Бортовые источники электропитания типа ