
точник опорного напряжения (стабилитрон D7) и элементы обратной связи R6 и СЮ, С11, на¬
пряжение на которых благодаря дифференциальному трансформатору тока Т4 и вьшрямитель-
ному мосту D5 пропорционально разрядному току лампы.В случае незажигания лампы конденсатор С16 узла защиты заряжается через диод VD8 и
резистор R10 до напряжения, при котором ток через управляющий электрод тиристора VS2
превьщиает критическое значение, тиристор отпирается и открывает транзисторы УГ10 и VT11,
срывающие генерацию инвертора. Восстановление работы инвертора возможно только через
10—20 с после отключения питающего напряжения.111
Рис. 4.9. Электрическая схема аппарата Ш40А-50Аппарат пускорегулирующий типа 1П20А58-110. Для зажигания и стабилизации горения
люминесцентных ламп мощностью 20 Вт от сети постоянного тока с номинальным напряжени¬
ем 110 В применяются пускорегулирующие аппараты типа 1П20А58-110. Принцип работы это¬
го аппарата аналогичен принципу работы аппарата типа 1П40А-50, а электрическая схема имеет
некоторые отличия. Технические характеристики данного аппарата представлены в табл. 4.3.Электрическая схема аппарата Ш20А58-110 приведена на рис. 4.10.Конструктивно аппарат размещен в металлическом корпусе. Все элементы расположены на
одной печатной плате, которая крепится к основанию корпуса с помощью винтов. На плате распо¬
ложены: фильтр радиопомех (L1, С1, С2), высокочастотный транзисторный инвертор (СЗ—С8,
СЮ, R2, R4, R6, R7, R11, VT1, VT2, VS1, VD6, Т2, Т4), резонансный электромагнитный контур
(L2, С7), узел первоначального запуска инвертора (R2, R13, С6, VD3, VD7), узел параметричес-112
Г'Рис. 4.10. Электрическая схема аппарата 1П20А58-110
кой стабилизации тока лампы (R9, R10, VD8, VS2) и блок защиты (VD12—VD14, VD4, С9,
С13—С15, R5, R8, R14, R18—R22).Таблица 4.3Технические характеристики аппарата типа 1П20А58-110ПараметрЗначение параметраНоминальное напряжение питания постоянным током, В110Потребляемая мощность, не более, Вт25Ток лампы, А0,28—0,4Частота тока лампы, кГц40—60Длительность пускового режима, с1—3На входе аппарата устанавливаются плавкий предохранитель FU1 и диод VD1 для защиты
аппарата от неправильной полярности при включении питания.Инвертор вьшолнен по полумостовой схеме. Частота автоколебательного режима задается
насыщающимся трехобмоточным трансформатором тока Т4. Ждущее зажигание лампы обеспе¬
чивается с помощью позистора R3.Изменение частоты работы инвертора при стабилизащ1и тока лампы осуществляется путем
параметрической обратной связи, заключающейся в изменении напряжения на резисторах R4 и
R6 с помощью обмоток обратной связи (5—6 и 7—8 трансформатора Т2) и диодно-резистив¬
ных цепочек R9, VD7, R10, VD8.В случае незажигания лампы Н конденсатор С13 заряжается через цепь С14, R19, R20, VD11
до напряжения пробоя тиристора VS2, что приводит к отпиранию транзистора VT1 и срыву
генерации инвертора. Восстановление работы инвертора возможно только через 10— 15 с после
отключения питающего напряжения.Транзисторные преобразователи типа 2450. Транзисторные преобразователи типа 2450
предназначены преимущественно для применения на подвижном составе и рассчитаны на вход¬
ное напряжение 50 или 110 В постоянного тока. К преобразователю можно подключить стандар¬
тные люминесцентные лампы 18/20 или 36/40 Вт. Технические данные представлены в табл. 4.4.Таблица 4.4Характеристики преобразователя типа 2450ПараметрЗначение параметраПервичное рабочее напряжение, В50/110Диапазон напряжения, В40—70/80—150Частота, кГц> 18Срок службы лампы, ч>60001СПД,%>80Ток лампы, мА<380Потребляемая мощность, БА< 24 для ламп 18/20 Вт< 50 для ламп 36/40 ВтПринципиальная схема представлена на рис. 4.11.При подключении люминесцентной лампы спирали лампы соединяют друг с другом клеммы
3 и 4, а также 5 и 6. Питание присоединяется к клеммам «+» и «- ». Параллельно стартеру
люминесцентной лампы присоединен конденсатор С15. Схема состоит из силового трансфор-114
Рис. 4.11. Принципиальная схема преобрачователя типа 2450
\uiiopa Т1. схемы оконечного каскада на VT2, VT3 и VT4, модуля компаратора N1 и генератора
тактовых импульсов, реализуемого с помощью микросхемы N2. Модули N] и N2 однотипные.В момент подключения напряжения к преобразователю конденсатор С1 начинает заряжаться
через резистор R2I. Одновременно с этим напряжение подается па электронную систему управ-
.1СНИЯ (N ! N2) через СЮ, С11 и R18, С12. При достижении напряжения около 4 В на С12 интег-
ра.1ьная схема N2 начинает выдавать прямоугольные импульсы на выходе 3, которые через тран¬
зисторы VT2 и VT3 включают и выключают мощный транзистор VT4. В момент включения
транзистора VT4 через трансформатор Т1 проходит коллекторный ток, и на конденсаторе СП
повышается напряжение, которое через резистор RI8 подается на электронный блок управле¬
ния. Таким образом, после подключения преобразователя схема работает в режиме генератора.Время генерации определяется напряжением на конденсаторе С17, который заряжается по
цепи R7,VD5, R6.Если заряд конденсатора С17 достиг определенного значения, то он разряжается через кон¬
такт 7 интегральной схемы N2 и через элементы VD6, R8, R9.Время включения и выключения транзистора VT4 определяется временем заряда и разряда
конденсатора С17. Диод VD7 обеспечивает опорное напряжение на контакте 5 интегральной
схемы N2. Время включения и вык^тючения косвенно определяется и напряжением на конденса-
юре С12. Более высокое напряжение означает более короткие сроки включения.Периодическое включение и выключение транзистора VT4 приводит к накоплению энергии
в 1рансформаторе и вызывает колебат1я в контуре С9 — обмотка 14—16 трансформатора Т1.Ипл\ ктируемое напряжение вызывает ток, который проходит через обмотку 9—1 трансфор-
маюра Г1. конденсатор С13, обмотку накала 5—6, конденсатор С15, обмотку накала 3—4, ис-
ючник 1н1тания и обратно к трансформатору. В этот момент лампа еще не загорелась, она пред¬
варительно подогревается. Ток предварительного подогрева вызывает повышенное напряжение
иа конденсаторе С15. Повышение напряжения приводит к зажиганию стартера, при этом обес-
;1ечиваегся де.мпфирование системы колебательного конт>ра, так как конденсатор С15 замыка¬
йся сравнительно низкоомным газовым разрядником.При зажигании газоразрядной лампы нагрузка увеличивается, напряжение на конденсаторах
С П. С 12 снижается, а вследствие этого увеличивается время включения транзистора VT4, и
напряжение опять повышается. Этот процесс повторяется более чем 20 ООО раз в секунду.На конденсаторе С12 создается напряжение, эквивалентное ламповому напряжению. Если
.вхолное напряжение преобразователя повышается, то вследствие этого повышается и напряже¬
ние на конленсаторах СП, С12. а конденсатор С17 быстрее заряжается и интегральная схема N2
I'bicipee отключает транзистор VT4.Л-1Я обеспечештя оптимального включения мощного транзистора VT4 преобразователь вы¬
ношен в виде резонансного блокирующего преобразователя. Если напряжение колебательного
кон 1\ ра на аноде диода VD10 будет отрицательным, то на коллектор транзистора VT4 не подает-
>. я напряжение. В этот момент транзистор VT3 включает VT4 в проводящее состояние, но так
как лиол VD10 еще заперт, то транзистор VT4 не получает положительного коллекторного
напряжения. Коллекторный ток появляется только после того, как синусоидальное напряжение
колебательного контура прошло нулевую точку. Это приводит к значительному уменьшению по-
:ерь включения. Транзистор VT4 отключается через элементы С8, С1, R15, VT3, R14. В запертом
состоянии транзистора VT4 по цепи база-эмиттер подается отрицательное напряжениеПри помощи компаратора N1 обеспечиваются защитные функции прибора. Его выход (кон¬
такт 3) соединен с входом возврата (контакт 4). Если этот вход имеет тот же потенциал, что и
кон 1 акт 8 (положительный), то схема может работать. Если, наоборот, контакт 4 подключен к
отрицательному потенциалу, то контакт 3 имеет отрицательный гютенциал и остается в этом
состоянии до момента исчезновения условия возврата.Контакты 2 и 6 микросхемы N2 представляют собой триггерный вход, подключающий выход
(контакт 3) на отрицательный потенциал при достижении установленного порогового значения
на контакте 5.116
Контакты 2 и 6 микросхемы NI один раз включаются через диод VD2. В случае отсутствия
люминесцентной лампы транзистор VT1 не переходит в прово дящее состояние, а при подклю
чении рабочего напряжения через резистор R3 заряжается кондеисатор Со, а транзистор
о1 к.1ючаегся через схемы N1/N2. Колебания прекращаются, на конленип оре С11 напряжение
больше не появляезся для питания интегральных схем и транзисторов \Т2 и '/Г4. Гаким обра¬
зом, преобразователь автоматически отключается. Длительность это1 о процесса — всего не¬
сколько микросекундЕсли примененная г азоразрядная .тампа деактивирована, т.е. больше не зажигается, ,котя на¬
гревательные спирали исправны, преобразователь также автоматически отключается и болы tie
не включается.Повторное включение в любом эксплуатационном положении возможно только посте отклк>
чения и вторитаого включения. Прои.звести вторичное включение необходимо не раньше, чем
по истечении 1 с.Ковденсаторы С6, С7, С8, С19 являются вспомогательными или конденсаторами фильтра,
резистор R21 и конденсатор С1 представляют собой входной фильтр, конденсаторы С2, СЗ слу¬
жат для подавления радиопомех.Если вхо дное напряжение снижается ниже 40/20 В, то пропорционально снижается и напря
жение на конденсаторе С12, так что при напряжешш 5 В тактирование прекрашае1ся и пресiopa-
зователь самостоятельно отключае^. сял втономный инвертор типа БИ-0,8- 230 УХЛ4. Гакой инвертор применяе! ся на г!ассажи;х-
ких вагонах поездов дальнего следования и предназначен для преобразования noc's ояннс <г( ■ i > >к -
переменный. Он является источником тока для электробритв, электрических насосов а.ш возл'- uj
ных компрессоров Пигается инвертор как от аккумуляторной батареи, так и от генератора, при i гом-
параметры на выходе преобразователя нешменны.Технические характеристики блока БИ-0,8-230 >’ХЛ4 представлены в табл. 4.5.Таблица 4.5Технические характеристики блока БИ-0,8-230 УХЛ4Параме1рЗначение параметраНоминальная мощность нагрузки, Вт156Выходное напряжение, В230 ± 10 %Номинальный ток нагрузки, А0,8Номинальный коэффициент мощности, С05ф0,85Частота вырабатываемого напряжения, Гц50 ± 5 %Напряжение питающей сети. В:- от генератора50±3- от аккумулятора38 -65Преобразователь БИ-0,8-230 УХЛ4 имеет блочную структуру. Сфуктурная схема преобразо¬
вателя имеет блоки питания; защиты от перегрузки и короткого замыкания; запуска; стабилиза¬
ции частоты и инвертор.Преобразователь (рис. 4.12) представляет собой самовозбуждающийся инвертор (вьшолнен-
ный на полностью управляемых полупрюводниковых приборах), управляемый блоком запуска
на транзисторе УГЗ. Транзисторы УГ5—^УГ8 работают в импульсном режиме как электронные
ключи, подавая на первичные обмотки трансформатора Т импульсы входного напряжения. При
этом во вторичной обмотке трансформатора индуктируется выходное напряжение. При питании
блока от генератора выходное напряжение снимается с контактов Б1 и Б2; при питании от акку¬
муляторной батареи—с контактов Б1—БЗ. Частоту на выходе преобразователя контролирует
блок стабилизации, вьшолненный на транзисторах УГ2 и УГ4, подключенных к дополнитель¬
ным обмоткам трансформатора.117
Рис. 4.12. Электрическая схема преобразователя БИ-0.8-230 УХЛ4При перегрузках и коротких замыканиях блок зашиты, выполненный на микросхемах DA1 и
DA2 и транзисторах VT1, VT9, VTIO. автоматически отключает блок преобразователя. Приве¬
дение блока в исходное состояние после отключения производится отключением питания. По¬
вторное включение при этом производится не ранее, чем через одну минуту. Стабилизацию пи¬
тающего напряжения осуществляют стабилитроны VD2 и VD3 вместе с конденсаторами С1 и
С2. Защиту от случайного изменения полярности питающего напряжения осуществляет диод
VD1. Диоды VD20—VD23 предотвращают возникновение перенапряжений при переключениях
транзисторов VT5—VT8. По конструкции преобразователь состоит из блока управления и сило¬
вого блока, который смонтирован на поддоне. Такая конструкция позволяет быстро производить
замену вышедших из строя элементов.Автономный инвертор БИ-2. Блок инверторов БИ-2 предназначен для питания потребите¬
лей переменного напряжения номинальным током 2 А. Он преобразует постоянное напряжение
(70—150) В в стабилизированное переменное напряжение 220 В, 50 Гц, не имеющее гальвани¬
ческой связи с питающим напряжением. Переменное напряжение стабилизируется благодаря
изменению времени открытого состояния силовых выходных транзисторов.Блок БИ-2 (рис. 4.13) содержит:F — входной помехоподавляющий фильтр;I 1 — входной инвертор напряжения с собственным источником питания;U1 — формирователь обратной связи по напряжению;I 2 — выходной инвертор напряжения с собственным источником питания;U2 — устройство защиты и индикации.Фильтр F содержит конденсаторы С1...СЗ и индуктивность L1. Для предотвращения подачи
другой полярности напряжение на фильтр подается через диод VD1.Входной инвертор напряжения II имеет следующие основные элементы: трансформатор Т;
ключевые ЮВТ транзисторы VG1, VG2; микросхему D1 (ШИМ-контроллер).118
I’lic. 4,п. ')лектричсская схема 1фс(1бр;м('1«исяя i>li-2
Принииг[ рабо1Ы инвертора заключается в !1реооранованин постоянного вхо,дного натфяже-
ния н переменное прямоугольной формы, которое имеет постоянную частоту (30±3) кГц и изме-
чяк)Щ\юся скважность. Это напряжение впоследствии трансформируется и выпрямляется.В\1 >дное напряжение подается чере 5 фильтр F и oб^ютки С1 -И I -К 1 трансформатора Т на кол-
.icKTopb! транзисторов VG1. VG2. Эти транзисторы работают каждый в своем полупериоле. в
резут[ьтате чего на обмотках трансформатора Т наводится переменное напряжение. Управление
транзисторами производится микросхемой DI. которая также выполняет функции запуска, кон¬
троля и защиты транзисторов.Микросхема содержит:- тактовый генератор (вывод 4), частота которого определяется резистором R3 (вывод 5) и
конденсатором С10 (вывод 6), Пилообразное напряжение, сформированное на конденсаторе С10.
г1меет верхний и нижний пороги, соответственно равные 2.8 и 1 В:источник опорного напряжения 5,1 В (вывод 16);устройство плавного запуска (вывод 8). время которого определяется емкостью конденса-
Iора С1I;выходные усилители (выводы 11 и 14), которые выдают импульсы управления транзистора¬
ми VG1 и VG2;операционный усилитель, сравнивающий опорное напряжение (вывод 2) с входным сигна¬
лом (вывод 1) Опорное напряжение поступает с делителя RI, RP], R2, Усиленный и проинтег¬
рированный входной сигнал поступает с микросхемы D3 через резистор R19 и конденсаторы
С7,,,С9;- ШИМ-ко.мпаратор, сравнивающий пилообразное Р1апряжение конденсатора СЮ (вывод 7) с
усиленным входным сигналом (вывод 3). Импульсы напряжения с вьгхода компаратора поступа¬
ют на логическое устройство, которое в свою очередь управляет работой выходных усилителей;блокировку по току транзисторов V’Gl и VG2, которая контролирует сигнал, снимаемый с
тун гов RS1, RS2 и подаваемый на вывод 9 через фильтр с элементами R10, R11, С13. Блокиров¬
ка по току закрывает транзисторы VG1 и VG2 при достижении на выводе 9 уровня сигнала 1 В;- >стройство затциты от пониженного питающего напряжения ниже 9 В на выводе 15. В мо-
,мент включения БИ-2 микросхема питается входны.м напряжением. Оно поступает на выводы
!3 и !5 от эми'ггерного повторителя транзис тора VT!, которьи') открывается током заряда кон¬
денсатора С17. При переходе БИ-2 в режи.м нормальной работы транзистор VT1 закрывается
напряжением открытого диода VD9. и микросхема D1 получает питание от обмотки НЗ—КЗ
через выпрямительный мост V'D12,.,,VD15, диод VDIO и резисторы R16,,.R18. Это напряже¬
ние сглаживается конденсатором С18 и стабилизируется стабилитронами VD6...VD8.Напряжение с обмотки Н2—К2 трансформатора Т через выпрямительный мост V17,..V20
поступает на сглаживающий фильтр L2, L3, С23. Конденсаторы С24, С25 и резисторы R24.. .R27
необходимы для снятия коммутационных перенапряжений.При изменении входного напряжения или нагрузки микросхема по сигналу обратной связи
(по напряжению) изменяет время открытого состояния транзисторов VG1 и VG2, тем самым
осуществляет регулировку напряжения. Уставка напряжения 220 В регулируется потенциомет¬
ром RP1.Регулировка напряжения по сигналу обратной связи (по току) осуществляется также микро¬
схемой DI от шунтов RS1, RS2, если выходной ток БИ-2 превысит 4,2 А, что предотвращает
перегрев блока БИ-2.Формирователь обратной связи по напряжению. Его основным элементом является микро¬
схема D3 (интегральный усилитель с постоянным коэффициентом усиления, не имеющий связи
между входом и выходом).Принцип работы формирователя состоит в том, что напряжение на выходе микросхемы D3
(вывод 7) всегда пропорционально напряжению конденсатора С23, которое поступает на вход
микросхемы D3 (вывод 2) с делителя напряжения R21, R22. Резистор R23 и конденсатор С20
необходимы для увеличения быстродействия схемы в переходных режимах. Входная и выход-120аЬ h для scbist.com
ная части микросхемы D3 получают раздельное питание по 5 В каждая с помощью стабилитро¬
нов VD11 и VD16 и фильтров на конденсаторах С19 и С22 соответственно.Выходной инвертор напряженыя.Его основные элементы — ключевые IGBT транзисторы с
обратными диодами VG3... VG6, микросхема D2 (ШИМ-контроллер), микросхемы D4 и D5 (драй¬
веры IGBT транзисторов).Принцип работы инвертора состоит в преобразовании постоянного напряжения конденсато¬
ра С23 в переменное прямоугольной формы. Это напряжение имеет постоянную скважность и
частоту 50 Гц. Конденсатор С23 подключен непосредственно к ключевым транзисторам
VG3...VG6, которые периодически с изменением полярности подключают напряжение конден¬
сатора С23 к нагрузке БИ-2 через дроссель L4. Обратные диоды в транзисторах VG3...VG6
предусмотрены в схеме для возврата части энергии нагрузки в конденсатор С23 при активно¬
индуктивной нагрузке.Микросхема D2 идентична микросхеме D1. На выводах 11 и 14 присутствуют импульсы уп¬
равления с постоянной частотой 50 Гц, регулировка которой производшся потенциометром RP2.
Импульсы управления с микросхемы D2 поступают на выводы 10 и 12 драйверов D4 и D5, кото¬
рые в свою очередь осуществляют управление транзисторами VG3, VG4 и VG5, VG6 соответ¬
ственно.Узлы схемы D4, VG3, VG4 и D5, VG5, VG6 аналогичны, поэтому рассмотрим работу узлов
D4, VG3, VG4.Драйвер D4 имеет два независимых усилителя тока с защитой от понижения питающего на¬
пряжения ниже 11 В, причем второй имеет гальваническ>'ю развязку меаду входом (вывод 10)
и выходом (вывод 7). Вход и выход первого усилителя: выводы 12 и 1 соответственно.Управление транзистором VG4 осуществляется первым усилителем D4 через резистор R33. а
транзистором VG3 — вторым усилителем через резистор R32.Особенностью питания схем является то, что выходная часть второго усилителя в свой полу-
период времени при закрытом транзисторе VG4 получает питание от конденсатора СЗО (выводы5 и 6), который подзаряжается в противоположный полупериод времени при открытом VG3 че¬
рез диод VD22. Питание на выходную часть первого усилителя и входные части обоих усилите¬
лей подается непосредственно на их выводы 3, 2 и 9, 13 соответственно через фильтры на кон¬
денсаторах С29 и СЗ1.Термоконтакт SK, установленный на радиаторе транзистора VG2, размыкается при темпера¬
туре радиатора более +90 °С и повторно замыкается при температуре менее +75 °С. При размы¬
кании термоконтакта SK на выводы 11 драйверов D4 и D5 поступает напряжение высокого уровня
через резистор R36, при этом запираются усилители в драйверах и закрываются транзисторы
VG3...VG6, что приводит к отключению нагрузки от БИ-2. Таким образом осуществляется за¬
щита БИ-2 от перегрева при нагрузке, превышающей допустимое значение.Низковольтные цепи выходного инвертора БИ-2 получают питание от обмотки Н4—К4 л ранс-
форматора Т через выпрямительный мост VD24...VD27, параметрический стабилизатор, вы¬
полненный на транзисторе VDT3, стабилитронах VD28, VD29, резисторах R24...R29, и стаби¬
лизатор, выполненный на резисторе R31 и стабилитроне VD30.Устройство защиты и индикации U2. Его основным элементом является микросхема D6
(четыре операционных усилителя в одном корпусе).Микросхема D6 получает питание (выводы 4, И) со стабилитрона VD30, а опорное напряже¬
ние 9 В поступает на неинвертирующие входы ее усилителей со стабилитрона VD39.На усилителях D6.3 и D6.4 собрана схема защиты от максимального и минимального напряже¬
ния на нагрузке БИ-2. На входах усилителей (выводы 3, 10) сравнивается опорное напряжение с
напряжением конденсатора С23, которое поступает на их интегрирующие входы (выводы 2, 9) с
общего измерительного делителя R44, R45, R46, RP3 через резисторы R47 и R48 соответственно.При увеличении напряжения на конденсаторе С23, а следовательно, и на нагрузке БИ-2 более
250 В срабатывает усилитель D6.4 и открывается транзистор VT4, подключенный к его выходу
(вывод 8) через резистор R52. Открытие транзистора VT4 вызывает открытие транзистора VT2,121
через транзисторную оптопару VU1, при этом снижается опорное напряжение микросхемы D1,
закрываются ее выходные усилители и транзисторы VG1, VG2, следовательно, БИ-2 отключает¬
ся. Для повторного включения БИ-2 необходимо отключить и через 2 с повторно включить пита¬
ние блока.При снижении напряжения на конденсаторе С23 ниже 110 В (при перегрузке или коротком
замыкании на вылоде) срабатывает усилитель D6.3 и на его выходе (вывод 1) появляется напря¬
жение высокого уровня, которое через резистор R49 и диод VD36 поступает на вход усилителя
D6.4, вызывая его срабатывание и отключение БИ-2. Интегрирующие конденсаторы С39 и С41 с
резисторами R47 и R48 в цепях усилителей D6.3 и D6.4 соответственно предотвращают их сра¬
батывание в переходных режимах. Резисторы R50. R53 и диод VD38 установлены для увеличе¬
ния надежности срабатывания усилителя D6.4. Уставка максимального напряжения 250 В уста¬
навливается с помощью гютенциометра RP3. При пробое транзистора VT3, т.е. при увеличении
напряжения на цепи VD34, R42, R43 более 23 В, открывается диол VD35. при этом также сраба¬
тывает усилитель Dv5.4 и отключается БИ-2.F' I усилителе D6.1 собрана схема индикации БИ-2. которая работает на внещний светодиод
двойного красно-зеленого свечения. На усилителе D6.1 сравнивается опорное напряжение (вы¬
вод 5) с напряжением конденсатора С23, которое поступает на его инвертирующий вход (вывод
6) с делителя R58, RP4, R60 через интегрирующую цепь R59, С48.При напряжении конденсатора С23 более 200 В на выходе D6.1 (вывод 7) присутствует на¬
пряжение низкого уровня и транзистор VT6 открыт. Через открытый транзистор VT6, диод
VD49, резистор R64, контакты А2. АЗ получает питание внешний светодиод (зеленое свечение),
что свидетельствует о нормальной работе БИ-2.При напряжении конденсатора С23 менее 200 В на выходе усилителя D6.1 присутствует на¬
пряжение высокого уровня и открыт транзистор VT5. Через транзистор VT5, резистор R63, ста¬
билитрон VD43, диод VD50, контакты AL АЗ получает питание внешний светодиод (красное
свечение), что свидетельствует о перегрузке или неисправности БИ-2.На усилителе D6.2 собран гетгератор импульсов, который начинает работать при размыкании
[ермоконтакта SK. При этом закрывается диод VD33 и через резистор R41 происходит заряд и
разряд конденсаторов С37, С38. Напряжение этих конденсаторов сравнивается на входе усили¬
теля D6.2 с напряжением резисторного делителя R37...R40, которое в свою очередь изменяется
в зависимости от выходного напряжения усилителя D6.2. Вход усилителя D6.2 через диод VD44
подключен к цепи внешнего красного светодиода, и при работе генератора этот светодиод мига¬
ет с частотой около 1 Гц. Таким образом, при размыкании термоконтакта SK мигающий крас¬
ный светодиод сигнализирует о перегреве транзисторов VG1 и VG2.4.4. Преобразователи электроэнергииПреобразователи электроэнергии серии ИН {инверторного типа). Преобразователи се¬
рии ИН применяются на подвижтюм составе и предназначены для питания потребителей пере¬
менного тока, представляющих собой нагрузку активного, активно-индуктивного, активно-ем¬
костного, емкостного и двигательного характера, от источника электроэнергии постоянного тока.Преобразователи серии ИН имеют широкий диапазон входного напряжения; возможность
работы от источника постоянного тока с большими пульсациями напряжения и значительным
внутренним сопротивлением; большую перегрузочную способность; малые габариты и массу.Преобразователи серии ИН выпускаются с различными техническими данными, на различ¬
ные входное напряжение и мощность. В табл. 4.6 представлены параметры преобразователей
серии ИН, применяемые на подвижном составе.Преобразователи серии ИН допускают включение в режиме холостого хода; включение при
подключенном к выходу потребителя любого характера мощностью от О до 100 % номиналь¬
ного значения; ступенчатое или плавное изменение мощности потребителя от О до 100 %; от¬
ключение при любом значении моищости потребителя.122
Таблица 4.6Технические данные преобразователей серии ИНПараметрЗначение параметраНоминальное входное напряжение, В4860110Диапазон входного напряжения. В, при котором отклонение
выходного напряжения не превышает ±3 %35—6547—8380—150Порог срабатывания защиты, В:
при превышении напряжения
при понижении напряжения7524854516085Ток, потребляемый от источника в режиме холостого хода, не более, А0,4Число фаз выходного напряжения1;3Номинальное выходное переменное напряжение, В220Номинальное линейное напряжение, В220;380Форма кривой выходного напряженияСинусоидальнаяЧастота выходного напряжения, Гц50; 60; 400Полная номинальная выходная мощность, ВА (для разных ввдов ИН)От 1500 до 5000КПД, не менее, %88Уровень ограничения выходного тока при перегрузке или коротком
замьпсании (в зависимости от выходной мощности), АОт 12 до 56Номинальный режим работы преобразователя—продолжитель11ЫЙ. Преобразователи име¬
ют защиту от перегрева, перегрузок и коротких замыканий. В случае устойчивого короткого
замыкания (устойчивой перегрузки) преобразователи отключаются.Допускается повторное включение преобразователя немедленно после ручного или автома¬
тического выключения при работе в любом режиме.Преобразователи имеют следующие виды индикащш: «Работа», «Перегрузка», «Перегрев».Свечение индикатора «Работа» свидетельствует о том, что преобразователь включен и рабо¬
тает в нормальном режиме.Индикатор «Перегрузка» начинает светиться в следующих случаях:- непосредственно после включения преобразователя (через несколько секунд после включе¬
ния гаснет и снова начинает светиться индикатор «Работа»);- при срабатывании защиты от превьппения и понижения напряжения;- при устойчивой перегрузке или устойчивом коротком замыкании в цепи потребителя.Свечение индикатора «Перегрев» свидетельствует о перегреве силовых полупроводниковыхприборов и срабатьшании защитьгНа рис. 4.14 приведена структурная схема преобразователя серии ИН.Преобразователь построен по схеме двойного преобразования электроэнергии с промежу¬
точными звеньями высокой частоты и постоянного тока. Такая схема позволяет уменьшить мас¬
су и размеры преобразователя, снизить уровень шума и повысить КПД. Преобразователь состо¬
ит из двух основных функциональных узлов: конвертора и инвертора.Конвертор содержит входной фильтр, устройство защиты от перенапряжения, преобразова¬
тельный мост, трансформатор, вьшрямитель, фильтр—звено постоянного тока.Входной фильтр предназначен для снижения переменной составляющей напряжения на вхо¬
де преобразовательного моста. Конденсатор фильтра служит также для замыкания переменной
составляющей входного тока преобразовательного моста. Устройство зашдты от перенапряже¬
ния предотвращает электрические перегрузки и повреждения полупроводниковых приборов и
других элементов преобразователя при перенапряжениях во входной цепи.Вход преобразователя должен быть подключен к источнику постоянного тока через автома¬
тический или ручной выключатель и плавкий предохранитель. Выключатель и предохранитель123
юВход+Г'КонверторУстройство защиты от
перенапряжений во
входной цепиТрансформатор Выпрямтель-Lт>ФильтрвходнойМост
преобразовател ьны й1C-XИнвертор>Фильтр-чвено
постоянного токаПлатауправленияинверторомМост
11 реобра ювател ьн ыйI гVлПлатауправленияконвертором 1 Фильтрвыходной-220Выход>1ФильтррадиопомехРис. 4.14. Структурная схема преобразователя серии ИН
д ля разных типов выбираются на номинальный ток, с учетом допустимой кратковременной пе¬
регрузки. Значения этого тока указаны в табл. 4.7.Таблица 4.7Значения номинального тока во входных цепях преобразователей серии ИНТипоразмер ИНЗначение мощности, ВАЗначение тока, АИН 48/2201500; 2000; 360060; 80; 120ИН 60/2201500; 2000; 3600; 400050; 80; 100; 140ИН 110/2201500; 2000; 3600; 4000; 500040; 60; 80; 100; 120Потребители, чувствительные к электромагнитным помехам по цепям гштания (вычислитель¬
ная и электронная аппаратура), и потребители, явх1яющиеся источником электромагнитных по¬
лей (микроволновые печи, электроинструмент), не рекомендуется подключать к одному преоб¬
разователю.Пятисистемный преобразователь FSU1.1. В системе электроснабжения спального вагона
российских железных дорог габарита РИЦ 1-го и 2-го классов с климатической установкой при¬
меняется преобразователь энергии для снабжеш1я вагонных потребителей электроэнергией. Снаб¬
жение вагона электроэнергией осуществляется от сборной шины поезда (СШП) с питанием от
локомотива, поэтому СШП должна постоянно находиться в соединенном состоянии. Преобразо¬
ватель монтируется на раме вагона в подвагонных ящиках (GK1, GK2) и состоит из двух узлов:
пягисистемного преобразователя типа FSU1.1 и инвертора трехфазного тока типа DWR 8.1.Задачей преобразователя энергии является преобразование высоковольтной энергии от СШП
в напряжения, необходимые для бортовой сети вагона.Преобразователь пятисистемный типа FSU 1.1 (рис. 4.15) имеет следующее выходные напря¬
жения (выходы):- 220 В, 50 Гц, 15 кВт для питания омических потребителей отопления: добавочное отопле¬
ние, отопление тамбуров, подогрев компрессора, водоподогреватель, кипятильник, электропли¬
та, обогрев баков для фекалий, нагреватель труб, инвертор DWR 8.1;r~GK2~J Г оклПI Х24Т X2t
-l^^-rAHzW I\лHS^-^^4x13HzSXIOХ12Ш64 I
■^^HzW _?3 !U17IIIГ'p.I|?3^l_JХЩ xi7КII АП j I A12I\ГЪГ^\
I AI81->-Lj-|A2ljT* T|A101-H—\-T2A13LIIь-НLAll I I A14 IA15L2Г[Ч2}T1AllA18X8,DWR| DWR
X9X-^HzРис. 4.15. Функциональная схема пятисистемного преобразователя FSU 1.1125
“НОВ постоянного напряжения мощностью 8 кВт для питания бортовой сети 110 В: отопле¬
ние, вспомогательные устройства, особые потребители, зарядка аккумулятора с ограничением
зарядного тока и регулированием зарядного напряжения в зависимости от температуры. Пита¬
ние однофазного инвертора HWR;- 220 В. 50 Гц, 3 кВА (выход HWR) для подключения моторных потребителей: двигатель
вентилятора, холодильник, батарейный вентилятор; для питания штепсельных розеток и маг¬
нитных клапанов холодильной установки;- 3x220 В, 50 Гц, 23 кВА (выход преобразователя DWR 8.1) для подключения двигателей
холодильной установки (компрессора, двух вентиляторов и конденсаторов). Этот выход обеспе¬
чивает возможность регулирования напряжения и частоты.Преобразователь FSU1.1 подключен к СШП через высоковольтный приборный ящик и рас¬
считан на напряжения: 1000 В 16...50 Гц; 1500 В постоянного напряжения; 1500 В 15...51 Гц;
3000 F3 постоянного напряжения; 3000 В 49...51 Гц.Указанные напряжения проходят через входной вьтрямитель преобразователя. Только на¬
пряжение 3000 В 50 Гц подается непосредственно на главный трансформатор преобразователя.При наличии высокого напряжения (не менее 550 В) на СШП пятисистемный преобразова¬
тель FSU 1.1 автоматически включается.На рис. 4.15 представлена функциональная схема пятисистемного преобразователя FSU 1.1.Назначение основных элементов преобразователя следующее.Высоковольтный инвертор (А 15) с ком.мутационным дросселем Г2 служит для преобразова¬
ния постоянного тока в переменный; состоит из двух инверторов, установленных в одном блоке.
Его схема представляет собой инвертор с искусственной коммутацией с помощью конденсатора.В зависимости от величины питающего напряжения на СШП оба инвертора группируются
переключающим устройством. При постоянном напряжении 3 кВ оба инвертора включены пос¬
ледовательно (на каждый 1,5 кВ). При напряжении 1.5 и 1кВ они включаются параллельно.Выпрямитель (А 12) используется для четырех напряжений системы: 1,5 кВ постоянного тока,
3 кВ постоянного тока, 1,5 кВ/50 Гц и 1кВ, 16 Гц. Он состоит из восьми высоковольтных диодов,
_\становленных в столбиках по 2 щт. и включенных параллельно. Параллельно каждому диоду
присоединено сопротивление для статического распределения напряжения.Переключающее и группировочное устройство (АП), с помощью которого функциональные
блоки соединяются в работоспособную установку. Устройство управления, вместе с устройством
выбора высокого напряжения (HzW), опознает подаваемое напряжение и в соответствии с этим
производит необходимые переключения. При питающем напряжении 3 кВ обе части высоко¬
вольтного инвертора (А 15) включены последовательно. При напряжении 1.5 кВ постоянного
тока и 1 кВ, 1.5 кВ переменного тока обе части инвертора включаются параалельно. Напряже¬
ние 3 кВ переменного тока подается непосредственно на трансформатор, минуя инвертор.Конденсаторные блоки (А 13 и А14) служат фильтра.ми для обоих инверторов. Оба блока со¬
держат по 32 конденсатора общей емкостью 1 мФ. В каждом блоке имеется специальный узел
для контроля напряжения. При повыщении или понижении напряжения на одном из блоков про¬
исходит отключение от сборной щины поезда.Блок добавочных сопротивлений (А17) предназначен (вместе с дросселем, размещенным в
приборном ящике GK1) для апериодической зарядки конденсаторов фильтра с демпфировани¬
ем. Состоит из четырех сопротивлений, соединенных последовательно. Эти сопротивления пос¬
ле включения главного контактора замыкаются накоротко.Главный трансформатор (Т1) состоит из четырех первичных и трех вторичных обмоток.
При помощи переключающего устройства (АП) при различных напряжениях на сборной щине
поезда напряжение на вторичных обмотках примерно одинаковое (табл. 4.8).Трансформатор для согласования частоты (А18/Т2) с коэффициентом трансформации 1/3
подключен К вторичной обмотке DWR главного трансформатора и служит для питания блока
управления А101.126
Таблица 4.1Напряжение на вторичных обмотках трансформатора при различных напряжениях на СШПНапряжение на С111ПНоминальное напряжение на выходе трансформатора Т1, ВDWRBLGHz1 кВ/16 Гц6002502141,5 кВ/50 Гц520241198,53 кВ/50 Гц5772682201,5 кВ постоянного тока5772682213 кВ постоянного тока577268221Устройство выбора высокого напряжения (HzW) предназначено для автоматического при¬
ведения потребителей в соответствие с подведенным от СШП напряжением и вьшолняет следу¬
ющие задачи; опознавание имеющейся системы тока и замер напряжения на СШП, управление
переключающими устройствами и силовыми контакторами в соответствии с имеющейся систе¬
мой, контроль потребителей на правильность группировки после переключения, блокировку
потребителей при превышении максимального напряжения, предотвращая отбор энергии от ак¬
кумуляторной батареи вагона при отсутствии высокого напряжения.Устройство HzW питается от аккумуляторной батареи вагона и имеет внутренний преобразо¬
ватель необходимых напряжений. Работа внутреннего преобразователя зависит от наличия вы¬
сокого напряжения. Выбор системы осуществляется через измерительную схему, подключен¬
ную к входу (вывод 54) устройства. Вывод 54 является контрольным, напряжение на нем в лю¬
бом положении должно составлять 1 ООО В. Если напряжение выходит за допустимые пределы,
ТО устройство выбора напряжения отключает преобразователь.Преобразователь напряжения (А 18/U1) контролирует входное напряжение преобразователя
FSU1.1.Дроссель с динамической защитой от перенапряжения GK1 установлен в подвагонном ящике
и предназначен для ограничения напряжения на конденсаторах фильтра при подключении на¬
пряжения или повторном включении после обрыва сборной шины.Преобразователи тока (U1 и U2) служат для контроля входного тока преобразователя FSU1.1 (U1)
и входного тока главного трансформатора (U2). Оба преобразователя в случае превьш1ения пре¬
дельных значений токов обеспечивают немедленное отключение главного контактора.Релейный узел (А21) содержит два вакуумных реле и один зажим. Задачей вакуумных реле
является параллельное включение конденсаторных блоков при напряжении 1 кВ/16 Гц.Дроссель для зарядки аккумуляторной батареи (А20) вместе с конденсаторами сглаживает
зарядный ток батареи.Блок управления (А 101) содержит платы и элементы управления, а именно: платы обработки
данных измерений; контроля напряжения и тока; управления/генеращ1и импульсов; плату око¬
нечного импульсного каскада; преобразователи и реле.Табло контакторов и реле вместе с блоком управления служат для управления процессами
коммутации блоков преобразователя FSU 1.1. Необходимыми условиями работы блока управле¬
ния являются наличие напряжения аккумуляторной батареи и температуры в яидаке выше -25 °С.Зарядное устройство батареи BLG осуществляет зарядку аккумуляторной батареи в зависи¬
мости ОТ температуры воздуха в батарейном ящике регулированием зарядного напряжения.
В диапазоне -50 ...+10°СС/з=141,5В;от+10до+50°С напряжение линейно снижается на 0,29 В
на градус и составляет при температуре +50 °С 129,9 В.Вспомогательный преобразователь HWR служит для питания вентиляционного агрегата в
крьш1е вагона и вентилятора преобразователя. Он автоматически включается с включением пре¬
образователя FSU1.1, а также работает при проведении заряда в батарейном режиме до дости¬
жения напряжения аккумуляторной батареи 93 В.127
Подогрев ящика (Е2.. .Е13), в котором находятся четыре группы нагревателей по три нагрева¬
теля в каждой, расположены под нижними покрывающими плитами мощностью 2,7 кВт при
напряжении 3 кВ. При напряжении 1,5 и 1 кВ мошрость снижается. Они включаются при темпе¬
ратуре наружного воздуха ниже -25 °С.В системе электроснабжения спального вагона российских железных дорог габарита РИЦ
1 -го и 2-го классов с климатической установкой наряду с пятисистемным преобразователем FSU1.1
применяется инвертор трехфазного тока DWR 8.1, который предназначен для питания двигате¬
лей холодильной установкиТехнические данные инвертора приведены в табл. 4.9,Таблица 4.9Технические данные инвертора DWR 8.1ПараметрЗначение параметраВходное напряжение:■Постоянное 570 В ± 36 %;Переменное однофазное частотой 50 Гц
Переменное однофазное 16 Гц
(синусоидальное или прямоугольное)Выходное напряжениеПеременное трехфазное с регулированием напряжения и частоты с
неизменяющимся соотношением U/f (132—272 В, 27—70 Гц)
(прямоугольное)Номинальная мощность23 кВт при длительном режиме
45 кВт кратковременноМасса500 кгОхлаждениеСамоохлаждение (под вагоном)Структурная схема инвертора представлена на рис. 4.16.Инвертор имеет атедуюш51е модули: выпрямитель GR; фильтр промежуточного контура 2ЖК.;
короткозамыкатель KS; инвертор WR; блок управления ST.128
Выпрямитель выполнен по управляемой несимметричной мостовой схеме и служит регуля¬
тором напряжения и тока. Управление выпрямителем осуществляется таким образо.м, чтобы
напряжение на конденсаторе промежуточного контура оставалось неизменным при изменении
входного напряжения в .тиапазонс ±30 %,Фильтр промежугочного контура состоит из дросселя Lz и конденсатора Cz, Фильтр с,дужит
для образования среднего значения и ограничения тока выпрямителя, а также для сглаживания
напряжения промежуточного контура и обеспечения реактивной мощности для индуктивных
потребителей. Во время динамических изменений нагрузки инвертор по.чучает питание от кон¬
денсатора промежуточного контура. Конденсатор по своей емкости рассчитан на максимальн1ае
подключаемые нагрузки,Короткозамыкатель закорачивает вход инвертора (предотвращает разряд конденсатора про¬
межуточного контура через инвертор при возникновении неисправности) и таким образом за¬
щищает его от перегрузки. Дополнительный токоофаничиваюший реактор ограничивает ток в
тиристоре.Инвертор выполнен в виде шестиимпульсной мостовой схемы с тиристорами в ветвях гаше¬
ния и представляет собой жесткую сеть трехфазного тока, обеспечивая подключение любых
частичных нагрузок.Блок управления контролирует величину напряжения промежуточного контура. Изменение
напряжения промежуточного контура зависит от изменения нагрузки на выходах инвертора трех¬
фазного тока. При подключении нагрузки напряжение снижается, а при снятии повыишется
Блок управления, регулируя работу выпрямителя, компенсирует изменение нагрузки, те. напря
жение промежуточного контура. В установившемся режиме инвертора трехфазного тока выход
устанавливается на заданное значение промежуточного контура.Инвертор имеет ряд защитных функций, которые обеспечивают защиту самого прибора и
подключенных потребителей. Для этого осуществляется контроль ряда параметров. В зависи¬
мости от вида превышения предельных значений производится рабочее или защитное отклю¬
чение.Защитное отключение осуществляется короткозамыкающим тиристором VI3 при превыше¬
нии максимального напряжения промежуточного контура и при недопустимом превышении тока
на выходе инвертора. Два быстродействующих полупроводниковых предохранителя (на схеме
не показаны) защищают вход инвертора трехфазного тока от токов короткого замыкания.При снижении напряжения сети ниже определенного минимального значения во время эксп¬
луатации производится отключение, но блок управления DWR остается в режиме готовности,
те. при повышении напряжения опять включается.Инвертор имеет устройство сигнализации помех. Если в инверторе возникает одна из следу¬
ющих помех, то устройство сигнализирует о помехе и инвертор отключается. Возможными по¬
мехами являются;- коммутационный ток в инверторе слишком высок;
ток промежуточного контура слишком высок;- напряжение промежуточного контура слишком высоко;- помеха питания управляющим током;~ отсутствие дозарядки конденсаторов в коммутационной цепи инвертора.Через 5 с после возникновения помехи производятся до четырех попыток повторного вклю¬
чения инвертора. Если помеха остается, инвертор отключается. Вторичное включение возмож¬
но только после отключения питания.Регулировка выходного напряжения (напряжения-частоты) производится через аналоговое
значение рабочей точки инвертора. Сигнал управления подается электронным регулятором тем¬
пературы установки кондиционирования в виде постоянного напряжения от О до 10 В. Значения
этих сигналов следующие: 0.. .< 1 В — выключено, > 1 В — команда включения, 2,2 В — выход¬
ное напряжение 132 В с частотой 27 Гц, 8,2 В — выходное напряжение 272 В с частотой 60 Гц,
10 В — напряжение частотой 70 Гц.129
Контрольные вопросы1. Опишите назначение выпрямителей.2. Чему равно максимальное обратное напряжение в двухполупериодной однофазной схеме
выпрямителя?3. Перечислите достоинства трехфазных схем выпрямления.4. Перечислите достоинства управляемых выпрямителей.5. Что изменяется при изменении угла регулирования а в управляемых выпрямителях?6. Каково назначение интервала коммутации у в управляемых выпрямителях?7. Каково назначение трансформатора lu4ml в схеме выпрямительного устройства вагона
типа К/Ки?8. Что такое инвертирование постоянного тока?Каков принцип действия инверторов?10. В чем отличие зависимых и автономных инверторов друг от друга?11. Чем определяется устойчивая работа зависимых инверторов на тиристорах?12 .На каком подвижном составе применяются зависимые инверторы?13. На какие классы делятся автоно.мные инверторы?14. Расскажите о назначении автономных инверторов на пассажирских вагонах.15. В чем отличие пускорегулирующих аппаратов типов ША40А-50 и 1ПА20А58-110?16. Каково назначение автономного инвертора БП-0,8-230УХЛ4?17. Опишите структуру построения преобразователя серии ИН.18. Перечислите виды индикации преобразователя серии ИН.19. Каково назначение пятисистемного преобразователя типа FSU 1.1?20. Опишите особенности работы инвертора трехфазного тока DWR 8.1.21. Каково назначение инвертора трехфазного тока DWR 8.1?22. Каково назначение промежуточного контура инвертора DWR 8.1?23. Как осуществляется регулировка выходного напряжения инвертора трехфазного тока
DWR8.1?аЬ h для scbist.com
Глава 5ЭЛЕКТРОННЫЕ блоки ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ5.1. Устройство управления и регулирования системой автономного
электроснабженияВ начале 60-х годов прошлого века в электронных устройствах начали применяться полупро¬
водниковые приборы. Это привело к повышению надежности, уменьшению габаритов, массы и
потребляемой мощности всех этих устройств. В настоящее время на железнодорожном транс¬
порте нет ни одного электронного устройства, в которых применялись бы электровакуумные
или ионные приборы.Развитие железнодорожной техники привело к тому, что в системах электроснабжения пас¬
сажирских вагонов стали широко применяться блочно-модульные конструкции. Электронные
блоки используются в качестве регулирующих, управляющих, контрольных и защитных уст¬
ройств. Применение электронных блоков позволяет быстро монтировать необходимые схемы
различной сложности и назначения и при выходе блоков из строя (в минимально короткие сро¬
ки) выполнять необходимый ремонт простой заменой дефектного блока на новый или заранее
отремонтированный. Кроме этого такая конструкция позволяет выполнять модернизацию и из¬
менять конструкцию систем простой заменой блоков на другие — с качественно новыми типа¬
ми электронных устройств и элементной базой.Блочная конструкция позволяет выполнять монтаж печатных плат и электронных элементов
автоматически, что в свою очередь повышает качество и надежность работы электронных блоков.Применение интегральных микросхем (совокупность взаимосвязанных элементов, выпол¬
ненных на одной подложке и выполняющих определенную функцию) позволило еще больше
увеличить плотность монтажа электронных устройств и снизить их массу и габариты.Применение блочной конструкции позволило уменьшить не только габариты и массу аппара¬
туры, но и упростить ее монтаж, а также контролировать работу элементов электрической сети и
производить диагностику самих блоков с помощью встроенных систем.В nacTOHUiee время электронные блоки применяются в различных устройствах систем элект¬
роснабжения пассажирских вагонов, некоторые из них были рассмотрены выше.Одним из примеров блочного построения электронной системы, применяемой на подвижном
составе, является устройство регулирования и управления системой автономного электроснаб¬
жения RGA 5-32 кВт типа 2470.Устройство для регулирования и управления системы автономного электроснабжения RGA5-32 кВт
типа 2470 смонтировано в одном корпусе и состоит из следующих блоков: диагностики Х52, вход¬
ного FGE, мощности NGL, регулирования и управления EGR, защиты генератора EGS, управле¬
ния зарядом аккумуляторной батареи ЕВТ, электроснабжения GSN, электронной защиты от мини¬
мального напряжения FLS и сигнализации перегрева генератора 1К51.Общий вид этого устройства представлен на рис. 5.1.Устройство вьшолняет следующие функции регулирования: напряжения генератора, тока ак¬
кумуляторной батареи, тока генератора в зависимости от тока возбуждения (ограничение вра¬
щающего момента) и температуры обмотки генератора.Это устройство также обеспечивает следующие функции защиты: от короткого замыкания,
от пониженного напряжения в случае обрыва датчика истинного значения напряжения, аварий¬
ную защиту, трехступенчатую защиту от минимального напряжения, ограничение тока возбуж¬
дения и перенапряжения генератора.131
F^HC. xl. Обишй вил устройства управления и регулирования системы автономногоэлектросиабженнч RGA-32 кВтБлоки системы имеют одинаковую конструкцию. Электрические схемы выполнены на печат¬
ных платах с электронными элементами. Лицевая панель блоков имеет элементы с креплениями
и сигнальные устройства. Электрические соединения блоков осуществляются с помощью мно¬
гополюсных штепсельных соединителей со штифтами для правильной установки блока. Пита¬
ние устройства осуществляется от аккумуляторной батареи 110 В.С помощью несложной схемы, которая собрана и расположена вне устройства регулирова¬
ния. можно в любой момент проверить работоспособность системы. Через специальную планку
с гнездами для подключения обеспечивается возможность диагностики всех важных функций и
контроль состояния установки даже при неработающем генераторе.Каждый блок устройства выполняет определенную функцию. Блок Х52 позволяет проводить
диагностику всех возможных функций регулятора как при вращающемся, так и неподвижном
генераторе.Входной блок FGf'. является помехоподавляющей и защитной ступенью. Он содержит поме-
хоподавляюший и входной фильтры, устройство контроля холостого хода и устройство коротко¬
го замь'.кания при аварии.Б.юк мощности NGL является электронным силовым выюзючателем, включаемым и выклю¬
чаемым через входы управления с разделением потенциалов, В случае надобности выключатель
самостоятельно производит включение при подаче коммутационного напряжения. Задачей бло¬
ка является регулирование воздействия на ток возбуждения генератора.Блок регулирования и управления EGR предназначен для управления блоком мощности NGL
в системе регулирования возбуждения генератора. Блок содержит регулирующие усилители на¬
пряжения и тока. Усилитель тока используется для ограничения тока аккумуляторной батареи.
Блок подключен к регулирующему усилителю устройства зашиты генератора EGS.Блок зашиты генератора EGS является составной частью системы регулирования возбужде¬
ния генератора. Задачей блока является зашита генератора от электрической и температурной
перегрузок, а его привода — от механической перегрузки. Блок производит регулировку мощно¬
сти в зависимости от температуры генератора и скорости вращения привода в данный момент. В
определенных условиях эта мощность может значительно превышать номинальную. При взаи¬
модействии с блоком EGR блок защиты обеспечивает ограничение генераторного тока, темпера¬
туры генератора и момента вращения с возможностью выбора одной из четырех ступеней.Блок ЕВТ позволяет управлять зарядным напряжением в зависимости от температуры возду¬
ха в ящике для аккумуляторной батареи, если зарядка батареи осуществляется от генераторной
установки с подключением температурного щупа (датчика). Блок может работать в зависимости
от температуры в двух режимах: повышения или снижения зарядного напряжения и только сни¬
жения зарядного напряжения. Работоспособность температурного щупа постоянно контролиру¬
ется. В случае дефекта щупа блок отключается и выдает номинальное напряжение.Блок электроснабжения GSN снабжает электронные узлы рабочим напряжением от сети по¬
стоянного тока 110 В и вырабатывает два стабилизированных напряжения +15 и -5 В относи¬
тельно к отрицательному потенциалу входной сети постоянного тока 110 В.132
Электронная защита от минимального напряжения FLS служит для включения и выключенр'я
потребителей вагона в завиеимоаи от условий подачи электроэнергии и от напряжения аккумуля¬
торной батареи. Этот блок заменяет собой реле минимальною напряжения. В случае применения
нескольких блоков FLS возможно поочередное включение или выключение потребителей, причем
обеспечивается принудительная последовательность включения или отюпочения.Устройство сигнализации перегрева генератора 1К51 при помощи блока EGS сигнализирует
о превыщении температуры генератора и подает сигнал о необходимости снижения тока генера¬
тора более чем наполовину вследствие повыщенной температуры генератора. С помои(ью реле
удержания подается сигнал, свободный от потенциала, который сохраняется до возврата реле.Принцип действия устройства управления и регулирования. Регулятор возбуждения rei e
ратора работает по принципу переключающего регулятора с постоянной частотой. Переключе¬
ние осуществляет специальный блок (силовой блок NGL), включенный перед обмоткой возбуж¬
дения. Регулируемые величины (напряжение leneparopa. ток батареи, ток генерагора, ток об¬
мотки возбуждения) замеряются специальными измерительными звеньями, сравниваются с
заданными значениями и обрабатываются соответствующими регулирующими усилителями.Напряжение с выходов этих усилителей подаел ся на щиротно-импульсньгй модулятор. Вы¬
ходное напряжение того усилителя, значение которого максимально превышает заданное, в мо¬
дуляторе сравнивается с пилообразным напряжением частотой i кГц и преобразуется в прямоу¬
гольный сигнал, коэффициент заполнения которого соответствует напряжению регулируютчс] >;
усилителя. Этот прямоугольный сигнал управляет силовы.м блоком NGL.Таким образом, напряжение генератора регулируется в зависимости от периодического (так¬
тированного) подключения обмотки возбуждения блоком NGL, что обеспечивает иеобхоли\!Ь!Й
средний ток возбуждения.Если на обмотку возбуждения подается нетактарованное напряжение более 70 В, то это сви¬
детельствует о значительной неисправности. При этом вход регулятора возбуждения замыкает¬
ся накоротко блоком аварийной защиты (входной блок FGE), и, вследствие увеличения тока,
перегорает предохранитель и отключает блок FGE вместе с обмотками возбуждения.Если напряжение генератора превышает максимальное значение или на выходе датчиков на¬
пряжения и тока генератора имеется низкое напряжение (вследствие выхода датчиков из строя),
то блок NGL отключает обмотку возбуждения и генератор перестает возбуждаться.Для обеспечения защиты привода генератора от перегрузки устройство уменьшает генера¬
торный ток в зависимости от тока возбуждения, обеспечивая ограничение осуществляемого при¬
водом вращающего момента.По значениям тока обмотки возбуждения и напряжения обмотки возбуждения автоматически
определяется сопротивление обмотки возбуждения, которое в свою очередь зависит от темпера¬
туры обмоток генератора. Если сопротивление обмотки возбуждения превышает определенное
значение, то генераторный ток уменьшается до снижения значения температуры обмоток гене¬
ратора.Напряжение управления для обработки данных регулятора возбуждения генератора обеспе¬
чивается с помощью трансвертора (блок GSN) из напряжения питания регулятора.Для проверки работоспособности регулятора возбуждения при неработающем генераторе на
обмотку возбуждения через силовой блок подается напряжение питания регулятора.Электронная защита от минимального напряжения отключает или включает различные на-
фузки в зависимости от напряжения аккумуляторной батареи или генератора.Защитные устройства. В устройстве регулирования и управления имеется ряд защитных
схем, обеспечивающих предотвращение отрицательных влияний на устройство, возникающих
при аварийных ситуациях. В силовом блоке NGE содержится защитная схема, предотвращаю¬
щая перегрузку транзисторной ступени переключения. Если мощность потерь на одном из мощ¬
ных транзисторов становится слишком высокой, то он немедленно отключается, вследствие чего
ограничивается нагрузочный ток. Кроме этого, при необходимости осуществляется ограниче¬
ние тока возбуждения при помощи блока EGS.133
в случае обрыва датчика измерения действительного значения напряжения или неконтроли¬
руемого повышения напряжения при перегорании предохранителя схема зашиты запирает тран¬
зисторную ступень блока NGL, и возбуждение генератора прекрашается.Блок EGR имеет две ступени защиты. Одна контролирует входное напряжение самого регу¬
лирующего усилителя, а другая — выходное напряжение усилителя генераторного тока. Oi-
клонение этих параметров от нормального значения приводит к уменьшению возбуждения
генератора.Блок питания GSN снабжен слаботочным предохранителем, который срабатывает при дефек¬
те самого трансвертора или при увеличении напряжения питания.Сигнализация состояния устройства управления и регулирования. Электроснабжение всех
блоков регулятора осуществляется через трансвертор (блок питания GSN) от аккумуляторной
батареи вагона. Рабочее состояние трансвертора сигнализируется горящим светодиодом на бло¬
ке GSN (см. рис. 5.1).При работе генератора во время движения на распределительном щите в купе проводника
горят два светодиода; «генератор» и «возбуждение генератора», сигнализируя о нормальном
режиме работы генератора. При нормальном режиме работы устройство поддерживает напря¬
жение генератора величиной 141 В.В момент превышения одного из заданных значений регулятор начинает работать, те.
регулировать напряжение. Силовой блок снижает напряжение возбуждения, что сигнализирует¬
ся более ярким свечением светодиода «U^<» на блоке EGR (см. рис. 5.1). При этом интенсив¬
ность свечения является мерой ослабления поля возбуждения. В противоположность этому све¬
чение светодиода на распределительном щите «возбуждение генератора» уменьшается.Если ток аккумуляторной батареи превышает заданные значения, то начинает действовать
регулятор тока батареи. Во время регулирования батарейного тока светится светодиод «I» на
блоке EGR (см. рис. 5.1). Если регулятор переходит от регулирования тока на регулирование
напряжения, то начинает светиться соответствующий светодиод. Регулирование тока генерато¬
ра сигнализируется свечением светодиода « I » на блоке EGS.Если невозможна или затруднена передача вращающего момента через привод генератора
при низких оборотах, то начинает действовать регулятор тока генератора в зависимости от тока
возбуждения, так как потребность генератора в токе возбуждения зависит и от скорости враще¬
ния генератора. Этот режим работы регулятора сигнализируется свечением светодиода «М» на
блоке EGS (см. рис. 5.1).Если генератор долго работает при полной мощности или при неблагоприятных условиях
охлаждения существует опасность перегрева, то начинает действовать регулирование генера¬
торного тока в зависимости от температуры обмоток генератора. В этом режиме на блоке EGS
дополнительно к горящим светодиода.м «I» или «М» загорается светодиод «Т». Причиной свече¬
ния светодиода «Т» также является недопустимая работа генератора на двух фазах.Электронная защита от минимального напряжения (блоки FLS) может состоять из несколь¬
ких ступеней с прямой и обратной блокировкой, те. следующая ступень включается только в
том случае, если предыдущая включена, аналогично происходит и отключение. Светодиод EIN
на блоке FLS светится, если нагрузка подключена.Светодиод красного цвета на блоке 1К51 (см. рис. 5.1) светится, когда температура обмоток
генератора превышает норму.5.2. Конструкция блоков устройства управления и регулирования
автономного электроснабженияВходной блок FGE. Блок FGE применяется в качестве помехонодавляющего блока и защит¬
ной ступени для силового блока NGL. Блок содержит входной и помехоподавляющий фильтры,
блок контроля холостого хода и устройство короткого замыкания при аварии (рис. 5.2).134
Пр XIХ2тL2С2VT2/1R61/VJ3R8R9Ч,ХЗ R1VD22-VT1R2Х4УОФ \7L1Х5У04R4 I С1VD6'^ 7 ^ JC4j. 3 С5_ _ С6_ _R7 VD82i ■=!^СЗR10Х6WR3i-ДR5L2Рис. 5.2. Схема входного блока FGEВысокочастотный фильтр является защитой от высокочастотных колебаний, возникающих
в силовом блоке при включении и выключении напряжения возбуждения. Фильтр состоит из
дросселя L2 с сердечником и конденсаторов С4 и Сб.В цепи холостого хода между контактами Х4 и Х5 последовательно с диодом холостого хода
VD1 включена индуктивность L1. Эта индуктивность уменьщает потери транзисторов при вклю¬
чении силового блока NGL, отдавая им энергию, накопленную во время холостого хода. Сопро¬
тивление R3, включенное параллельно индуктивности L1, ограничивает отрицательный бросок
напряжения возбуждения, вызванный индуктивностью L1.Устройство аварийной защиты контролирует периодические отключения напряжения обмот¬
ки возбуждения силовым блоком (контакт Х6, контроль поля возбуждения). Если тактирование
напряжения возбуждения отсутствует, например, при неисправности силового блока или блока
управления, то открывается тиристор VS1, замыкающий накоротко всю систему регулирования
с полем возбуждения генератора. Это приводит к сраба1ыванию предохранителя «Пр», вю1ю-
ченного перед входом (контакт X1), а вместе с тем к отсоединению от источника напряжения
системы регулирования с полем возбуждения. Увеличение напряжения короткого замыкания при
аварии (нетактированного) до значения 75 В происходит за время не более 0,3 с.В случае тактированного сигнала, если напряжение возбуждения периодически отключает¬
ся, конденсатор С1 постоянно разряжается во время отсутствия сигнала через транзистор VT1.
Для контроля работоспособности блока на вход аварийной защиты (контакт ХЗ) подается напря¬
жение установки. Транзистор при этом запирается, и аварийная защита срабатывает даже при
тактированном сигнале..35
Назначение контактов в схе.ме следующее: XI - вход; Х2 — переход к силовому блоку; ХЗ
испытательный вход аварийной защиты; Х4 - минус установки; .Х5 — переход от сшювого
блока; Х6 выход поля возбуждения,Б.юк регулирования и управления EGR. Блок EGR предназначен для управления блоком
мощности NGL в системе регулирования. Блок содержит регулирующий усилитель напряжения
и регулирующий усилитель тока. Усилители допускают изменение (регулировку) заданных зна¬
чений (рис. 5.3).Блок имеет вход для подключения устройства защиты генератора EGS. При подаче положи¬
тельного рабочего напряжения на контакты XI и Х9 загорается светодиод В1, сигнализируя о
готовности блока к работе.Основным элементом блока является интегральная схема N2. В.месте с присоединенными к
ней элементами она выполняет следующие функции:•- регулирующего усилителя напряжения (R19, R20, R24. С8, С9. С14);- датчика заданных значений;- генератора пилообразных колебаний (R23, С12);-- щиротно-импульсного модулятора;-- защиты от пониженного напряжения.Значение регулируемого напряжения подается на входы: ХЗ (напряжение 110 В) и Х4 (напря¬
жение 24 В), потом через делитель напряжения R14, R15. R16 и Р1 — на вход интегральной
схемы N2, где сравнивается с заданным значением и пилообразной формой напряжения в щи-
ротно-импульсном модуляторе. Преобразованный в прямоугольный сигнал частотой 1 Гц с оп¬
ределенным коэффициентом заполнения (сигнал с щиротной модуляцией) с выхода микросхе¬
мы через светодиод ВЗ подается на фазоинверторный усилительный каскад (VT4), выход кото¬
рого соединен с входом блока мощности NGL (XI5). Таки.м образом, обмотка возбуждения
подключается к постоянному напряжению генератора с частотой 1 Гц в соответствии с коэффи¬
циентом заполнения. Средний ток, проходящий через обмотку возбуждения, обеспечивает со¬
блюдение заданного значения регулируемого напряжения генератора. Чем меньше коэффици¬
ент заполнения, тем меньше ток обмотки возбуждения. Интенсивность свечения светодиода ВЗ
является мерой ослабления поля возбуждения.Через контакт Х5 блока возможно изменение (регулировка) заданных значений для контак¬
тов ХЗ и Х4. Контакт Х5 может быть использован для подключения устройств управления за¬
рядным напряжением аккумуляторной батареи в зависимости от температуры.Внутренняя защита от пониженного напряжения срабатывает при недопустимом снижении
напряжения на входе контакта Х5, что приводит к выключению транзистора VT4 и запиранию
блока мощности NGL.Управление широтно-импульсным модулятором возможно и через вход контакта XII, к кото¬
рому подключен блок защиты генератора EGS.Устройство защиты от пониженного напряжения используется для контроля работы регуля¬
тора тока в блоке защиты генератора EGS. Оно срабатывает, если напряжение на его контакте
Х2 снижается ниже 1,6 В.Элементы R22, R25, СП составляют так называемое задерживающее звено, которое обеспе¬
чивает медленное увеличение коэффициента заполнения при пуске регулятора или после сраба¬
тывания защиты.Для контроля величины коэффициента заполнения на контакт Х14 выводится эталонное на¬
пряжение.Значение регулируемого тока контролируется датчиком, подключенным через контакты Х7 и
Х8 к усилителю тока N1. Выходное напряжение через транзистор VT2 подается на широтно¬
импульсный модулятор, где тоже влияет на коэффициент заполнения. При этом включается тран¬
зистор VT1 и светодиод В2 начинает светиться, сигнализируя об ограничении тока. Через кон¬
такт Х6 можно изменять заданное значение регулируемого тока.136
U)Рис. 5.3. Схема блока регулирован и и viipaii.icsitin I GR
Контакты Х12 и Х13 используются для контроля выходного усилителя узла защиты генерато¬
ра EGS от перенапряжения: XI2 — защита от перенапряжения более 110 В, а XI3 — защита от
перенапряжения 3,8 В.Назначение контактов:XI — положительное рабочее напряжение;Х2 — защита от пониженного напряжения;ХЗ — вход 1, регулируемое напряжение (110 В);Х4 — вход 2, регулируемое напряжение (24 В);Х5 — регулировка заданного значения напряжения;Х6 — регулировка заданного значения тока;Х7, Х8 — подключение щунта (датчика тока);Х9 — рабочее напряжение;X10 — отрицательное рабочее напряжение;.XII — вход щиротно-импульсного модулятора;Х!2 - защита от перенапряжения 1 ( > 110 В);XI3 — защита от перенапряжения 2 (3,8 В);XI4 — выход эталонного напряжения;X15 — выход.Силовой блок NGL. Этот блок является защищенным от токовой перегрузки электронным
силовым выключателем, срабатывающим через входы управления с разделением потенциалов.
При необходимости выключатель имеет воз.\южность отключиться с по.мощью подачи коммута¬
ционного напряжения (рис. 5.4).Силовой блок состоит из двух мощных транзисторов VT2 и VT3. включенных параллельно и
работающих в двухтактном режиме, и трансформатора Т1. Нагрузка (обмотка возбуждения) под¬
ключается к контакту Х6. Напряжение возбуждения подается на контакт Х2.Через вход X1 подается напряжение самовозбуждения, что позволяет включиться транзисто¬
ру VT3 уже при малом входном напряжении. Дальнейшее открывание транзисторов осуществ¬
ляется попеременно с помощью обратной трансформаторной связи. Таким образом, транзистор¬
ный силовой выключатель представляет собой осциллятор, причем ток возбуждения генератора
попеременно подается через транзисторы VT2 и VT3. Время включения обоих транзисторов
пропорционально нагрузочному току и составляет от 0.02 до 0,4 мс.При увеличении напряжения самовозбуждения выше 30 В в работу включается схема стаби¬
лизации, выполненная на транзисторе VT5 и стабилитроне VD12.При нормальных условиях силовой выключатель включается и выключается через управля¬
ющий вход Х4. Если на контакте Х4 имеется потенциат контакта Х5 (отрицательное рабочее
напряжение), которое имеет место при коротком замыкании, питание мощных транзисторов
прерывается и ток через обмотку возбуждения прекращается. После снятия короткого замыка¬
ния и появления на контакте ХЗ положительного напряжения 15 В напряжение опять подается
на обмотку возбуждения.Для защиты мощных транзисторов применяются специальные схемы. Например, для транзисто¬
ра VT2 схема состоит из делителя напряжения R4. R6, диода VD2, транзистора VT1 и тиристора VS1.Схема защиты работает следующим образом. Если падение напряжения на транзисторе, на¬
ходящемся в открытом состоянии, превышает значение 1,5—2 В, то транзистор VT1 открывает
тиристор VS1 и на базу транзистора VT2 подается отрицательное напряжение, закрывая его.
Этим обеспечивается ограничение нагрузочного тока в соответствии с мгновенной мощностью
мощных транзисторов.Назначение контактов следующее: XI — вход самовозбуждения; Х2 — вход; ХЗ — положи¬
тельное рабочее напряжение (+15 В); Х4 — управляющий вход; Х5 — отрицательное рабочее
напряжение (напряжение установки); Х6 — выход; Х7 — корпус.Блок защиты генератора EGS. Блок защиты позволяет отбирать мощность от генератора в
соответствии с условиями охлаждения самого генератора и его привода (рис. 5.5).138
XIХ2 -ХЗХ4Х5 -Х6Х7WDlZi R4NVT1VD12i R2R3R5R1УVT2С2ФVD133IR6ФС1"R16UII ]12 13Т1VD37 5VD5VD6VD72i VD8AR814VT3R7С2Ф152WD10VT4WVS2VR9Ria16RI3
R12C4=LR14
У012|Л4JVT5R1IR15 С5-ГРис. 5.4. Схема силового блока NGI,40
о0)О-Iьслоо-О)'г—к
■оо3Рис. 5.5. Схема блока защиты EGS
Для измерения и ограничения температуры генератора в качестве датчика используется об¬
мотка возбуждения, сопротивление которой зависит от температуры. Если сопротивление об¬
мотки возбуждения, определяемое током и напряжением возбуждения, достигло заданного зна¬
чения, то блок защиты вырабатывает сигнал значительного превышения генераторного тока.
Вследствие этого действительный генераторный ток снижается настолько, чтобы температура
генератора больше не повышалась.Ограничение вращающего момента на валу генератора осуществляется путем ограничения
генераторного тока в зависимости от тока возбуждения. Это возможно благодаря зависимости
тока возбуждения генератора от скорости вращения генератора. Таким образом, после превьнпе-
ния определенного значения тока возбуждения этот «сверхток возбуждения» определяет макси¬
мальный ток генератора, те. на регулятор тока возбуждения подается суммарный ток из заме-
решюго тока генератора и «сверхтока возбуждения» с учетом коэффициента.Из генераторного тока, тока возбуждения и напряжения возбуждения указанным образом в
зависимости от состояния установки формируется суммарное напряжение (выход Х4). Это на¬
пряжение подается пропорционально интегральному регулятору (R45, R46, СП и N4) и там
сравнивается с внутренним заданным значением. Выходное напряжение (ХЗ) этого регулятора
подается широтно-импульсному регулятору, содержащемуся в блоке EGR. Это напряжение оп¬
ределяет возбуждение генератора таким образом, чтобы суммарное напряжение ограничивалось
на заданном значении. Если выходное напряжение регулятора начинает снижаться, те, если
суммарное напряжение достигло заданного значения, то проводящее до сих пор соединение между
контактами 14 и 15 в интегральной схеме N4 прерывается. Вследствие этого ток подается на
индикаторные светодиоды В1—ВЗ, которые сигнализируют о соответствующем эксплуатаци¬
онном состоянии системы регулирования. Одновременно уровень напряжения на контакте Х2
переходит от низкого на высокий, и светодиоды сигнализируют ограничение генераторного тока.С измерительного шунта в цепи генератора напряжение подается на контакты Х10 и Х9, уси¬
ливается дифференциальным усилителем (N1) и с помощью различных комбинаций из сопро¬
тивлений Р1 и R14 преобразовывается в напряжение, пропорциональное генераторному току.
Оно вместе с падением напряжений на Р6, VD3 и RI6 представляет собой суммарное напряже¬
ние. Если токи, проходящие по элементам Р6, VD3 и RI6, равняются нулю, а суммарное напря¬
жение достигает заданного значения, то производится абсолютное ограничение генераторного
тока. Это сигнализируется светодиодом «I» (В2).Путем увеличения или уменьшения тока на входе контакта XI1 можно снизить или повысить
максимальное заданое значение генераторного тока.Выход усилителя Х8 контролируется защитой от пониженного напряжения блока EGR.
Таким образом, все помехи, вследствие которых снижается напряжение на контакте 6 усилителя
N1, через эту защитную ступень приводят к развозбуждению генератора. Все остальные помехи,
вследствие которых напряжение недопустимо повышается, через регулирующий усилитель N4
или через защиту от перенапряжений, подключенную к контакту Х4, также приводят к развозбуж¬
дению генератора. Такими помехами являются неисправности самого усилителя, а также измене¬
ния напряжения на контактах входов Х10 и Х9 или обрыв провода на одном из этих входов.Во избежание неправильного срабатывания защиты от пониженного напряжения на входах
Х8 и Х4 с помощью стабилизированного напряжения интегральной схемы N4 и делителя R44
R48 установлено низшее значение напряжения 2,2 В.Шунтовое напряжение тока возбуждения подается на входы Х7 и Х6, значительно усиливает¬
ся дифференциальным усилителем N2 и подается на инвертирующий вход (контакт 2) диффе¬
ренциального усилителя N3. Тактированное напряжение возбуждения имеется на входе Х5. Оно
с помощью резистивно-емкостного звена R32, Р5, С7 и С8 сглаживается и делится. Подаваемое
на дифференциальный усилитель N3 частичное напряжение возбуждения с помощью Р5 уста¬
навливается таким образом, чтобы оно равнялось усиленному напряжению измерительного пун¬
кта в цепи возбуждения, если сопротивление поля возбуждения достигло значения, соответству¬
ющего ограничиваемой температуре генератора. Значение этого сопротивления поля возбужде¬
ния получается из установленного соотношения «вмешательства» Ux5-xi2^x7-x6 умноженного141
на шунтовое сопротивление в цепи тока возбуждения. Достижение или некоторое превышение
ЭТОГО соотношения «вмешательства» означает, что генератор достиг предельной температуры
Тогда выходное напряжение усилителя N3 (контакт 6) переходит с отрицательных на положи¬
тельные значения. Теперь через транзистор VT3 и сопротивление R42 сравнительно высокий
потенциал подается дополнительно на сопротивление R16. Вследствие значительного повыше¬
ния суммарного напряжения на R16 производится ограничение генераторного тока в зависимо¬
сти от температуры при соответственно меньших значениях генераторного тока, а разгрузка ге¬
нератора приводит к ограничению его температуры.Одновременно через транзистор VT3 запирается транзистор VT4, а вследствие этого ток пода¬
ется на светодиод В1. Таким образом, на блоке EGS светодиод «Т» дополнительно к светодиоду
«I» или «М» сигнализирует о том, что достигнута предельная температура генератора. Через
выход XI6 это состояние может передаваться, например, сигнальному устройству блока 1 K5I.В целях уменьшения влияния индуктивного сопротивления поля возбуждения на работ>
регулятора тока генератора до минимума усилитель N3 в случае быстрого повышения
температуры отключается с помошью подачи напряжения с конденсатора СЮ на управляю¬
щий вход (контакт 8). Такой процесс происходит каждый раз при быстром повышении напряже-
пия возбуждения, например, вследствие подключения нагрузок к генераторным установкам.Значительно усиленное шунтовое напряжение в цепи тока возбуждения на выходе дифферен¬
циального усилителя N2 (контакт 6) используется также для регулирования генераторного тока
в зависимости от тока возбуждения. Для этого указанное напряжение делится (R24. Р2) и через
транзистор VT1, включенный в качестве следящего элемента, подается на сопротивление Р6.
если это напряжение превышает напряжение на сопротивлении R16 или на выходе контакта Х4.
Таким образом, в случае достаточно высокого тока возбуждения, те. при малой скорости враще¬
ния генератора и большой нагрузке на сопротивление R16, дополнительно к току генератора
подается ток через Р1. R14 и Р6. Суммарное напряжение на R16. как уже было сказано, ограни¬
чивает ток генератора, а вместе с тем вращающий момент привода до допустимых значений.В этом случае с помощью транзистора VT2 запирается транзистор VT6, а вместо него VT5
переходит в проводящее состояние. Вследствие этого диодный ток больше не проходит через
светодиод В2, а проходит через светодиод ВЗ. те. светодиод «М» на блоке EGS сигнализирует об
офаничении величины вращающего момента на приводном валу генератора.С помощью комбинаций из сопротивлений РЗ и Р4 можно через соответствующую внешнюю
схему (контакты Х14—XI2 или Х15—XI2) повысить максимальный момент вращения на две
или три постоянно установленные ступени.Назначение контактов в схеме следующее:Х5 — вход напряжения возбуждения;XII — регулирование заданного значения генераторного тока;XIО — вход шунтового напряжения генераторного тока (+);Х9 — вход шунтового напряжения генераторного тока (-);Х7 — вход шунтового напряжения тока возбуждения (+);Х6 — вход шунтового напряжения тока возбуждения (-);XI4 — повышение заданного значения момента вращения;XI5 — повышение заданного значения момента вращения;Х12 — MB (рабочее напряжение);X13 — отрицательное рабочее напряжение;Х8 — выход усилителя генераторного тока;X16 — выход сигнализации повышенной температуры генератора;Х4 — выход сзпммарного напряжения;Х2 — выход сигнализации предельного тока;ХЗ — выход управления предельным током;XI — положительное рабочее напряжение.142
Блок регулирования ЕВТ. Блок ЕВТ управляет зарядным напряжением аккумуляторной ба¬
тареи для обеспечения оптимального заряда в зависимости от температуры батареи (рис. 5.6).
Для нормальной работы блока необходимо обязательное подключение температурного щупа (дат¬
чика температуры). Нормальное состояние щупа постоянно контролируется. В случае дефекта
щупа блок не работает. В этом случае блок обеспечивает выход номинального напряжения гене¬
ратора, так называемый режим трех состояний.Блок ЕВТ может работать в режимах ограничения увеличения или снижения зарядного на¬
пряжения или только снижения зарядного напряжения в зависимости от температуры.Устройство состоит из моста для измерения сопротивления, в который входят температур¬
ный щуп, подключенный по трехпроходной схеме (контакты Х5, Х6, Х7), три внутренних со¬
противления (R6, R7 и Р1) и схемы операционного усилителя N1. Измерительный мост преобра¬
зует положительную разность напряжений диагоналей в пропорциональный ток. Этот ток через
сопротивление RA13 и выход 1 (контакт ХЗ) или выход II (контакт Х4) подается на вход регули¬
рования заданного значения напряжения блока регулирования и управления EGR. При нормаль¬
ной температуре сопротивление щупа такое, что выходной ток блока равняется нулю.Выход II (контакт Х4) допускает только отбор тока. При этом с помощью блока EGR произво¬
дится снижение отрегулированного напряжения в соответствии с температурой щупа.Через вход I (контакт ХЗ) возможны как отбор, так и подача тока, те. в зависимости от темпе¬
ратуры щупа возможно как повыщение, так и снижение отрегулированного напряжения. Напри¬
мер, при повыщепии температуры щупа ток на выходе I (контакт ХЗ) с отрицательных значений
переходит на положительные, и напряжение генератора снижается.XI-Х2-ХЗХ4VD1т:R8VT3VD42LRlh R2[Х5-Х6-Х7-Х8.сзVD2 VD3Р1R5R6-С=1-R9Р2 IR12RtJVTI>N1VT2RA13RA14R21VT4RAlsQRieh RI7[С2фРис. 5.6. Схема блока регулирования ЕВТ143
Максимальное отрегулированное напряжение определяется низким температурным сопро¬
тивлением щупа. Кроме того, максимальное отрегулированное напряжение можно установить
с помощью схемы ограничителя напряжения. Для этой цели на вход (контакт Х2) подаезся
отрегулированное напряжение. При срабатывании схемы ограничителя на выходы ХЗ и Х4
подается соответствующий ток, предотвращающий превыщение заданного максимального на¬
пряжения установки.Устройство готово к эксплуатации после подключения исправного температурного щупа, чл е'
сигнализируется свечением светодиода В1 (Е-щуп). Если температурный щуп не подключен или
в одном из трех его соединительных проводов имеется обрыв, то выходы блока ЕВТ обесточива¬
ются, и он переходит в режим «трех состояний». В этом случае производится регулирование
генератора на основное отрегулированное напряжение, а светодиод (Т-щуп) не горит.Назначение контактов схемы следующее: XI — рабочее напряжение (плюс); Х2 — вход отре¬
гулированного напряжения; ХЗ — выход I; Х4 — выход II (только источник тока); Х5 — рабочее
напряжение; Х6 — вход температурного щупа; Х7 — вход измерительного моста; Х8 — рабочее
напряжение (минус). Остальные контакты не заняты.Блок защиты от минимального напряжения FLS. Этот блок предназначен для включения
и выключения потребителей вагона в зависимости от условий подачи электроэнергии генерато¬
ром и от величины напряжения аккумуляторной батареи (рис. 5.7). Блок подключает нагрузк>
при нормальном напряжении установки независимо от того, является ли источником энергии
генератор или аккумуляторная батарея, а отключает нагрузку при снижении напряжения уста¬
новки до минимально допустимого значения. Блок заменяет реле минимального напряжения,
которое работает только в зависимости от напряжения. В случае применения нескольких блоков
возможно поочередное вютючение или отключение потребителей, причем блокировочные вхо¬
ды обеспечивают принудительную последовательность срабатывания блоков.Реле К1, установленное на выходе блока FLS, обеспечивает связь с элементами управления
потребителями.Блок имеет дополнительные входы, с помощью которых можно принудительно производить
включение или выключение блока независимо от условий подачи энергии и ве.чичины напряже¬
ния аккумуляторной батареи, обеспечивать необходимое аварийное отключение блока, а также
проводить необходимую диагностику.Программируемые входы блока (для разных напряжений) обеспечивают различные возможно¬
сти применения блока. При неработающем генераторе блоком FLS контролируются только напря¬
жение установки. При работающем генераторе для подключения блока контролируется напряже¬
ние установки и коэффициент заполнения напряжения обмотки возбуждения. Если регулятор воз¬
буждения генератора работает в режиме ограничения тока, то на вход Х9 блока FLS подается сигнал,
предотвращающий включение его до достижения режима регулирования напряжения (нормаль¬
ного режима). Отключение блока зависит только от значения напряжения установки.Командой на отключение блока FLS является подача на вход Х14 сигнала высокого уровня,
появление которого возможно при аварии или при испытании. Отключение осуществляется только
в течение времени подачи на вход такого сигнала.Включение блока FLS, без контроля напряжения установки и без задержки, возможно произ¬
вести подачей сигнала высокого уровня на вход XI3. Включение производится только на время
подачи этого сигнала.Если на вход контакта XII подается положительное рабочее напряжение, то в момент под¬
ключения рабочего напряжения производится включение блока независимо от напряжения ус¬
тавки (первичное включение). Это состояние блока сохраняется, если напряжение на входах Х5,
Х6 или Х7 превыщает напряжение отключения (минимальное напряжение уставки).
В противном случае производится отключение с задержкой времени 6 с.В случае отключения блока FLS повторное включение возможно только тогда, когда напря¬
жение уставки выще напряжения срабатывания, подаваемого на входы контактов ХЗ и Х4, или
когда коэффициент заполнения напряжения обмотки возбуждения (подаваемое на вход Х2)144
Рис. 5.7. Схема блока защиты от минимального напряжения FLS
Рис. 5.8. Схема включения трех степеней минимальной защитынаходится в допустимых пределах и регулятор возбуждения не подает на вход Х9 сигнал об
ограничении тока генератора.При применении нескольких блоков для осуществления отключений блоков в желательном
порядке блок FLS оборудован входом прямой блокировки Х8 и входом обратной блокировки
Х10. Для управления последующими блоками FLS каждый блок оборудован транзисторным
выходом XI5. Схема включения трех ступеней минимальной защиты представлена на рис. 5.8.Блок питания GSN. Этот блок предназначен для преобразования постоянного тока напряже¬
нием от 70 до 150 В в постоянное напряжение различных значений для питания устройства
управления и регулировки системы автономного электроснабжения RGA5-32 кВт (рис. 5.9).Сигналработыблока5В/0,2А24В/0,1А+15В/0,1АОБ-15В/0,1А5В/1А5В/1А5В/0,1АРис. 5.9. Схема блока питания GSN146
Блок рассчитан на широкий диапазон входного напряжения с гальваническим разделением
выходных напряжений. Продолжительная максимальная выходная мощность составляет 14 Вт.
Автоматическое отключение при понижении напряжения до 65 В ± 0.1 В осуществляется с од¬
новременной подачей оповещательного сигнала (выход «сигнализация работы блока»).Входное напряжение подается на вход Ug и через входной предохранитель (резистор с поло¬
жительным коэффициентом температуры) R18 и диод VD1 (для зашиты от перемены полярнос¬
ти питающего напряжения) на фильтр защиты от переходных процессов и помех 1. Конденсатор
С12 служит для накопления электроэнергии, используемой главным преобразователем 3, Выра¬
батываемое главным преобразователем напряжение 24 В через фильтр 5 гюдается на выход.К выходу главного преобразователя подключены преобразователи 6, 7. 8 и 9, каждый из кото¬
рых вырабатывает соответствующее напряжение. Преобразователь 6 вырабатывает два проти¬
воположных напряжения +15 и -15 В с общим опорным потенциалом О В. Преобразователь
4 получает питание от входного напряжения и имеет специальный регулятор. Величина входно¬
го напряжения контролируется блоком 2, который вырабатывает выходной сигнал «сигнализа¬
ция работы блока» и управляет преобразователями 3, 4 и сигнальным реле К!. При понижении
питающего напряжения происходит автоматическое отключение с подачей сигнала «сигнализа¬
ция работы блока». Этот сигнал необходим для сохранения данных в микропроцессорных сис¬
темах при слишком низком входном напряжении.Блок сигнализации перегрева генератора 1К51. Сигнальный блок 1К51 (рис. 5.10) при по¬
мощи блока EGS сигнализирует о превышении нор.мальной температуры генератора и необхо¬
димости снижения генераторного тока более, чем на половину вследствие повьппенной темпе¬
ратуры генератора. Сигнал подается с помощью поляризованного реле и сохраняется до возвра¬
та реле в нормальное состояние.Если на сигнальном входе (Х4) имеется напряжение более 6 В и по времени более 20 с. то
триггер срабатывает и кратковременно подает рабочее напряжение на поляризованное реле, ко¬
торое включается. Включенное состояние реле сигнализируется свечением светодиода В11 и
сохраняется до срабатывания реле, независимо от значения напряжения на сигнальном входе.Если на вход возврата (Х2) подается напряжение выше 70 В, то поляризованное реле пере¬
ключается обратно, если даже напряжение на сигнальном входе (Х4) ниже 5 В.Назначение контактов схемы следующее: XI — контактный вход (переключающий контакт);
Х2 — вход возврата; ХЗ — рабочее напряжение; Х4 — сигнальный вход; Х5 — рабочее напря¬
жение «минус»; Х6 — контактный выход (размыкающийся); Х7 — контактный выход (замыка¬
ющийся). Остальные не заняты.XI-Х6-XI-R11%112
11 9Рис. 5.10. Схема блока сигнализации перегрева генератора 1К51147
5.3. Электронные блоки переключения питанияПереключающее устройство предназначено для перевода питания нагрузок с батареи на ге¬
нератор и обратно. Оно включает блок реле частоты БРЧ и специальный контактор.При достижении определенной скорости движения поезда, а следовательно, и частоты вра¬
щения ротора генератора, срабатывает исполнительное реле блока БРЧ и включает контактор,
который своими контактами отключает нагрузку от батареи и включает батарею на суммарное
напряжение выпрямителей генератора, те, на заряд. Обратный перевод произойдет при более
низкой скорости, что обусловлено величиной коэффициента возврата БРЧ и предохраняет пере¬
ключающее устройство от звонковой работыБлок реле частоты БРЧ-39. Блок содержит питающий дел1ггелъ (VD19—R3I—R2—VD6—VD7).
в\олн>:)й фи.тьтр (R1, R3. Г1), формирователь прямоугольных импульсов (на транзисторах VT3, VT5).
иитсмратор (на мигфосхеме D1), выходной усилитель (VT13, VT15) и выходное реле К (рис. 5.11).Частота следования импульсов, формируемых на транзисторе V5. пропорциональна частоте
генератора.При закрытом состоянии пранзистора VT5 происходит заряд конденсатора С7 до установивше¬
гося напряжения по цепи; резистор R7, конденсатор С7. диод VD9, резистор R8, стабилитрон VD7.Разряд конденсатора С7 осуществляется по цепи: диод VD8, открытый транзистор VT5, Мик¬
росхемой D1 (операционный усилитель) осуществляется сравнение алгебраической суммы сред¬
него значения положительных импульсов напряжения, выделяемого на резисторе R8 при заряде
конденсатора С7 и зависящего от частоты следования импульсов (так как конденсатор С7 заря¬
жается до установивщегося значения) и отрицательного напряжения смещения, подаваемого на
инвертирующий вход микросхемы через резистор R10 с делителя на резисторах R9, R16. R23,
получающего питание от стабилитрона VD7 с напряжением инвертирующего входа.Необходимый сдвиг по частоте при включении нагрузок в системе электроснабжения осуще¬
ствляется подачей на резисторы R13—R15 напряжения +50 В с нагрузок, что приводит к появле¬
нию дополнительного смещения за счет падения напряжения на резисторе R12. Если частота гене¬
ратора ниже уставки, на инвертирующем входе относительно неинвертирующего имеется отрица¬
тельное напряжение и. следовательно, на выходе микросхемы напряжение положительно
относительно средней точки питания. При этом транзисторы VT13 и VT15 закрыты и исполни¬
тельное реле К! обесточено.При достижении частотой генератора величины уставки напряжение на входе микросхемы изме¬
нит полярность. На выходе микросхемы, те. на базе транзистора VT13 относительно его эмиттера
появится напряжение отрицательной полярности, транзистор VT13 откроется и через резистор R24
откроет транзистор VT15. Реле К1 получит питание и включится. Одновременно из коллекторной
цепи транзистора VT13 через диод VD12 и резистор R22 получит подпитку делитель напряжения на
резисторах R9, R16, R23. Отрицательное напряжение смещения на резисторе R8 уменьиштся, что
снизит уставку по частоте и тем самым обеспечит необходимый коэффициент возврата.Интегратор операционного усилителя D1, кроме функции усреднения входного сигнала, обес¬
печивает задержку на срабатывание блока, величина которой составляет 1—10 с и обратно про¬
порциональна превыщению частоты генератора над значением уставки.Блок БРЧ-39 взаимозаменяем с блоками БРЧЗ и отличается настройкой по частоте срабаты¬
вания и наличием встроенной диагностики. Для контроля работы блока в движении и проверки
на стоянке параллельно выходной цепи блока через резистор R32 подключен светодиод Н, кото¬
рый светится, если включено реле К1.Для проверки блока на стоянке в блоке имеется генератор импульсов, собранный на микро¬
схеме D2, выход которого через диод VD1, R26 подключен к базе транзистора VT3, и выключате¬
ли S1, S2. При включенном включателе S1 светодиод Н должен включаться, а при включении
дополнительно S2 светодиод Н должен гаснуть.Блок реле частоты БРЧ-142. Блок содержит формирователь импульсов на микросхеме DD1,
генератор импульсов DA1.1, преобразователь «частота — напряжение» DA1.2, сумматор сигна¬
лов DA1.3, триггер Шмидта (транзистор VT1 и DA1.4), электронный ключ на транзисторе VT2
(рис. 5.12). Блок работает следующим образом; напряжение с выхода генератора через клемму148
БРН-К6К1S17-S15S16-F22ЦепьКонт.+ ПитаниеБ4+БЛ4+50 ВБЗА6ВыходА5А?Смещение 1А1Смещение 3АЗСмещение 2Б2Вход (фаза)R5МинусБ1Ч=С2Рис. 5.11. Схема блока ЬРЧ- ^9
оО)О-:□слоо-оо3ГЛ1SBI.1«Контроль»сCQ(N+CQ(N0-ВЭ0JSиrjВ(ЦSU3(L)и03елсЗееi3CQX<NS гпо<UQ<<<<<SB1.1R1 «Уставка»VDI <^Ген»-и-Рис. 5.12. Схема блока БРЧ-142
БЗ после высокочастотного фильтра (R14, С6, R10, С5) и нормализации по амплитуде стабилит¬
роном VD3 поступает на вход формирователя и.мпульсов DD1 через контакты кнопки «Конт¬
роль». С выхода ! 1 формирователя DD! сигнал с частотой генератора поступает на преобразова¬
тель «частота — напряжение» DA1.2. С выхода 7 преобразователя сигнал с уровнем, пропорци¬
ональным частоте вращения генератора, посгуттает на вход сумматора DA1.3, Сюда же поступают
сигналы с трех входов блока А1, Б2, АЗ о наличии подключенных нагрузок, В случае отсутствия
этих нагрузок выходгюй сигнал сумматора равен входному. В противном с.лучае он уменьщается
пропорционально количеству подключенных нагрузок.С выхода 8 сумматора сигнал поступает на триггер Шмидта (DAi.4, вывод 12), порог пере¬
ключения которого регулируется потенциометром R1 «Уставка» через транзистор VT1, а гисте¬
резис переключения — потенциометром R31.При достижении ротором генератора заданной частоты вращения триггер переключается и
срабатывает электронный ключ на транзисторе VT2, который включает реле Ki. Реле К1 контак¬
тами К 1.2 подает сигнал на выход блока (контакт А5) для срабатывания контактора переключе¬
ния питания с аккумулятора на генератор. Этот режим сигнализируется свечением светодиода
HL1 «Генератор».Для проверки блока БРЧ-142 служат внутренний генератор импульсов на микросхеме DA1.1
и кнопка «Контроль» (SB1.1). При нажатии кнопки выход БРЧ -142 отключается, а на вход фор¬
мирователя импульсов DD1 подается сигнал с внутреннего генератора (DAl.l), При исправной
работе БРЧ-142 после нажатия кнопки SB1,1 загорается светодиод HL1. при отпускании кнопки
светодиод гаснет,5.4. Электронные блоки управленияРабота аккумуляторной батареи в пассажирском вагоне характеризуется неравномерной на¬
грузкой и частой сменой неполных зарядов и разрядов. Правильный режим работы аккумуля¬
торной батареи является основным фактором, определяющим срок ее службы.В системах электроснабжения вагонов аккумуляторная батарея, получившая полный заряд,
не отключается, а остается присоединенной к генератору и продолжает находиться под напря¬
жением. Длительное нахождение заряженной батареи под напряжением может привести к испа¬
рению электролита и уменьшению срока службы всей батареи.Для обеспечения нормальной работы батареи необходимо изменять величину зарядного на¬
пряжения в зависимости от состояния батареи, кроме того, это значение еще и корректируется в
зависимости от температуры окружающей среды. Для этого применяются блоки регулировки
заряда батареи БУЗ.Блок управления заряда батареи БУЗ-76. Этот блок применяется в пассажирских вагонах,
оборудованных системой электроснабжения ЭВ. 10.02.37 с напряжение.м питания 50±3 В.Конечное напряжение заряда аккумуляторной батареи при температуре в аккумуляторном
ящике О °С и ниже должно быть не более 61 В.При повышении температуры от О до +40 °С зарядное напряжение линейно снижается до 55 В.
Максимальный зарядный ток аккумуляторной батареи составляет 60 А.Необходимый уровень заряда аккумуляторной батареи контролируется блоком управления
зарядом БУЗ и регулируется тиристорами VS7, VS8.Блок управления заряда БУЗ-76 содержит следующие элементы (рис. 5.13): источник иита-
ния ИП с выпрямителем VD6—VD7 и делителем напряжения VD9—VD12, формирователь пи¬
лообразного напряжения ФПН на D1.1 и VT 1, измеритель напряжения ИН на D2.1, измеритель
тока ИТ на D2.2, VT2, модулятор М на D3.1, D3.2 и выходной усилитель ВУ на тиристорах VS1,
VS2 с индикаторами Н1...НЗ.На вход блока подаются сигналы, пропорциональные току заряда батареи (вход I), напряже¬
ние батарею (вход ±U, ±Б), причем сигнал ±U зависит от сопротивления терморезистора R16.Питание элементов блока в рабочем режиме обеспечивается от дополнительной (зарядной)
обмотки генератора через выпрямитель VD6, VD7, а в режиме диагностики — от батареи через
переключатель S1 и резистор R24.151
юРис. 5.13. Схема блока БУЗ-76
На конленсаторах С7, С8 ФПН формируются пилообразные напряжения синхронно с напря¬
жением питания и сдвигом по фазе на 180° и подаются на неинвертируюише входы D3.L D3.2
модулятора М. На инвертирующие входы D3.1 , D3.2 подаются выходные сигналы от измерите¬
лей тока и напряжения ИТ и ИН, которые зависят от тока и напряжения заряда батареи.Модулятор VI вырабатывает выходные сигналы, частоте которых соответствует частота гене¬
ратора, а фаза сигнала зависит от режима заряда. Передние фронты этих сигналов обеспечивают
включение тиристоров VS1, VS2 выходного усилителя ВУ и cиJЮвыx тиристоров VS7, VS8.При разряженной батарее блок обеспечивает поддержание постоянного тока заряда 50—60 А.
при этом напряжение батареи возрастает до значения 60—70 В в зависимости от температуры.
После заряда батареи напряжение поддерживается на заданно.м уровне, а ток заряда батареи
снижается до 5—10 А.Резисторы R58, R59 служат для настройки уставок по напряжению и току.Индикатор ИЗ на стоянке не светится, а при движении включается после возбуждения гене¬
ратора и сигнализирует о подаче на блок переменного напряжения питания от дополнительной
обмотки генератора.Индикаторы Н1, Н2 сигнализируют о включении тиристоров VS1. VS2 в режиме диагности¬
ки на стоянке. При включенной кнопке S1 индикаторы должны включаться только после вклю¬
чения кнопки S2. После отключения кнопки S2 индикаторы должны оставаться включенными
до тех пор, пока остается включенной кнопка SI.Блок управления зарядом батареи БУЗ-41 практически идентичен конструкщ1и и работе бло¬
ка БУЗ-76. При разряженной батарее блок обеспечивает поддержание постоянного тока заряда
50—60 А, при этом напряжение батареи возрастает до значения 60—70 В в зависимости от тем¬
пературы, После заряда батареи напряжение поддерживается на заданном уровне, а ток заряда
снижается до 5—10 А, Схема подключения, назначение и работа сигнальных элементов анало¬
гичны блоку БУЗ-76 (рис. 5.14).Блок управления отоплением БУО-40. Система отопления предназначена для поддержания
в вагоне температуры не ниже 18 °С и подогрева воздуха, подаваемого вентиляционной уста¬
новкой. Вода в котле нагревается при помощи электроэнергии. Управление работой котла и кон¬
троль за температурой в вагоне осуществляются автоматически с помощью блоков управления
отоплением.Блок БУО предназначен для управления электрическим отоплением вагона и производит об¬
работку сигналов датчиков температуры наружного воздуха R12, воды на выходе котла R11 и
воздуха в салоне вагона R13 в соответствии с заданными значениями (рис. 5.15).БУО обеспечивает поддержание температуры внутри вагона в пределах 20—22 °С путем ре¬
гулирования температуры воды в котле отопления в зависимости от температуры наружного воз¬
духа и воздуха внутри вагона. В случае снижения температуры внутри вагона ниже 18 °С блок обес¬
печивает включение отопления независимо от сигналов датчиков температуры наружного воздуха и
воды в котле. Он также отключает отопление при температуре воздуха в вагоне выще 24 °С.Схема БУО включает следующие функциональные части (рис. 5.16): измерительный мост R1,
R45; усилители постоянного тока, канала регулирования (микросхема D1) и каналов 18 и 24 °С
(микросхема D2); усилитель мощности (транзистор VT12); исполнительный элемент (реле К1);
источник питания (стабилитроны VD20...VD23 ).Схема работает следующим образом.При повыщении температуры увеличивается напряжение на датчиках температуры, образу¬
ющих плечо измерительного моста. В результате рассогласования моста на вход микросхемы
D1 поступает сигнал, вызывающий появление на ее выходе напряжения, запирающего транзис¬
тор VT12, отключение реле К1 и, соответственно, электрического отопления. При этом транзи¬
стор VT8 запирается, а VT7 открывается, что приводит к еще большему рассогласованию изме¬
рительного моста, тем самым, обеспечивая дифференциал включения-отключения отопления
(регулируется резистором R17).Настройка измерительного моста производится резистором R6. При снижении температуры
ниже уставки на выходе микросхемы D1 появляется отрицательный потенциал, транзистор VT12153
ЦепьКоитБЛ1ВыходБ1А 5-ПитаниеБ5А2+ББ4Вход +UБЗВход -UА4Вход 1АЗБ2Рис. 5.14. Схема блока БУЗ-41
БУОЦепьБЗ+50 ВБ1ВыходА1- МостаА6ПодпиткаА5ПодпиткаБ=;ВходА4+ 30 ВБ4МинусРис, 5,15, Схема подключения блока управления отоплением БУОРис, 5,16, Схема блоков БУО-40.55
открывается, реле К1 (и соответственно, отопление) включается, открывается транзистор VT8 и
запирается транзистор VT7.На входы микросхем D2.1. D2.2 поступает сигнал с датчика R13 температуры внутри вагона.
При температуре воздуха внутри вагона ниже 18 °С на вход микрос.хемы D2.1 пост\'пает сигнал,
который вызывает появление на ее выходе отрицательного (относительно эмиттера транзистора
VT12) потенциала, открывающего гранзистор VT12 независимо от температуры воды в котле и
наружного воздуха.При температуре воздуха внутри вагона выше 24 ”^0 на вход микросхемы D2.2 пост>т1ает сиг¬
нал, который вызывает появление на выходе микросхемы положительного гютенциала. запираю¬
щего транзистор VT12 и 0тключающс1’0 отопление, независимо от состояния микросхемы D1Настройка каналов 18 °С и 24 °С производится резистором R9. Для контроля работы блока
предусмотрены кнопки S1, S2 и светодиоды Н2 (контроль канала рег)’лирования}, НЗ (контро.ть
канала 18 °С), Н4 (контроль канала 24 °С) и Н1 (котггроль «выход блока»).При нормальной работе блока свечение светодиодов Н1.. ,Н4 определяется температурой воз¬
духа внутри вагона, наружной и воды в котле.Во время проверки при нажатии кнопки S1 светодиод FH светится, а светодиоды Н2...Н4 -
нет. при нажатии кнопки S2 светодиод Н1 не светится, а светодиоды Н2...Н4 светятся.Блок управления вентиляцией БУВ-48. Для обеспечения подачи в вагон свежего воздуха и
создания нормальных условий пребывания в вагоне применяется система вентиляции. Производи-
тсл11Н0сть системы венттшяции летом должна быть не менее 4500 м^/ч, зимой — не менее 900 м^/ч.
Система вентиляции может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме. Для управ¬
ления работой системы вентиляции в автоматическом режиме применяются блоки управления
вентиляцией.Включение и отключение вентиляции вагона производится т>'мблером S32 (рис. 5.17).,\втоматическое управление работой вентилятора происходит в зависимости от температуры
возд\ ха в канале приточной вентиляции и вагоне, которая контролируется термодатчиком R17 и
блоком управления вентиляцией (БУВ). О работе вентилятора сигнализирует светодиод Н98.Порядок работы при автоматическом режиме рассмотрим, начиная с температуры ниже 18 °С
в вентиляционном канале (вентиляция не работает).При достижении температуры 18 °С блок управления вентиляцией (БУВ) подает питание на
катушку реле К18, которое срабатывает и запускает двигатель на низкую скорость. При сниже¬
нии температуры ниже 16 °С реле К18 отключается и останавливает работу двигателя вентиля¬
тора. Остальные цепи автоматически приведены в исходное положение и готовы к работе.+US32Н98 '
VD84-^1—|ГК20R17RTSj:БУВ-<<гЦепьА6+50 ВАЬБ4Б5Датчик 1А2Б1А1Датчик 2А4Выход 2АЗВыход 1Б2МинусБЗ+50 ВРис. 5.17. Схема подключения блока управления вентиляцией БУВ156
Блок управления вентиляцией БУВ-48 (рис. 5.18) предназначен для обеспечения управления
вентилятором вагона в автоматическом режиме работы и состоит из двух каналов. Первый канал
запрещает включение вет илятора при температуре ниже 18 ‘"С в приточном канале, второй
включает сигнальное устройство Н98 при температуре в кладовой 3±! "С.Блок включает: измерительные мосты каналов !8 и 2 °С; усилитель постоянного тока (микро¬
схема D1): источники питания (стабилитроны VD15...VD22); усилитель мощности (транзисторы
VT9, VTIO): элементы индикации и диагностики (светолиоды Н1. Н2, кнопки S1, S2); исполни¬
тельные элементы (реле К1 и К2).В плечи измерительных мостов, образованных резисторами R1...R8, включены датчики тем¬
пературы воздуха в канале приточной вентиляции и вагоне R17. R18.При температуре ниже 18 °С на выходах микросхемы D1 имеется потенциал, запирающий
транзисторы VT9, VT10, и реле К1 и К2 не включены, светодиоды Н1 и Н2 не горя1. При тговыше-
нии температуры более 18 "С происходит разбалансировка моста R1. R3. R5, R7 на выходе 12
микросхемы D1 снижается потенциал и транзистор VT9 открывается, срабатывает реле К! и
загорается светодиод Н1. Блок выдал сигнал на включение низкой скорости работы вентилятора.
Снятие сигнала прои юйдет при снижении температуры до 16 °С. Если температура в кладовой[-Q<п<<<N<СЛ<<<WSти4CNЖЯп112PQCQО4-CQ©+XssРис. 5.18. Схема блока БУВ-48157
понижается до 2 °С, включается сигнальное устройство Н98. При повышении температуры
до 4 °С Н98 отключается.В блоке предусмотрена диагностика технического состояния. При нажатии кнопки S1 светоди¬
оды Н1 и Н2 выключены, а при дополнительном нажатии кнопки S2 они включаются и светятся.Если отсутствует свечение светодиодов, необходимо предварительно убедиться в отсутствии
обрыва датчиков температуры.Блок регулирования производительности вентилятора БРВ. Этот блок (рис. 5.19) обеспе¬
чивает управление приводным двигателем постоянного тока: безреостатный пуск, продолжи¬
тельную работу в режиме малой скорости, переход на высокую скорость и включение шунтиру¬
ющего контактора с выдержкой времени.При пуске вентилятора в режиме малой скорости (МС) питание цепи якоря двигателя осуще¬
ствляется через транзистор VT6. На затвор транзистора VT6 подаются прямоугольные управля¬
ющие импульсы напряжения с выхода микросхемы D2 через резистор R52. Среднее значе¬
ние напряжения и тока якоря зависит от скважности включения транзистора VT6. В паузах (при
закрытом транзисторе VT6) ток якоря, обусловленный его индуктивностью, замыкается по цепи
через шунтирующий диод VD9.Таймер D2 переключает конденсатор СЗ в режим заряда или режим разряда, когда напряжение на
конденсаторе достигнет уровней и соответственно. Одновременно на выходе D2 форми¬
руются импульсы управления частота и скважность которых зависят от параметров конденсато¬
ра СЗ, резисторов R22.. .R26, а также от состояния транзисторов VT3, VT5 и микросхемы D1.Усилитель на микросхеме D1 выявляет и усиливает сигнал рассогласования но току таким
образом, что при увеличении среднего тока транзистора VT6 уменьшался ток через резистор
R23 и увеличивалась скважность генератора импульсов ГИ, обеспечивая стабилизацию средне¬
го тока транзистора VT6 в режиме малой скорости, заданный температурный режим транзисто¬
ра VT6 и стабилизацию режима работы вентилятора.Если внешний управляющий контакт в цепи Б1 — вход ВС разомкнут, диод VD22 — заперт,
транзистор VT5 — открыт. После подачи сигнала «высокая скорость» (ВС) на Б1 по цепи через
R47, VD22 запирается транзистор VT5, что приводит к уменьшению скважности импульсов, уве¬
личению напряжения и тока якоря и разгону двигателя до более высокой промежуточной скорости
(п1). Одновременно по цепи через R43 запускается реле времени РВ2, и начинается перезаряд
интегрирующего конденсатора С11. С заданной выдержкой времени открываются транзисторы
VTIO и VT11, включается реле К, и внешний контактор закорачивает транзистор VT6.Находящийся на лицевой панели модуля выключатель S позволяет проверить переход на бо¬
лее высокую скорость двигателя вентилятора при отсутствии сигнала на входе Б1.Реле времени РВ1 позволяет обеспечить защиту в аварийных режимах. Если якорь двигателя
механически заторможен и ток якоря при пуске не снижается, интегратор на усилителе D3.1
обеспечивает включение транзисторов VT9. VT3 и запирание транзистора VT6 с заданной вы¬
держкой времени.Если ток транзистора VT6 превышает заданное значение, например при коротком замыкании
внешней цепи, открывается транзистор VT7 и быстро переключает D3.1, что приводит к запира¬
нию транзистора VT6 практически без задержки.Светодиод Н1 и внешний светодиод подключены к цепи якоря двигателя через резисторы
R53, R54, поэтому их свечение в режиме малой скорости вращения двигателя слабее, чем в
режиме высокой скорости.Регулировка производительности вентиляционного агрегата в режиме малой скорости воз¬
можна вращением потенциометра RP1. При этом устанавливаемый ток якоря должен быть не
более 10 А.158
->ЦельА5+НА8-А?R?+ЯА7+50 ВБ1Вход ВСА4К4Выход ЯAS+ !5ВAJВыход КБ6Ь7МинусЬ5Рис. 5,19. Схема блока БРВ40
5.5. Электронные блоки защиты источников питания и потребителейПри нормальной работе регулятора напряжения генератора (РНГ) его напряжение автомати¬
чески поддерживается на заданном среднем значении. В аварийных ситуациях автоматическое
регулирование прекращается, и напряжение генератора может резко возрасти. Напряжение мо¬
жет возрасти и при перегорании предохранителя в плюсовой цепи предохранителя (аккумуля¬
тор не заряжается). Для предотвращения недопустимого повыщения напряжения предусмотре¬
на специальная защита. Схема защиты должна быть выполнена так, чтобы повышенное напря¬
жение было ограничено по величине и длительности и не снижало надежность работы
электрооборудования.Кроме этого защита не должна реагировать на кратковременные коммутационные перенап¬
ряжения при отключении части нагрузки, так как такие перенапряжения практически не оказы¬
вают отрицательного влияния на работоспособность потребителей. Для выполнения этих тре¬
бований защита должна вступать в действие с некоторой выдержкой времени, которая выбира¬
ется несколько большей, чем длительность коммутационных перенапряжений, с целью
исключения ложных срабатываний защиты.При обрыве одной из фаз (или срабатывании предохранителя в одной из фаз) генератор пере¬
менного тока переходит в несимметричный режим работы. При несимметричном режиме рабо¬
ты создается дополнительное магнитное поле, которое влияет на основное магнитное поле.
В результате этого в частях ротора индуктируются токи, вызывающие нагрев ротора, и возника¬
ет вибрация частей генератора.Работа защиты от несимметричного режима работы основана на том, что контролируется на¬
пряжение между нулевой точкой обмоток генератора и нулевой точкой трехфазной нагрузки, со¬
единенной в «звезду». При симметричной нагрузке напряжение между этими точками равно нулю.Для предотвращения недопустимого разряда аккумуляторной батареи предусмотрена специ¬
альная защита, которая при уменьшении напряжения батареи ниже допустимого предела авто¬
матически отключает мощные электрические вагонные потребители.Блок защиты Б3-38. Этот блок обесточивает защиту от повышения среднего значения на¬
пряжения на цепях нагрузки выше 60 В (с выдержкой времени, величина которой обратно про¬
порциональна превышению заданного уровня); обрыва фаз генератора; обрыва цепи предохра¬
нителя F1 (главного предохранителя в плюсовой цепи аккумуляторной батареи); понижения
напряжения аккумуляторной батареи ниже 41В.К выходам блока БЗ подключены реле К7 и К29; в нормальном состоянии реле К29 включено,
а реле К7 — выключено (рис. 5.20).При повышенном напряжении блок защиты дает сигнал на включение реле К7, которое от¬
ключает специальное реле. Это реле разрывает цепь обмотки возбуждения генератора и отклю¬
чает его. Повторное включение обмотки возбуждения возможно только после устранения воз¬
никшей неисправности. Сигнализация об аварийном отключении производится светодиодом на
распределительном щите «ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА».При пониженном напряжении обеспечивается реле К29 и отключается специальный контак¬
тор, который в свою очередь отключает мощньге потребители от аккумуляторной батареи и вклю¬
чает сигнал на распределительном щите «ЗАЩИТА БАТАРЕЙ».Блок защиты содержит устройство контроля фаз КФ (на транзисторе VT1), устройство конт¬
роля предохранителя KF (на транзисторе VT2), реле понижения напряжения РПН (на транзисто¬
рах VT4,VT5), устройство задержки Т (на транзисторе VT3), реле максимального напряжения
РМН ( на интеграторе D, транзисторах VT8, VT9) и выходной усилитель ВУ ( на транзисторах
VT6, VT7, тиристоре VS1).В нормальных режимах работы на стоянке и при движении с выхода РПН получает питание
реле К29, а реле К7 обесточено, при этом светодиод Н1 (зеленый) светится, а светодиод Н2 (крас¬
ный) не светится.При снижении напряжения батареи ниже заданного уровня (41±1) В реле РПН отключает
реле К29, при этом светодиод Н1 гаснет.160аЬ h для scbist.com
S19К6^F4, F5, F6,FI О, F22, F9I 1Контр. РМНА7+50 ВА1+50 ВА8Б7ЗадержкаБ5ВозвратА6ФазыА?Б2БЗКонтр, фазыБ1R41...R43Контр. FАЗ+БА4ПК29K7А5МинусВых. РПНБ6Вых. РМНБ4Рис. 5.20. Схема блока БЗ-.^8а\
При подаче напряжения на вход «Задержка» отключение выходного реле может быть забло¬
кировано, а при подаче напряжения на вход «Возврат» и при возбуждении генератора реле К29
включается.При отключении фазы или предохранителя F1 при работающем генераторе открывается транзис¬
тор VT1 или VT2, подается сигнал на ВУ, включаются тиристоры VS1,VS2, светодиод Н2 и реле К7.При повышении среднего выпрямленного напряжения генератора выше заданного уровня
(60+2) В срабатывает реле РМП, что также приводит к включению тиристоров VS1, VS2, свето¬
диода П2 и реле К7.Интегратор на микросхеме D обеспечивает зависимость выдержки времени на срабатывание реле
РМН от перенапряжения, что позволяет исключить ложные срабатывания зашиты в нормальных
переходных режимах и обеспечить срабатывание защиты при опасньгч перенапряжениях.Проверку функционирования блока на стоянке можно произвести с помошью кнопок S1...S4.
имитирующих аномальные режимы работы. Включение кнопки S1 должно приводить к сраба¬
тыванию реле РПН (гаснет светодиод Н1). а включение кнопки S2 или S3, или S4 приводит к
срабатыванию выходного усилителя ВУ (включается светодиод Н2) .Срабатывание реле РМН при включении кнопки S2 происходит с выдержкой времени, однако
светодиод Н1 при этом гаснет без задержки. Проверка функционирования блока и защиты с помо¬
шью кнопок S2...S4 может быть произведена при необходимости и при работающем генераторе.Блок защиты БЗ-142. Этот блок обеспечивает защиту при работающем генераторе от повы¬
шения среднего значения напряжения в цепях потребителей электроэнергии выше 160±2 В дли¬
тельностью более 0,7±0,2 с; от повышения амплитудного значения напряжения в цепях потреби¬
телей электроэнергии и управления выше 250±5 В; производит отключение генератора при обры¬
ве фаз, срабатывании предохранителей в цепи фаз и главного предохранителя F14, отключение
мощных потребителей электроэнергии при снижении напряжения аккумуляторной батареи ниже
87 В, а также сигнализирует о снижении напряжения аккумуляторной батареи ниже 90 В.Исполнительными элементами блока БЗ-142 (рис. 5.21) являются реле Кб, К7, К13 (на схеме
не показаны), подключаемые к клеммам Б5, Б4, Б6 блока БЗ-142. В нормальном состоянии реле
К7 обесточено, а реле Кб и К13 включены.Блок защиты работает следующим образом. При среднем значении напряжения на цепях на¬
грузок, превышающем уставку 135±5 В, с делителя R25—R27 на эмиттер транзистора VT5 по¬
ступает потенциал, который меньше потенциала базы. Транзистор открывается, и через резис¬
тор R24 начинается заряд конденсатора СЗ. Напряжение с конденсатора СЗ через диод VD4 и
резистор R11 подается на базу транзистора VT3. Если напряжение в цепях нагрузки в течени»0,7±0,2 с уменьшится ниже уставки, то транзистор VT5 закроется и конденсатор СЗ разрядите;
через диод VD14 и резистор R22. Если в течение этого времени напряжение на цепях нагрузки
будет превышать напряжение уставки блока, то напряжение на базе транзистора VT3 станет
меньше напряжения на его эмиттере, транзистор VT3 откроется и откроет транзисторы VT1.
VT2, VT4. Сигнал на срабатывание защиты поступит с выхода блока Б4 на реле К7. Емкость
конденсатора СЗ и сопротивление резистора R24 определяют время задержки.При повышении амплитудного значения напряжения на цепях нагрузки выше уставки 250 В
(абсолютное значение) потенциал на базе транзистора VT3, поступающий с делителя R8—R10
через диод VD5, становится меньше потенциала эмиттера. Транзистор VT5 открывается без вы¬
держки времени. Далее срабатывание защиты происходит аналогично вышеописанному.При срабатывании одного из предохранителей генератора (при работающем генераторе) на
базу транзистора VT17 подается отпирающее напряжение. Транзистор открывается, и с делите¬
ля R2, R3 через диод VD6 подается потенциал, отпирающий транзистор VT3. Далее срабатыва¬
ние защиты происходит аналогично вышеописанному.Если при работающем генераторе напряжение уменьшится ниже уставки 90 В, то с делителя
R42—R44 на базу транзистора VT12 подается запирающее напряжение. Он закрывается и соот¬
ветственно закрываются транзисторы VTIO, VT11, VT13. Реле Кб (выход блока Б5) обесточива¬
ется. Время задержки срабатывания определяется величиной сопротивления резистора R44 и
емкости конденсатора Сб.162
R26 РМН 135 В
R29 —РПН1 90 В
R13- РПН2 100 ВРис. 5.21. Схема блока БЗ-142ON
Транзисторы VTH—VT16 служат для управления индикацией, сигнализирующей о разряде
аккумуляторной батареи (выход блока А7). На транзисторах VT14 и VT15 собран генератор им¬
пульсов, обеспечивающий прерывистый режим работы сигнализации (VT16).При снижении напряжения аккумуляторной батареи ниже 87 В аналогичным образом откры¬
ваются транзисторы VT6—VT9. снимая напряжение с обмотки реле К13 (выход блока Б6).Включение блока БЗ-142 после отстоя или аварийного отключения осуществляется кнопкой
«ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗАЩИТЫ», которая расположена на двери пульта управления (на схе¬
ме не показана). При этом на выход блока А6 подается напряжение --142 В. Транзистор VT1
закрывается и закрывает транзисторы VT2 и VT4. Реле К7 выключается. Одновременно при
помощи транзисторов VT6—VT9 и VTIO—VT13 включаются реле Кб и К13. Контроль срабаты¬
вания реле максимального напряжения (РМН) может быть произведен с помощью кнопки «81».5.6. Стабилизаторы напряжения и модули питанияСтабилизатор напряжения — это устройство, поддерживающее с определенной точностью
неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано
колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, акку¬
мулятора и др.), изменением нагрузки, температуры и т.д. Высокое качество стабилизации на¬
пряжения можно получить при использовании компенсационных стабилизаторов, представля¬
ющих собой автоматические регуляторы, в которых фактическое напряжение сравнивается с
эталонным (опорным) напряжением.Для получения стабилизированного напряжения применяются импульсные или ключевые ис¬
точники питания. Их основными достоинствами являются высокий коэффициент полезного дей¬
ствия, малые габариты и масса, высокая мощность. В ключевом режиме рабочая точка транзисто¬
ра большую часть времени находится в области насыщения или об.ггасти отсечки, а зону активного
(линейного) режима проходит с высокой скоростью за очень малое время переключения. В облас¬
ти насыщения напряжение на транзисторе близко к нулю, а в режиме отсечки в транзисторе отсут¬
ствует ток, благодаря чему потери в транзисторе оказываются достаточно малыми. Малые потери
в силовых ключах приводят к уменьшению площади охлаждающих радиаторов.Преобразователь напряжения ПН 110/50. Этот преобразователь является стабилизатором
напряжения компенсационного типа и выполнен на основе одноемкостного транзисторного муль¬
тивибратора (рис. 5.22).Регулирующий элемент представлен составным транзистором VT2, VT3, образующим одно из
плеч мультивибратора. Другое плечо выполнено на транзисторе VT4. Однокаскадный усилитель
постоянного тока собран на транзисторе VT5. Схема сравнения имеет входную цепь транзистора
VT6, кремниевый стабилитрон VD9, делитель выходного напряжения с резисторами R22, R25, R23.Резистор R25 позволяет регулировать уставку выходного напряжения в пределах (50±1) В. Диод
VD3, дроссели L1, L2 и конденсаторы СП—С12 образуют сглаживающий фильтр стабилизатора.
Резистор R9 и конденсатор С7 используются для запирания составного транзистора VT2, VT3.Запирающее напряжение подается на транзисторы VT2, VT3 по цепи; коллектор-эмиттер транзи¬
стора VT4. Величина базового тока составного транзистора устанавливается резисторами R10—R13.
Транзистор VT5 защищает транзисторы VT2, VT3 от короткого замыкания в нагрузке. Сниже¬
ние напряжения на выходе стабилизатора ниже напряжения стабилизации стабилитрона VD8
вызывает запирание транзистора VT5 и, соответственно, выключение составного транзистора
VT2, VT3. Оптронный тиристор VS1 сигнализирует о неисправности стабилизатора. Частота
генерирования мультивибратора определяется емкостью конденсатора С9, сопротивлением уча¬
стка цепи R19—VD6—коллектор-эмиттер транзистора VT6.Принцип стабилизации основан на регулировании времени проводимости составного транзисто¬
ра VT2,VT3 в течение каждого периода рабочей частоты ( широтно-импульсное преобразование).Схема работает следующим образом.В момент включения преобразователя входной импульс проходит через резисторы R4—R5 и
конденсатор С6, открывая транзистор VT5, который открывает транзисторы VT2, VT3. В ре¬
зультате через дроссели L1—L2 заряжаются конденсаторы фильтра СП—С12.164
Рис. 5.22. Схема преобразователя напряжения ПН 110/50Выходное напряжение на фильтре поддерживает транзистор VT5 в открытом состоянии после
исчезновения переднего фронта входного напряжения. При достижении на фильтре напряжения
определенной величины (устанавливается потенциометром R25) открывается транзистор VT6.
Отрицательный потенциал источника входного напряжения прикладывается к базе транзистора
VT4 и открывает его. Это приводит к запиранию транзисторов VT2, VT3. Конденсатор С9 в этот
момент заряжается входным напряжением через эмиттерно-базовый переход транзистора VT4 и
диод VD3, который открыт за счет э.д.с. самоиндукции дросселей L1, L2.В следующий полупериод, когда выходное напряжение уменьшится, сопротивление перехо¬
да коллектор-эмиттер транзистора VT6 увеличится, конденсатор С9 будет поддерживать транзи¬
стор VT4 в закрытом состоянии. Подзаряд конденсатора С9 происходит по цепи; «-1-» источника
входного напряжения, стабилитрон VD9, коллектор-эмиттер транзистора VT6, диод VD6, рези¬
стор R19, коллектор-эмиттер транзистора VT2, диод VD1 «-» источника. Благодаря действию
положительной обратной связи процессы смены состояний транзисторов VT2, VT3 и VT4 про¬
исходят лавинообразно. После перехода схемы (опрокидывание) в новое состояние вновь начи¬
нается медленный процесс заряда (перезаряда) конденсатора С9.Вышеописанный процесс позволяет стабилизировать выходное напряжение в пределах (50±1) В
при токе нагрузки от О до 8 А.Модуль питания МП-06. На пассажирских вагонах с системой электроснабжения ЭВ 44.03.8
для питания блока защиты БРЗ-4, модуля стабилизации МС-02, а также для питания цепей кли¬
матической установки вагона применяется модуль питания МП-06.165
Модуль питания МП-06 (рис. 5.23) преобразует постоянное входное напряжение (70—160) В в
стабилизированное напряжение 24 В и имеет три выхода гальванически независимых напряжений
«24 V», 24 V» и «и^. 24 V». Кроме того, модуль МП-06 имеет выходы для диагностической
проверки уставок модулей генератора МГ-03 и модуля защиты МЗ-03, расположенных в блоке БРЗ-4.МП-06 содержит преобразователь напряжения ПН. модулятор импульсов МИ, реле напряже¬
ния PH и схему диагностики Д.Преобразователь напряжения модуля питания построен по схеме однотактного преобразова¬
теля обратного хода (преобразователя с обратным включением выпрямительных диодов). Его
основными элементами являются ключевой IGBT транзистор VT2 и трансформатор J.Преобразователь напряжения работает следующим образом. Когда транзистор VT2 открыт,
ток в обмотке Н4-К4 и магнитный поток в сердечнике трансформатора линейно увеличиваются,
а диоды V6...V8 при этом закрыты обратным напряжением. Когда транзистор VT2 закрывается,
магнитный поток в сердечнике начинает уменьшаться, что вызывает появление тока во вторич¬
ных обмотках трансформатора Н1-К1, Н2-К2 и НЗ-КЗ. Токи этих обмоток через диоды V6...V8
заряжают соответствующие конденсаторы С12...С16 и проходят на нагрузку. О наличии выход¬
ного напряжения свидетельствует светодиод Н. Д.ля устранения выбросов напряжения на кол¬
лектора транзистора VT2 к нему подключены демпфирующие цепи С6, R14 и СЮ, R12, R13,
R20 через диод VD5.Транзистором VT2 управляет микросхема D1 с тактовой частотой 20 кГц через резистор
R10. Микросхема D1 является основным элементом модулятора импульсов, в котором формиру¬
ются функции запуска, управления и защиты преобразователя.Микросхема D1 содержит:- тактовый генератор (вывод 4), частота которого определяется резистором R7 (вывод 5) и
конденсатором С8 (вывод 6); на конденсаторе С8 формируется пилообразное напряжение, кото¬
рое имеет верхний и нижний пороги, соответственно равные 2,8 и 1 В;- источник опорного напряжения 5,1 В (вывод 16);- устройство плавного запуска (вывод 8), время которого определяется емкостью конденса¬
тора С7;- выходной усилитель (вывод 14), на котором присутствуют импульсы управления транзис¬
тором VT2;- операционный усилитель, сравнивающий опорное напряжение (вывод 2) с входным сигна¬
лом (вывод 1); усиленный и проинтегрированный входной сигнал поступает на вывод 3, интег¬
рация которого обеспечивается резистором R6 и конденсатором СЗ;- ШИМ-компаратор, сравнивающий пилообразное напряжение конденсатора С8 (вывод 7)
с усиленным входным сигналом (вывод 3); импульсы напряжения с выхода компаратора по¬
ступают на логическое устройство, которое в свою очередь управляет работой выходных уси¬
лителей;- блокировку по току транзистора VT2. Измеряемый сигнал снимается с шунта RS и через
фильтр R11, R23, С9 поступает на вывод 9. Блокировка по току закрывает выходные усилители
и соответственно транзистор VT2 при достижении на выводе 9 уровня сигнала 1 В;- устройство защиты от понижения питающего напряжения ниже 9 В на выводе 15.В момент включения модуля МП микросхемы D1, D2 получают питание от эмиттерного по¬
вторителя VT1, который открывается током заряда конденсатора С2. При переходе модуля в
режим нормальной работы транзистор VT1 закрывается напряжением открытого диода VI и
микросхемы D1, D2 получают питание от обмотки трансформатора Н2—К2, те. от конденсато¬
ра С13 через диод V4 и резистор R8. Это напряжение сглаживается конденсатором С4 и стаби¬
лизируется стабилитроном V2.Обратная связь по напряжению на вход микросхемы D1 подается через резисторный делитель
RP2, R4, R5 с конденсатора С13. В свою очередь, благодаря изменению времени открытого со¬
стояния транзистора VT2 на конденсаторе С13 в режиме нормальной работы МП-06 поддержи¬
вается стабилизированное постоянное напряжение 24 В при изменении входного напряжения и166
ФС2R1VTlVDl-М-. ^VD2
i ^R2'iC4ПЯ4R3tR5„С5RI2R9R6D1C3
HI—22ОRP2Ч]J=C8INVRINVEGОCLVCRTPGCTLRAQssSO1615141312■ClМИR13-ст¬онR20[CIOVD52SVD4-H-R8-02114V5,1V 23
-OlC9H4K4C11=H C17^ClT;k3!h3■ШС12ф C16=}=|K2|h2VD6-И-IKI!hiVD8reiiC13.^VT3RI9r:ZLCI4 4cI5I26ОPHSIRIORllVT2
02-S|]r16 I'2?ymXR1C9iRI7D2 27M-Й-N^di3C18RP3-Й-VDIO5^>R18R23/\/Дг^пц<; S2O'F-Э-R22 VDl 4
- ^Б2u.A1Б1^Л,Б5РМНA4БЗ+ВA2+(/„
24 VA3-Б4+24 VA5пA7+К24 VA6-01X2/I\/^ /|ч.(5bo\Рис. 5.23. Схема модуля питания МП-06
нагрузок. При ЭТОМ на конденсаторах С12, С16 (выход 24 V) и С14, С15 (выход 24 V)
поддерживается напряжение (24—31) и (21—27) В соответственно. Уставка напряжения 24 В на
конденсаторе С13 регулируется потенциометром RP2.Если выходная суммарная мощность МП-06 превышает (36—40) Вт, выходные напряжения
снижаются, обеспечивая таким образом постоянную максимальную мощность на выходах МП-06.
Эта регулировка также осушествляется микросхемой D1 по сигналу обратной связи по току от
шунта RS.При снижении напряжения на конденсаторе С13 ниже 16 В срабатывает защита от пониже¬
ния напряжения питания микросхемы D1, закрывается транзистор VT2 и отключается МП-06.
Таким образом обеспечивается защита от коротких замыканий на выходах МП-06.Реле напряжения. Его основным элементом является микросхема D2. Па микросхеме D2
организована защита от повышения выходных напряжений. Выходное напряжение с конденса¬
тора С13 через делитель R15...R17, RP3 поступает на вход (вывод 3) микросхемы D2, где срав¬
нивается с опорным напряжением 5,1 В, поступающим на инвертирующий вход (вывод 2).
В случае увеличения напряжения выше уровня 27 В на конденсаторе С13 микросхема D2 пере¬
ключается и выдает отключающий сигнал на микросхему D1 через диод VD11 и резистор R18.
При этом также запирается транзистор VT2 и отключается МП-06. Уставка по напряжению
срабатывания защиты регулируется потенциометром RP2. Кнопка S1 позволяет произвести про¬
верку этой защиты, а для восстановления работы модуля необходимо отключить и повторно
включить питание МП-06.Схема диагностики получает питание от демпфирующей цепи СЮ. R12, R13, R20, при этом
напряжение на конденсаторе СЮ (катод диода VD5) выше питающего напряжения «6'^^» на
(100—150) В. В режиме диагностики (при нажатой кнопке S2) это напряжение подается через
транзистор VT3 на выходы и «+В» для проверки уставок МГ-03 и МЗ-03 по напряжению.
Регулирование этого напряжения осуществляется потенциометром RP1, а его измерение — вне¬
шним вольтметром, подключенным к гнездам «-» и «t^p» или nlJ^» розетки Х2.Розетка Х2 также позволяет произвести измерение напряжения питания «^7^» и выходных
напряжений «24 V», 24 V» и 24 V».Контрольные вопросы1. Опишите достоинства блочно-модульной конструкции систем электроснабжения вагонов.2. Опишите назначение блоков переключения питания с генератора на аккумуляторную батарею.3. При каких условиях происходит переключение питания потребителей вагона на аккумуля¬
торную батарею?4. Какие параметры контролирует блок управления зарядом аккумуляторной батареи?5. Опишите принцип работы блока управления отоплением.6. Каким образом можно регулировать производительность вентилятора в блоке БРВ?7. Каким образом производится диагностика работоспособности блока БУВ?8. При каких аварийных режимах блок БЗ-38 обеспечивает отключение источников питания?9. Как производится диагностика блока БЗ-38 на стоянке?10. Опишите назначение стабилизаторов напряжения на подвижном составе.11. При каких условиях блок БУВ-48 изменяет скорость вращения вентилятора?12. По каким причинам необходимо изменять ток заряда аккумуляторной батареи?13. Опишите назначение блока защиты FLS от минимального напряжения.14. Опишите назначение блока регулирования ЕВТ.15. Что используется в качестве датчика измерения температуры обмотки возбуждения в бло¬
ке EGS?
Глава 6
электронное регулирование ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ6.1. Способы регулирования скорости вращения асинхронных двигателейНевозможность плавного изменения скорости вращения ротора асинхронного двигателя счи¬
тается одним из основных недостатков этих двигателей. В связи с разработкой и серийным вы¬
пуском электротехнической промышленностью тиристорных преобразователей частоты и на¬
пряжения стали создаваться регулируемые асинхронные электрические двигатели с характери¬
стиками, не уступающими по своим показателям электрическим двигателям постоянного тока.Одним из способов регулирования скорости вращения асинхронного двигателя является из¬
менение величины питающего напряжения. При этом между сетью переменного тока и стато¬
ром двигателя включается регулятор напряжения, выходное напряжение которого изменяется от
значения сетевого напряжения и практически до нуля. Регулирование напряжения на статоре не
приводит к изменению скорости холостого хода и не влияет на критическое скольжение, но су¬
щественно изменяет критический момент (по мере уменьшения напряжения резко снижается
критический момент и тем самым перегрузочная способность двигателя).Для регулирования напряжения на статоре двигателя используются различные электротехни¬
ческие устройства — автотрансформаторы, магнитные усилители и т.д. В настоящее время ши¬
рокое распространение получили тиристорные регуляторы напряжения, так как они имеют вы¬
сокий КПД и просты в обслуживании.На рис. 6.1, а представлен принцип регулирования напряжения на однофазной нагрузке. Си¬
ловая часть однофазного регулятора образована двумя тиристорами VS1 и VS2, включенными
по так называемой встречно-параллельной схеме, которая обеспечивает протекание тока в на¬
грузке Zjj в оба полупериода напряжения сети U-^. Тиристоры получают импульсы управления
от системы формирования импульсов управления (СИФУ), которая обеспечивает сдвиг им¬
пульсов на угол управления а в функции внешнего сигнала управления U^.ТРНиСИФУVS1VS2~и1 о-► Z„и.perРис. 6.1. Принцип регулирования напряжения на однофазной нагрузке (а) и кривые напряжения приразличных углах управления а (б)169
Рис. 6.2. Реверсивная схема управления асинхронного
двигателяЕсли на тиристоры VS1 и VS2 не подаются импульсы управления от СИФУ, то они закрыты и
напряжение на нагрузке равно нулю. При подаче на тиристоры импульсов управления с
углом управления а = О они будут полностью открыты и к нагрузке будет приложено все напря¬
жение сети (рис. 6.1, б). Если осуществлять подачу импульсов управления на тиристо¬
ры с некоторой задержкой относительно предельного режима (угол управления а Ф 0), то к на¬
грузке будет прикладываться часть напряжения сети. Изменяя угол управления а от нуля до п,
можно регулировать напряжение на нагрузке от полного напряжения сети до нуля.На рис. 6.2 приведена реверсивная схема управления асинхронного двигателя на пяти парах
тиристоров VS1 ...VS10. Эта схема позволяет изменять не только напряжение на обмотках двига¬
теля, но и направление вращения ротора. Если сигналы управления от СИФУ подать на тирис-торные пары 1, 3 и 5, то на обмотках статора
двигателя (С1, С2, СЗ) питающее напряже¬
ние будет с последовательностью фаз сети А,
В, С и двигатель будет вращаться в одном на¬
правлении. Если же сигналы управления по¬
дать на тиристорные пары 2, 4 и 5, а с тирис¬
торных пар 1, 3 и 5 их снять, то на выводах
статора будет последовательность фаз — В,
А, С, при этом направление вращения рото¬
ра изменится на противоположное.Скорость вращения электродвигателя
можно регулировать изменением частоты
питающего напряжения. Такой способ назы¬
вается частотным и заключается в том, что
изменяя частоту /j питающего напряже¬
ния, можно в соответствии с выражением
Wq = 2л/'|/р изменять скорость двигателя coq, получая различные искусственные характеристики.
Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а получаемые
при этом характеристики обладают высокой жесткостью, причем регулирование скорости в этом
случае не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому потери мощности оказывают¬
ся небольшими.Для лучшего использования и получения высоких энергетических показателей работы асин¬
хронного двигателя одновременно с частотой необходимо изменять и подводимое напряжение.
Рациональный закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки.
Так при постоянном моменте нагрузки напряжение должно регулироваться пропорционально
его частоте, те. отношение напряжения к частоте должно быть постоянным {U/f = const). При
управлении двигателя по закону Uif= const скорость холостого хода двигателя изменяется про¬
порционально частоте напряжения, а критический момент практически остается неизменным
или изменяется незначительно. Таким образом, для реализации частотного способа регулирова¬
ния скорости должен использоваться преобразователь частоты, который позволяет также регу¬
лировать и напряжение на его статоре.Преобразователи частоты (ПЧ), которые нашли применение в частотных асинхронных элек¬
тродвигателях, можно разделить на две группы. Группы отличаются друг от друга используемы¬
ми техническими средствами и структурой;1 — электромашинные вращающиеся ПЧ, в которых для получения переменной частоты ис¬
пользуются обычные или специальные электрические машины как постоянного, так и переменно¬
го тока. Для создания такого преобразователя необходимы несколько электрических машин, рас¬
считанных на полную мощность потребителей, что определяет его громоздкость и высокую цену;2 — статические преобразователи (на полупроводниках). Использование статических ПЧ
позволило повысить технико-экономические показатели регулируемого частотного привода и
увеличить его КПД и быстродействие.170аЬ h для scbist.com
в настоящее время большое распространение получили статические ПЧ. Статические ПЧ
могут быть без звена постоянного тока с непосредственной связью питающей сети и нагрузки и
с промежуточным звеном постоянного тока.6.2. Преобразователи частотыФункциональная схема преобразователя частоты (ПЧ) без звена постоянного тока представ¬
лена на рис. 6.3. Схема ПЧ 1 содержит силовую часть выполненную на тиристорах, управляе¬
мых сигналами с блока управления 2. К сило¬вой части ПЧ подключен асинхронный двига¬
тель 4. С помощью этой схемы осуществляется
преобразование электрической энергии сети
(~Ц; fy) в энергию с регулируемым напряже-нием и частотой {U1рег’/ipgr) В соответствии сРис. 6.3. Функциональная схема преобразователя
частоты без звена постоянного токасигналом управления U^..Распространенной схемой преобразователя
частоты с непосредственной связью является схе¬
ма (рис. 6.4), состоящая из трех одинаковых ком¬
плектов тиристоров 2,3 ,4, обеспечивающих пи¬
тание обмоток статора двигателя Z^, и Z^. Каж¬
дый из комплектов содержит шесть тиристоров,
три из которых подсоединены анодами, а три —
катодами к вторичной обмотке трансформато¬
ра /. Так как общая точка трехфазной обмотки
статора соединена с нулевой точкой трансфор¬
матора, то такая схема называется нулевой.Рассмотрим работу одной обмотки двигателя, например Z^, управляемую комплектом 2 тири¬
сторов VS1 ...VS6. Для упрощения предположим, что нагрузка имеет активный характер.Iи.; ^iper
/iperРис. 6.4. Электрическая схема преобразователя частоты без звена постоянного тока
Если на тиристоры не подаются управляющие импульсы, они закрыты, и напряжение на об¬
мотке статора равно нулю. Если импульсы управления подавать на тиристор VS1 в момент /[
(рис. 6.5, а), на тиристор VS2 — в момент ?2 и на VS3 — в момент то эти тиристоры откроют¬
ся, и К обмотке Zg будут приложены положительные участки трех синусоид с вторичной обмот¬
ки трансформатора 1. Если снять управляющие импульсы с тиристоров VS1, VS2, VS3 и подать
на тиристоры VS6, VS4, VS5 в моменты соответственно t^, t-j, то к обмотке Z^ будут приложе¬
ны такие же синусоиды, но уже отрицательной полярности.При поочередном открывании указанных групп тиристоров на обмотку Z^ будет подаваться
напряжение в соответствии с графиком, представленным на рис. 6.5, б. Таким образом, к обмот¬
ке подводится напряжение переменного тока с периодом те. частота напряжения стала
меньше, чем частота питающего напряжения. Для расширения диапазона регулирования часто-171
Рис. 6.5. Графики напряжения на выходе преобразователя
частоты без звена постоянного токаРис. 6.6. функциональная схема преобразователя частоты
со звеном постоянного токаты вводится пауза между момен¬
том снятия управления с тиристоров
VS1... VS3 и подачей их на тиристоры
VS4...VS6. От величины паузы за¬
висит частота питающего напряжения.Таким образом преобразователь ча¬
стоты без звена постоянного тока с не¬
посредственной связью питающей сети
и нагрузки может обеспечивать регули¬
рование частоты только в сторону
уменьшения.Рассматриваемый преобразователь
позволяет регулировать и величины
напряжения, для чего управляющие
импульсы на тиристорные группы по¬
даются не в момент ?|, t-,, а с
некоторой задержкой, которая соответ¬
ствует углу управления а тиристора¬
ми (рис. 6.5, в). Изменяя с помощью
системы управления момент подачи
импульсов на тиристоры, можно регу¬
лировать напряжение нагрузки от нуля
до максимального значения.Необходимо отметить, что при ак¬
тивно-индуктивной нагрузке (харак¬
терной для двигателя) изменяется
лишь форма напряжения.Недостатком такой схемы включения
является необходимость нулевого выво¬
да трансформатора и обмоток статора
двигателя. Поэтому на практике получи¬
ли распространение так называемые мо¬
стовые схемы преобразователей частоты,
в которых отсутствует нулевой провод.Функциональная схема ПЧ со звеном
постоянного тока представлена на рис.6.6. Схема состоит из двух основных
блоков: управляемого выпрямителя 2 и
управляемого инвертора 3 с блоками
управления 1 и 5. Напряжение сети
(J7,;/]) преобразовывается в постоянное
Eq, которое может регулироваться в ши¬
роких пределах с помощью блока управ¬
ления /. Выпрямленное напряжение по¬
дается на вход инвертора, который пре¬
образует его в трехфазное напряжение
^iper регулируемой частотой
поступающей на двигатель 4. Частота
выходного напряжения регулируется с
помощью блока 5 в зависимости от
входного сигнала управления U .172
Рис. 6.7. Электрическая схема преобразо¬
вателя частоты со звеном постоянного тока+ 11|iv1i V11i VI![!1 I11 “1IIII11 VS11!11L..VSl■<—11^“!1—^VS4!1Ii1 1
I i1/1 1
1!i 1
(1 'i 11 !
! i
1Iit11Г' i
1 1( 1
1 1
1111111! 11 1
i 1
i 1i111IVS3111111VS3wVS6II11!1VS6111wti к11 !11i I
! 1111ii 1VS511VS51 1' 1
I 1VS2VS2 ]wt—V.—►Рис. 6.8. Диаграммы состояний тиристоровРассмотрим подробнее работу управляемого инвертора. Управляемый инвертор (рис. 6.7) со¬
стоит из шести управляемых тиристоров VS1... VS6, которые соединены по мостовой схеме и по
сигналам с блока управления открываются в требуемой последовательности. Инвертор соеди¬
нен с трехфазной нагрузкой 7д, Zg, и Z^^ (обмотки статора двигателя).Рассмотрим работу схемы, в которой время открытия тиристоров составляет 1 гдепериод Tpgj, = 1//рег- В каждый момент времени открыты три тиристора из шести, причем за
время периода можно выделить шесть интервалов (I, II, 111, IV, V, VI) различных сочетаний от¬
крытых и закрытых состояний тиристоров. На рис. 6.8 представлены диаграммы состояний ти¬
ристоров, где токи фаз /д, /д, 1^, проходящие через нечетные тиристоры, показаны в положи¬
тельном направлении, а четные — в отрицательном.О—сZc2Е„' z.(1—1 1—'2Eo2E„* ^ ьЛ ^ кЧZc2Е„Рис. 6.9. Схемы соединений обмоток двигателя при различных состояниях тиристоров (кДля того чтобы определить форму напряжения на нагрузке, необходимо рассмотреть схемы
включения обмоток статора двигателя на каждом из шести временных интервалов. В течение
интервала I открыты тиристоры VS1,VS5 и VS6, при этом начала обмоток и Z(- соединены с
плюсовым выводом источника +Eq, а начало обмотки Zg — с минусовым выводом -Eq (рис. 6.9).
Так как сопротивление всех обмоток одинаковое, то сопротивление параллельно соединенных
обмоток Zд и Zq будет в два раза меньше, чем сопротивление обмотки Zg. Тогда и напряжение
на параллельно соединенных обмотках будет в два раза меньше, чем на обмотке Zg, и составит
Eq/3, Ыд= Eq/3 (рис. 6.10). На интервале II (см. рис. 6.8) открыты тиристоры VS1,VS6 и VS2,
обмотки Zg и Zq включены параллельно, к ним прикладывается напряжение Eq/3, а к обмотке
Zд — напряжение 2 Е^/З (см. рис. 6.10). На интервале III открыты тиристоры VS1, VS2 и VS3,
при этом обмотки Zд и Zg включаются параллельно. Напряжение на обмотке Zд равно Eq/3
(см. рис. 6.10).173
Рис. 6.10. Графики напряжения на обмотках двигателя при различных состояниях тиристоров (XЕй-►tЕаРис. 6.11. Диаграммы состояний тиристоровРис. 6.12. Графики напряжения на обмот¬
ках двигателя при различных состояниях
тиристоров (А, =7pgj73)Аналогично можно показать соединение обмоток и для интервалов IV, V, VI, которые будут
соответствовать интервалам I, II, Ш, но иметь другую полярность.Из вышесказанного значит, что напряжение на обмотках статора двигателя при продолжи¬
тельности открытого состояния тиристоров, равной "к имеет ступенчатую форму и явля¬
ется переменным. Это напряжение сдвинуто по фазам на треть периода регулируемой частоты,
т.е. на нагрузке получается стандартная система трехфазного напряжения переменного тока, хотя
и несинусоидальной формы.Форма выходного напряжения изменится, если продолжительность открытого состояния ти¬
ристоров будет составлять треть периода, т.е. А, = 773 (рис. 6.11). В этом случае в каждый интер¬
вал времени открыты лишь два тиристора и две обмотки двигателя оказываются последователь¬
но включенными на напряжение Eq, а третья обмотка отключена от источника. Тогда на каждой
из последовательно соединенных обмоток напряжение будет составлять Eq/2, а на третьей —
равное нулю (рис. 6.12). Изменение продолжительности открытого состояния тиристоров при-174
водит к изменению как величины напряжения, так и частоты. Причем преобразователи частоты
со звеном постоянного тока обеспечивают изменение частоты на обмогках двигателя как ниже,
так и выше сетевой,6.3. Виды управляемых инверторовВ преобразователях частоты для управления асинхронными двигателями применяются раз¬
личные инверторы. Инверторы отличаются друг от друга видами ком.мутации тиристоров; схе¬
мами их соединения; способами регулирования напряжения и др. В зависимости от способа
коммутации тока тиристоров инверторы делятся на ведомые сетью и автономные.Автономные инверторы, применяемые в преобразователях частоты для управления скорос¬
тью врашения двигателей, делятся на инверторы напряжения и инверторы тока.Автономные инверторьу напряжения (АПН) подключаются к источнику напряжения, напри¬
мер к управляемому выпрямителю, на вьгходе которого устанавливается конденсатор большой
емкости. АПН имеют жесткую внешнюю характеристику, т.е. с изменением тока нагрузки на¬
пряжение на их выходе практически не изменяется. Поэтому при использовании АИП управля-
юшими воздействиями для двигателя являются частота и напряжение.Автономные инверторы тока (АНТ) питаются от источника тока, например. управляе.м010
выпрямителя, к выходу которого подключается реактор большой индуктивности. При использо¬
вании АИТ управляющими воздействиями для двигателя являются частота и ток статора.Достоинством АИП является независимость выходного напряжения от режима работы дви¬
гателя, что позволяет применять его для управления группой регулируемых двигателей. Недо¬
статком является использование на входе конденсатора большой емкости, большого количества
тиристоров и коммутирующих элементов.Достоинством АИТ является возможность создания быстродействующих реверсивных элек¬
трических приводов, работающих в интенсивно-кратковременном режиме, отсутствие конден¬
сатора, использование небольшого количества тиристоров и силовых диодов. Недостатком яв¬
ляется необходимость включения входного реактора.Регулирование выходного напряжения преобразователей частоты (ПЧ) .может осуществлять¬
ся несколькими способами. В ПЧ с непосредственной связью оно осуществляется так же, как и
в управляемых выпрямителях (работа управляемых выпрямителей рассматривалась в главе 3).
Такое управление получило название фазового.В ПЧ со звеном постоянного тока регулирование напряжения на нагрузке (обмотке статора)
производится двумя способами — или с помощью специального регулятора напряжения, или
самим инвертором.Первый способ, в свою очередь, может быть реализован двумя путями — за счет использова¬
ния управляемого выпрямителя (фазовое управление) или неуправляемого выпрямителя и раз¬
мещенного между ним и инвертором широтно-импульсного преобразователя (ШИП). Этот спо¬
соб называется амплитудным регулированием напряжения. Достоинствами этого способа явля¬
ются широкий диапазон регулирования напряжения и возможность использования для любого
типа инвертора.Для второго способа характерно совмещение регулирования частоты и напряжения в самом
инверторе, при этом управление тиристорами производится с помощью широтно-импульспой
модуляции (ШИМ).Пятисистемный преобразователь FSU 1.1, в составе которого применяется инвертор трехфаз¬
ного тока DWR 8.1, служит для питания электрических двигателей холодильной установки.
В структуру преобразователя (см. рис. 4.11) входят управляемый выпрямитель, промежуточный
контур с конденсатором и управляемым инвертором. Следовательно, рассматриваемый преоб¬
разователь относится к тиристорным преобразователям со звеном постоянного тока и автоном¬
ным инвертором напряжения.Рассмотрим подробнее работу шестиимпульсной мостовой схемы инвертора DWR 8.1
(рис. 6.13).175
VS15WСтТТ2С2--VS 16vsnj 2iVD21 2iVD22 v'S^Z 2^VD2VSIO
VD242KVSll
^VS4 VD25$L,^13VVS5 VD262JUSlISl1S21S3US12US23иззУ^
CZ>us^■Ш-Рис. 6.13. Шсстиимпульсная мостовая схема инвертора DWR 8.1Управление инвертором осуществляется таким образом, чтобы угол отсечки тока каждого
тиристора составлял 180°. В соответствии со схемой управления три тиристора всегда находят¬
ся в проводящем состоянии, причем каждые 180° происходит гащение (запирание) тиристора
одной ветви моста и зажигание (открывание) другого тиристора той же ветви моста. Для пре¬
дотвращения короткого замыкания вводится пауза между моментами включения и отключения
отдельных тиристоров.В каждую ветвь моста включены главные ти¬
ристоры VS1 ...VS6, вспомогательные тиристоры
VS7... VS12 и тиристоры управления VS15...VS16.
При переключении открываются вспомогатель¬
ный тиристор (VS7...VS12) и тиристор управле¬
ния (VS15...VS16). Нагрузочный ток с главного
тиристора (VS1...VS6) переключается на комму¬
тационную ветвь — тиристор управления и вспо¬
могательный тиристор. Ток в коммутационной
ветви обрывается, так как на тиристоры управле¬
ния подается импульс закрытия.Диоды обратного тока, включенные встречно
К главным тиристорам, позволяют инвертору пи¬
тать цепи нагрузки с накопителями энергии ис¬
точниками встречного напряжения.На рис. 6.14 показан ток одной фазы при ак-
тивно-индуктивной нагрузке. Нагрузочный ток с
запаздывающим смещением в начале проводяще¬
го периода одной ветви принимается соответству¬
ющим диодом обратного тока. После прохода че-Рис. 6.14. Графики тока одной фазы инвертора
DWR 8.1 при активно-индуктивной нагрузке176
рез нулевую точку ток переходит на главный тиристор. Интервал проводимости этих диодов
зависит от вида нагрузки или угла сдвига фаз. Необходимая реактивная мощность предоставля¬
ется конденсатором промежуточного контура.6.4. Преобразователи пассажирских вагоновНа пассажирских вагонах для питания кондиционера применяется статический преобразова¬
тель ПЧ-24-У1. который предназначен для частотного управления скоростью асинхронных элек¬
тродвигателей, входящих в комплект электрооборудования вагонов с автономным электроснаб¬
жением и кондиционированием воздуха. Преобразователь обеспечивает пуск, торможение, из¬
менение частоты вращения и защиту электродвигателей в соответствии с заданием в ручно.м
или автоматическом режиме. Преобразователь располагается в подвагонном ящике.Преобразователь содержит три не зависимых канала: канач I — управление электродвигате¬
лем компрессора; канал 2 — управление электродвигателем приточного вентилятора; канал 3 —
управление электродвигателем вентилятора конденсатора.Основные харакгеристики каналов приведены в табл. 6.1.Таблица 6.1Основные характеристики каналов преобразователя ПЧ-24-У1ПараметрЗначение параметра при номере канапа1 2 3Входные параметры:
род токаПостоянныйнапряжение, В90--145амплитуда напряжения пульсаций, В15Выходные параметры:номинальное линейное напряжение, В220220220диапазон регулирования напряжения, В94--308220—24294 308номинальная частота, Гц505050диапазон регулирования частоты, Гц20—7049—5120—70номинальная мощность, кВ А1833выходная мощность при питании от ДБ
{Ubx = 90—125 В), кВ-А1133Суммарный КПД при = 125 В, %94Масса, кг340Схема преобразования содержит повышающий преобразователь (НИН) и инвертор с ШИМ.
Структурная схема преобразователя приведена на рис. 6.15. Входное напряжение поступает через
выключатель 1(S1) на вторичный источник питания ВИП, обеспечивающий необходимое для ра¬
боты преобразователя напряжение питания. Одновременно через зарядный резистор 3 осуществ¬
ляется заряд конденсаторов 4, 5 выходных фильтров ПИН каналов 1 и 3 (6) и канала 2 (7). Тем
самым снижается бросок зарядного тока при подаче питания. С задержкой примерно 1,5 с вклю¬
чается входной контактор 9 (К1), шунтирующий зарядный резистор 3, после чего преобразователь
готов к работе.При поступлении команды включения канала запускается соответствующий ПИН, устанав¬
ливая необходимое значение напряжения на нагрузке и входе инвертора (примерно 400 В для
каналов 1 и 3 и 300 В для канала 2), обеспечивая стабилизацию напряжения при изменениях
входного напряжения (в пределах от 90 до 145 В). Каналы 1 и 3 имеют общий ППН, канал 2 —
отдельный.Повышение напряжения достигается при замыкании соответствующего ключа (13, 14, 15) за
счет накопления энергии в накопительном реакторе (10, 11, 12) и последующего ее сброса в177
-400
выходной конденсатор (4, 5) через разделительный диод (16,17,18), предотвращающий разряд
емкости в следующем цикле накачки. Транзисторный ключ, коммутирующий накопительный
реактор, и разделительный диод представляют собой единый силовой модуль.Повышающий преобразователь напряжения кана.аов 1 и 3 имеет две параллельные ветви,
включенные на общую выходную емкость, что определяется допустимой нагрузкой на силовой
модуль. Управление ППН осуществляется платами ПР1 (19) и ПР2 (20) через платы драйверов
(усилителей управляющих сигналов) ПД2 (21) и ПД1 (22). Для управления используются сигна¬
лы тока, поступающие с плат датчиков ПДТ2 (23) и ПДТ1 (24), и сигналы напряжения, снимае¬
мые с делителей (25 и 26). Системы управления (СУ) ППН обеспечивают стабилизацию выход¬
ного напряжения на заданном уровне, защиту от перегрузки, токов, недопустимого повышения
напряжения, перегрева.Одновременно с ППН запускается инвертор соответствующего канала. Инверторы выполне¬
ны по 3-фазной мостовой схеме. Инвертор канала 1 состоит из трех силовых модулей (27, 28,
29), каждый из которых представляет собой 1шечо моста и содержит два транзистора и два об¬
ратных диода. Инверторы каналов 2 и 3 (30,31) вьшолнены на одном силовом модуле каждый.Управление инверторами осуществляют платы ГГУ’1 (32,33,34) через платы драйверов ПС2-М1
(35) и ПС6-ТМ (36,37). Для управления используются сигналы токов, поступаюнще с плат ПДТЗ1
(38) и ПДТ32 (39,40), а также сигналы задания (в аналоговом или цифровом виде) и команды
включения, поступающие с пульта управления вагона через клеммник (41). Гальваническую
развязку аналогового сигнала задания осуществляет плата ПГР (42). Контроль температуры си¬
ловых модулей осуществляют датчики (43,44,45), контроль температуры воздуха в ящике —
датчики (46,47).Системы управления (СУ) обеспечивают поддержание выходной частоты инверторов в соот¬
ветствии с заданием, а также выполнение заданного закона U// Последнее осуществляется спо¬
собом широтно-импульсной модуляции по специальному алгоритму.Системы управления обеспечивают очередность включения и интервалы между включения¬
ми каналов, заищту от перегрузки, токов, перегрева, несимметрии токов нагрузки и обрьша фазы,
недопустимого снижения входного напряжения. При возникновении указанных ситуаций, кро¬
ме перегрева, осуществляется трехкратное автоматическое повторное включение (АПВ) каналаи, при неудачном АПВ, отключение преобразователя. При возникновении происходит однократ¬
ное АПВ.Системы управления (СУ) осуществляют также обмен оперативной и диагностической ин¬
формацией с пультом управления вагона (ПУ) в соответствии с табл. 6.2.Таблица 6.2Таблица обмена оперативной и диагностической информацией№п/пНаименование команды, сигналаОткуда поступаетКуда поступаетХарактеристика
команды, сигнала123451Включение канала 1ПУ вагонаСУ преобразователяНапряжение 30 В,
100 мА2Включение канала 2то жето жетоже3Включение канала 3то жето жето же4Запрет по внешней сетито жето жето же5Работа канала 1СУпреобразователяПУ вагонаСухой контакт 30 В,
ЮмА6Работа канала 2то жетожетоже7Работа канала 3то жето жетоже8Частота канала 1 50 Гцто жето жеСухой контакт 30 В,
40 мА179
Окончание табл. 6.212345Авария:9канала 1то жего жето же10канала 2го жето жето жеilканалаЗто жето жето жеЗашита модулей:12канала 1то жето жеСухой контакт 30 В,
Юм А13канала 2то жето жето же14канала 3то жего жето жеТермозащита:15канала 1то жето жего же16канала 2то жето жето же17канала 3то жето жето же18Неисправность ПГ1Н1то жето жето же19Неисправность ППН2то жето жето же20Управление каналом 1
аналоювоеПУ ваг онаСУпреобразователяАналоговый
(0—10) В, 10 мА21Управление каналом 1 цифровоето жего жеЦифровой, 4 бита,
30В,10мА22Сброс защитыто жето же30 В,40 мА23Блокировка включения
контактора внешней сетиСУпреобразователяПУвагонаСухой контакт
30 В, 100 мАПреобразователь имеет единый вторичный источник питания (2) ВИП, снабжающий систе¬
мы управления ППН и инверторов, а также выходные устройства управления силовыми модуля¬
ми, стабилизированными гальванически развязанными напряжениями питания.Внутри ящика преобразователя установлены два вентилятора, обеспечивающие обдув плат
системы управления, а также выравнивание температуры воздуха по объему ящика. Вентилято¬
ры включаются автоматически при достижении температуры воздуха внутри ящика +50 °С. При
температуре воздуха ниже минус 20 °С включается подогрев, обеспечивающий повышение тем¬
пературы внутри ящика на 20 °С за время 15—20 минут.Пробный пуск преобразователя в ручном режиме управления производится в следующей
последовательности;- включить выключатель питания собственных нужд S1;- подать на преобразователь напряжение питания (90—145) В;- убедиться в отсутствии аварийной сигнализации на пульте управления вагона и платах ПУ1,
ПР1, ПР2, ПП1 преобразователя;- включить приточный вентилятор, убедиться, что имеется сигнал «Работа канала 2» на пуль¬
те управления, убедиться по направлению потока воздуха в правильности направления враще¬
ния вентилятора;- включить вентилятор конденсатора, убедиться, что имеется сигнал «Работа канала 3» на
пульте управления вагона, убедиться в правильности направления вращения вентилятора;- включить компрессор, убедиться, что имеется сигнал «Работа канала 1» на пульте управле¬
ния вагона, убедиться в нормальной работе компрессора по сигнализации на пульте управле¬
ния и поступлению в вагон охлажденного воздуха;- отключить каналы в обратной последовательности.Преобразователь имеет три основных режима работы: 1 — режим готовности; 2 — питание
приточного вентилятора; 3 — питание приточного вентилятора и кондиционера.180аЬ h для scbist.com
Ждущий режим наступает после подачи на преобразователь напряжения питания (90—145) В
при отсутствии команд включения каналов. Система управления работает и обеспечивает готов¬
ность включения каналов при поступлении соответствующих команд. В ждущем режиме по¬
требляемый ток не превышает 1,5 А.В режиме питания приточного вентилятора работает канал 2. Если температура окружающе¬
го воздуха ниже минус 20 °С, автоматически включается устройство подогрева. Ток, потребляе¬
мый устройством подогрева, составляет 2,2 А при напряжении источника питания 90 В и 3,5 А
при напряжении 145 В. При достижении температуры более или равной минус 20° подогрев
отключается.При поступлении команды «Включение канала 2» осуществляются запуск и разгон элект-
рюдвигателя приточного вентилятора до номинальной частоты вращения. Время разгона состав¬
ляет примерно 25 с. По достижении 20 % номинальной частоты на пульт управления вагона
вьщается сигнал «Работа канала 2». При возникновении неисгфавносги на пульт управления вагона
вьщаются сигнал «Авария канала 2», а также диагностические сигналы «Зашщ'а модулей канала 2»
(максимальная токовая зашита инвертора), «Неисправность ППН2» (отказ повьш1ающего пре¬
образователя канала 2) или «Термозащита канала 2» (недопустимый перегрев силовых модулей
инвертора или ППН). Сигнал «Авария канала 2» вьщается также при неуспешном АПВ (автома¬
тическом повторном включении), которое осуществляется в следующих случаях:- перегрузка канала свыше 1,15 номинального тока в течение 10 с;- перегрузка канала свьш1е 1,5 номинального тока независимо от времени;- несимметрия нагрузки свыше 20 % или при обрыве фазы.Диагностическая информация при этом на пульт вагона не вьщается. Причину отключения
можно установить с помощью светодиодов, расположенных в верхней части плат ПУ 1 и ПУ2
блока БСИ2 (Блок преобразователя канала 2).Отключение канала осуществляется снятием команды «Включение канала 2». При этом ка¬
нал переводится в ждущий режим. Если канал 2 отключен, в каналы 1 и 3 вьщается блокирую¬
щий сигнал, запрещающий их включение.В режиме питания приточного вентилятора и кондиционера работают все три канала преоб¬
разователя. Запуск канала 3 (управление электродвигателем вентилятора конденсатора) осуще¬
ствляется автоматически по команде «Включение канала 3» при условии, что канал 2 вклю¬
чен. Разгон до номинальной частоты вращения осуществляется за 25 с. Вьщача на пульт уп¬
равления сигнала «Работа канала 3» происходит по достижении частоты вращения, равной
примерно 20 % от номинальной. Объем и порядок вьщачи диагностической информации анало¬
гичен каналу 2. Отключение канала осуществляется снятием команды «Включение канала 3».Канал 1 (питание зяектродвигателя компрессора) включается по команде «Включение канала 1»
при наличии сигнала управления и включенном состоянии канала 2. Сигнал управления посту¬
пает из системы управления кондиционера в цифровом (4-х разрядный параллельный код) или
аналоговом ((О—10) В постоянного напряжения) виде.При аналоговом управлении частота пропорциональна напряжению задания; заданию 10 В
соответствует выходная частота 70 Гц. Соответствие частоты и цифрового кода при цифровом
задании приведено в табл. 6.3.Таблица 6.3Соответствие частоты и цифрового кодаКод000000010010ООН01000101ОНО011110001001101010111100Содер¬жаниеОтклю¬чениеСбросзащитыЧастота, Гц2025303540455055606570При наличии обоих сигналов приоритет имеет цифровой. Зависимости напряжения от часто¬
ты, а также частоты от времени при разгоне нелинейны. Эти зависимости определены из усло¬
вия обеспечения минимального значения тока двигателя. При этом суммарное время разгона до
частоты 70 Гц составляет примерно 25 с. При достижении частоты, равной 20 % от номиналь¬181
ной. на пульт управления вагона выдается сигнал «Работа канала 1», а при достижении номи¬
нальной частоты — сигнал «Частота 50 Гц». Объем и порядок выдачи диагностической инфор¬
мации аналогичны каналу 2.При заищтном отключении одного или нескольких каналов допускается однократная попыт¬
ка повторного запуска после сброса защиты кодом 0001 или кнопкой «Сброс защиты», располо¬
женной на пульте управления вагона. Сброс зашиты и повторное включение допускаются также
после устранения следующих причин отключения: перегрузки каналов; перегрева силовых мо¬
дулей каналов; несимметрии нагрузки каналов; недопусти.мого снижения напряжения питания.Контроль работоспособности преобразователя осуществляется по оперативной и диагности¬
ческой сигнализации, поступающей на пульт управления вагона, а при возникновении неисп¬
равностей — по диагностической сигнализации на платах преобразователя. Перечни и содержа¬
ние диагностических сигналов приведены в Приложениях к технической документации преоб¬
разователя.Для определения отказавшей платы необходимо предварительно убедиться в наличии пита¬
ния. Если одно из напряжений питания отсутствует, следует убедиться в исправности ВИП. Для
этого поочередно отключать от ВНП платы, подключенные к отсутствующему напряжению пи-
таи;1я. Если напряжение восстанавливается, нужно заменить отключенную плату.В комплексе оборудования жизнеобеспечения пассажирских вагонов «ЗАРЯ Э-12» применя¬
ется преобразователь трехфазный кондиционера (НТК) ПТК-2. Преобразователь ПТК-2 пред¬
назначен для питания асинхронных двигателей установки кондиционирования воздуха (УКВ).
Преобразователь представляет собой статический полупроводниковый преобразователь вход¬
ного постоянного напряжения в выходное трехфазное переменного напряжения. Он содержит в
основном четыре функциональных блока:- повышающий преобразователь мощностью 24 кВт, который в свою очередь состоит из трех
преобразователей (1 щт.);- трехфазный инвертор мощностью 20 кВт (1 щт.);- трехфазный инвертор мощностью 2,2 кВт (2 щт.).Повышающий преобразователь трансформирует постоянное напряжение ПО В в стабилизи¬
рованное постоянное напряжение 550 В, а трехфазные инверторы преобразуют его в регулируе¬
мое напряжение 380 В с помощью ШИМ.На базе перечисленных блоков в составе НТК сформированы три канала для питания трех
асинхронных двигателей УКВ: первый канал осуществляет питание привода турбокомпрессора
холодильной установки; второй канал — привода вентилятора конденсатора холодильной уста¬
новки; третий канал — привода приточного вентилятора холодильной установки. При этом
каждый из каналов реализован на отдельном инверторе, а повышающий преобразователь явля¬
ется общим для всех трех каналов.Конструктивно ПТК выполнен в двух подвагонных унифицированных модулях (ПУМ), один
из которых предназначен для размещения повышающего преобразователя (МПП), а другой —
трехфазных инверторов (МИ).Конструкция модулей предусматривает внешний обдув (оребрение на передней и задней стен¬
ках модуля). Тепловой режим внутри модулей обеспечивается вентиляторами. Подогрев эле¬
ментов в модуле, при пониженных температурах окружающей среды, осуществляется нагрева¬
телями, управляемыми с помощью термодатчиков.Технические данные преобразователя приведены в табл. 6.4.На рис. 6.16 представлена структурная схема преобразователя. Три преобразователя
ПИ 1...ПИЗ электрически соединены параллельно по входу и выходу и являются общими для
всех трех инверторов ТИ1...ТИЗ. Управление работой ПТК и индикация его режимов осуществ¬
ляются с помощью элементов, размещенных в пульте управления вагоном (ПУВ).Каждый из трех повышающих преобразователей представляет собой однотактный обратно¬
ходовой преобразователь постоянного напряжения. Силовые входы и выходы повышающих пре¬
образователей заблокированы сглаживающими конденсаторами. Однотактный преобразователь182
Таблица 6. ■Технические данные преобразователя ПТК-2ПараметрЗначение параметра при номере123Параметры питающей сети:
род токаПостоянныйнапряжение АБ, В88—160выпрямленное напряжение генератора, В110 (+/-10) %выпрямленное напряжение при питании от внешней сети, В110(+10/-15)%Выходные параметры-.
номинальное напряжение, В380380380номинальная частота, Гц4005050рабочий диапазон регулирования1:2—1:2число фаз333номинальная мощность, кВт202,22,2КПД,%Не менее 87Масса одного модуля, кгНе более 180содержит накопительный дроссель и силовой модуль, в составе которого имеются биполярный
транзистор с изолированным затвором и быстродействующий диод. При включении силового
модуля в дросселе происходит накопление энергии, которая при отключении модуля передается
выходному сглаживающему конденсатору.Коммутащ1я силовых модулей осуществляется оби)дм блоком управлершя посредством усили¬
телей управляющих сигналов—драйверов. Частота коммутащш каждого из модулей равна 5 кГц,
но управляющие сигналы сдвин>ты во времени один относительно другого на одну треть пери¬
ода. Ширина управляющих импульсов зависит от сигнала обратной связи, формируемого датчи¬
ком напряжения, который подключен к общему выходу повьш1ающих преобразователей.Трехфазные инверторы всех трех каналов выполнены единообразно в виде мостового инвер¬
тора напряжения. Трехфазный мостовой инвертор первого канала выполнен на трех силовых
модулях полумосгового типа, снабженных сглаживающими конденсаторами в цепи питания. Для
ограничения выходной мощности инвертора используется датчик тока в цепи питания. Конт¬
роль токов на выходе инвертораосуществляется посредством ли¬
нейных датчиков тока. Коммутация
силовых модулей обеспечивается
посредством драйверов, выходы
которых подсоединены к плате си¬
стемы управления, формирующей
ШИМ-сигналы на частоте порядка
10 кГц. При этом амплитуда основ¬
ной гармоники линейного напряже¬
ния на выходе инвертора регулиру¬
ется в зависимости от частоты в ди¬
апазоне 1:50.Трехфазные инверторы второго
и третьего каналов имеют анало¬
гичную структуру. Каждый из них
выполнен на мостовых модулях и
снабжен сглаживающими конден¬
саторами на силовом входе, цепя-кПУВМодуль повышения
напряженияМодульинверторовРис. 6.16. Структурная схема преобразователя ПТК-2183
ми защиты от коротких замыканий, а также средствами контроля линейных токов на силовом
выходе. Управление инверторами второго и третьего каналов осуществляется системой управ¬
ления на частоте модуляции порядка 10 кГц.Питание собственных нужд ПТК происходит от вторичного источника, размещенного в мо¬
дуле инверторов, подсоединенных к аккумуляторной батарее вагона, а также от импульсных
стабилизаторов.Каждый канал ПТК имеет самостоятельную систему управления, защиты и сигнализации,
представляя собой законченный узел. Включение, регулирование и выключение каналов осуще¬
ствляются с пульта управления вагона вручную или в автоматическом режиме по заданному
алгоритму.Все каналы преобразователя одновременно обеспечивают управление производительностью
кондиционера, осуществляя плавный пуск, регулирование скорости и остановку двигателей.Для ограничения пусковых токов и регулирования скорости вращения двигателей применя¬
ется взаимосвязанное изменение частоты и напряжения на всех выводах ПТК.Управление работой ПТК и индикация его режимов осуществляются посредством соответ¬
ствующих элементов, которые размещены в ПУ В (пульт управления вагона), на лицевых пане¬
лях (левой—ЛПЛ и правой—ЛПП), а также на внутренней панели (ВП) и панели предохрани¬
телей (ППр). Основные сведения об этих элементах приведены в табл. 6.5.Таблица 6.5Назначение и расположение приборов управления и контроля№п/пОбозначение
по схеме
вагонаТипНаименованиеРасположениеНазначение1Q25Автомат с рас-
цепителем ПУБ(внутри слева)Ручное подключение и отклю¬
чение ПТК к питающей сети;
аварийное отключение2Q26Тумблер ППрРучное подключение и отклю¬
чение источника питания к
сети3S80Тумблер«Управлениеклиматическойустановкой»juniВыбор вида управления:
ручн. — автом.4S86Переключатель«Режим работы»ЛППРежим: отопление — конди-
ционрфование5S93Переключатель«Вентиляциявагона»ВПВключение третьего канала
ПТК6HL75GИндикатор зеле¬
ный«Вентиляторвагона»Световое табло
JUU1Индикация работы третьего
канала ПТК7R150Резистор—ВПРегулировка производительно¬
сти третьего канала ПТК8S94Переключатель«Холодильная
установка» (руч¬
ное управление
климатической
установкой)ВПВключение второго (и первого)
каналов ПТК9HL83GИндикатор зеле¬
ный«Холодильнаяустановка»Световое табло
ЛППИндикация работы первого
и второго каналов 111К10HL60GИндикатор зеле¬
ный«Преобразова¬
тель кондицио¬
нера»Световое табло
JUU1Индика1Ц1я работы И1К184
Подгоювка к вк.1ючению и порядок работы при ручном управлении описаны ниже.Переключатель "Режи.м работы» (S86) установить в положение «Кондиционирование», а
тумблером х^'правление» (S80) выбрать требуемый вид управления климатической установ¬
кой (автоматический или ручной). Включить тумблер питания Q26 и входной автомат Q25,
посредством которого источник питания и силовой вход ПТК подключаются к источнику на-
пряжс1п1я 1 10 В.Для запуска приточного вентилятора необходимо установить переключатель «Вентиляция
вагона» (S93) в одно из четырех (1...4) положений. При этом двигатель третьего кан;па плагг.-.:
разгоняется до номинальной частоты вращения, а через 20 с по окончании паз! она и к .'чльтс
(световое табло ЛПП) зажигается соответствующий зеленый индикатор <Н1."5(г; ! 1рои •
тельность приточного вентилятора можно регулировать посредством рез]1Стора (R!50) на rh\ i-
ренней панели ПУВ,Вентилятор конденсатора может быть приведен в действие только при работающем приточ¬
ном вентиляторе. С этой целью необхоли.мо установить переключатель «Холодильная установ¬
ка» (S94) в положение !. после чего двигатель второго канала плавно разгоняется до номиналь¬
ной частоты вращения, через 20 с по окончании разгона вентилятора автоматически включается
первый канал ПТК и турбокомпрессор холодильной установки в течение 100 с плавно разгоня¬
ется до частоты вращения 200 Гц. По окончании разгона на пульте управления (световое табло
ЛПП) зажигается зеленый индикатор (HL83G) «Холодильная установка».Увеличение производительности турбокомпрессора осуществляется посредством переклю¬
чателя S94 (установкой его соответственно в положения 2,,,4) на пульте управления. При этом
двигатель первого канала начинает плавно разгоняться от исходной частоты 200 Гц до тре¬
буемого значения (до 400 Гц).Нормальная работа ПТК подтверждается свечением зеленого индикатора «Преобразовате.ть
кондиционера» (HL60G) на световом табло ЛПП. Для остановки турбокомпрессора необходимо
переключатель «Холодильная установка» (S94) перевести в исходное состояние (0). При этом
двигатели первого и второго каналов последовательно (и плавно) затормаживаются до полной
остановки, а на пульте управления исчезают соответствующие световые сигналы (зеленые ин¬
дикаторы «Преобразователь кондиционера» HT60G и «Холодильная установка» НГ8.3С).Для остановки приточного вентилятора следует установить переключатель «Вентиляция ва¬
гона» (S93) в исходное состояние (0). При этом на пульте управления исчезает соответствующий
световой сигнал (зеленый индикатор «Вентиляция вагона»).По окончании работы ПТК следует установить его входной автомат (Q25) и тумблер (Q26) в
отключенное положение. Повторный запуск ПТК возможен только по истечении 30 с после ос¬
тановки турбокомпрессора.Возможные неисправности и их устранение. Нарущения в работе ПТК могут быть след¬
ствием аварийных ситуаций, возникающих вне или внутри него. Внешние по отношению к ПТК
аварийные ситуации появляются при .механических перегрузках асинхронных двигателей УКВ
или коротком замыкании между линейными проводами в любом канале, а также при обрыве
одного из линейных проводов в любом канале.В подобных ситуациях встроенные средства защиты и индикации ПТК выключают инвертор
аварийного канала, отключают входной автомат и подают соответствующий сигнал «Авария» на
пульт управления вагона.Аварийные ситуации внутри ПТК возникают в результате выхода из строя его функциональ¬
ных узлов, блоков или отдельных элементов. Отказы такого рода в инверторах ПТК могут со¬
провождаться коротким замыканием между шинами питания или обесточиванием какого-либо
из линейных проводов, т.е. по своим признакам и последствиям аналогичны внешним аварий-
ны.м ситлапиям,В повышающих преобразователях подобный отказ приводит к отключению аварийной фазы
или к коротко,м\ за.мыканию между силовыми выводами на входе ПТК. В первом случае рабо¬
тоспособность ПТК (при соответствующем ограничении его выходной мощности) обеспечива¬185
ется двумя исправными преобразователями, а во втором случае срабатывает входной автомати¬
ческий выключатель на пульте управления вагона и отключает аварийный ПТК.Для повышения эффективности работы ПТК в инверторах введен режим АПВ, который по¬
зволяет повторно включить преобразователь через 5 с после срабатывания зашиты. Если при
повторном включении аварийная ситуация сохраняется, то преобразователь отключается окон¬
чательно с выдачей сигнала «Авария» на пульт управления вагона.Срабатывание встроенных средств зашиты ПТК блокирует повторное включение его с пуль¬
та управления вагона, которое возможно только после устранения неисправностей и деблоки¬
ровки зашиты в подвагонных унифицированных модулях ПТК.Элементы зашиты и индикации при возможных неисправностях ПТК размещены в ПУВ, в
частности, на его лицевых панелях (левой — ЛПЛ и правой — ЛПП). а также на внутренней
панели (ВП) и панели предохранителей (ППр). Элементами индикации служат светоизлучающие
диоды (СИД) красного свечения. Основные сведения об этих элементах приведены в табл. 6.6.Таплица 6.6Назначение и расположение средств индикации аварийных ситуаций№п/пОбозначение
по схеме
вагонаТипНаименованиеРасположениеНазначение1HL76RСИДкрасный«Вентиляторвагона»С ветовое таблолппИндикация неисправности
третьего канала ПТК (и отклю¬
чение автомата Q25)2HL77RСИДкрасный«Блоквентилятора»с ветовое табловпИндикация неисправноститретьего канала ПТК (дублиро¬
вание СИД HL76R)3HL81RСИДкрасный«Холодильнаяустановка»Световое таблолппИндикация неисправности пер¬
вого (или второго) канала ПТК
(и отключение автомата Q25)4HL79RСИДкрасный«Блокконденсатора»Световое табловпИндикация неисправности вто¬
рого канала ПТК (дублирование
СИД HL81R)5HL80RСИДкрасный«Блоккомпрессора»Световое табловпИндикация неисправности пер¬
вого канала ПТК (дублирование
СИД HL81R)6HL61RСИДкрасный«Преобразователькондиционера»Световое таблолплИндикация неисправности ПТК7HL82RСИДкрасный«Токовая
защита холодиль¬
ной установки»Световое табловпИндикация неисправности ПТК
(и отключение автомата Q25)8S47Кнопка«Восстановление
защиты» (климати¬
ческой установки)лппДеблокировка средств защиты
(после их срабатывания)9F1I7Предо¬храни¬тельППрЗащита цепи питания ВИП
(-НОВ)Поиск и устранение неисправностей в ПТК осуществляются в стационарных условиях пас¬
сажирских вагонных депо. При этом отказавшие функциональные блоки и блоки управления
определяются соответственно с помошью встроенных средств индикации и диагностики, а не¬
исправные силовые узлы или отдельные их элементы — по характерным признакам, свойствен¬
ным их электрическому, механическому или тепловому разрушению.186
Контрольные вопросы1. Каков принцип регулирования скорости асинхронного двигателя изменением значения
напряжения?2. В чем недостаток регулирования скорости изменением значения напряжения?3. Оппи:ите принцип регулирования скорости асинхронного двигателя изменением частоты
подводимого напряжения.4. В чем достоинства частотного регулирования скорости асинхронного двигателя?5. В чем принцип работы схемы преобразователя частоты без промежуточного звена постоянно¬
го тока?6. В чем принцип работы схемы преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянно¬
го тока?7. В чем достоинства и недостатки преобразователей частоты?8. Что является управляющим воздействием на автономные инверторы напряжения и тока?9. Опишите разновидности инверторов, применяемых в преобразователях частоты, для уп¬
равления асинхронными двигателями.10. Опишите способы регулирования напряжения и частоты в преобразователях частоты со
звеном постоянного тока.
Рекомендуемая литература1. Кацман М.М. Электрические машины. — N4.: Высшая школа, 2001.2. Москолвнко В.В. Электрический привод. — М.: Мастерство, 2001.3. Дайлидко А.А. Электрические машины тягового подвижного состава. — М.: Желдориздат,
2000.4. Акимова Г.Н. Электронная техника. — М.: Маршрут, 2003.5. Дунаев СД. Электроника, микроэлектроника и автоматика. — М.: Маршруг, 2003.6. Техническая документация пассажирского вагона дальнего следования с климатической
установкой ЖА-93-44, 1995.7. Техническая документация спального вагона РЖД габарита РИЦ 1 и 2 класса с климати¬
ческой установкой, 1994.8. Техническая документация пассажирского вагона с установкой кондиционирования воз¬
духа, модель 61-4179. ОАО «Тверской вагоностроительный завод», 1999.9. Генератор переменного тока типа ЭГВ.08.У1. Техническое описание и инструкция по
эксплуатации. ЕИАЦ.526366.001-10 ТО.2000.10. Г енератор синхронный трехфазный ЭГВ-32. Руководство по эксплуатации. ИРФШ.526354.007
РЭ.2001.11. Генераторы синхронные трехфазные серии ЕСС5. Техническое описание и инструкция по
эксплуатации. ОВД. 140.097.1999.12. Эксплуатационная документация на 5-вагонный рефрижераторный поезд типа ZB 5-91,1996.13. Пронин М.В. и др. Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупро¬
водниковыми преобразователями / Под ред. Е.А. Крутякова. Санкт-Петербург, 2004.14. Генератор синхронный трехфазный типа ГСФ-200. Техническое описание и инструкция
по эксплуатации. ОБС.460.801 ТО, 1995.15. Руководство по эксплуатации источника энергоснабжения вагона-электростанции поезда
«Аврора» 528.1.76.00.ООО.РЭ, 2003.16. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи. — М.: Транспорт, 1999.17. Техническая информация. Устройство управления и регулирования системы автономно¬
го электроснабжения RGA-32. FAGA Fahrzeugausrustung Berlin GmbH, 1997.18. Блок регулирования напряжения генератора и защиты БРНГЗ-50/110-01-УЗ. Техническое
описание и инструкция по эксплуатации СБКЦ И 1.00.00.ООО.ТО. Новороссийск, 1995.19. Болотин З.М., Иванов О.П., Калымулин Ю.М. Электрическое и комбинированное отопле¬
ние пассажирских вагонов. — М.: Транспорт, 1989.
ОГЛАВЛЕНИЕВведение -Глава 1. КОНСТРУКЦИЯ ДВИГЛТЕЛГЙ И ГЕНЕРАТОРОВ ВАГОНОВ 51.1. Двигатели вагонов 31.2. Генераторы вагонов 22Контрольные вопросы 44Глава 2. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ВАГОНОВ 452.1. Назначение и ириииип лсиствия злектромашинных преобразователей 452.2. Консгрчкиия (леклромашинных преобразователей 4523. Системы и\ ска и автоматического регулирования частоты вращения электромашинных пресюразователсй (С.Л.Р) 49Контро.1Ы!ьи' вопросы 55Глава 3. ( ИСТЕ.МЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ 563.1. Общие сведения об электронных устройствах и преобразователях 563.2. Импульсные устройства и преобразователи 583.3. Принцип регулирования напряжения генераторов пассажирских вагонов 603.4. Регуляторы напряжения генераторов пассажирских вагонов 613.5. Регуляторы напряжения генераторов рефрижераторногоподвижного состава 883.6. Регулятор напряжения генератора вагона-элекгростанции 9!3.7. Регуляторы напряжения сети освещения 93Контрольные вопросы 98Глава 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ВАГОНОВ 1014.1. Неуправляемые и управляемые выпрямители подвижного состава 1014.2. Инвертирование постоянного тока 1054.3. Автономные инверторы 1104.4. Преобразователи электроэнергии 122Контрольные вопросы 130Глава 5. ЭЛЕКТРОННЫЕ БЛОКИ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ 1315.1. Устройство управления и регулирования системой автономного электроснабжения 1315.2. Конструкция блоков устройства управления и регулирования автономного электроснабжения 1345.3. Электронные блоки переключения питания 1485.4. Электронные блоки управления 1515.5. Электронные блоки защиты источников питания и потребителей 1605.6. Стабилизаторы напряжения и модули питания 164Контрольные вопросы 168Глава 6. ЭЛЕКТРОННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯАСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 1696.1. Способы регулирования скорости вращения асинхронных двигателей 1696.2. Преобразователи частоты 1716.3. Вилы управляемых инверторов 1756.4. Преобразователи пассажирских вагонов 177Контрольные вопросы 187Рекомендуемая литература 189аЬ h для scbist.com189
Учебное изданиеПонкратов Юрий ИвановичЭЛЕКТРОПРИВОД
и ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
подвижного СОСТАВАУчебник для техникумов и колледжей
железнодорожного транспортаРедактор Л.А. Кондратьева
Корректоры С.А. Меренкова. ТВ. Шерстина. Л.Б. Гаврилова
Компьютерная верстка КН. ВоронцоваПодписано в печать 15.11.07 г.Формат 60x84 Vg. Печ. л. 23,75. Тираж 3000 экз. Заказ №162
ГОУ «Учебно-методический центр по образованию
на железнодорожном транспорте»107078 Москва, Басманный пер., 6
Тел.: +7 (495) 262-12-47,E-mail :marketing(^umczdt.ru
http://www.umczdt.ruОтпечатано в 000«Типография«Возрождение»117105 г. Москва, Варшавское шоссе, д. 37 А, стр. 2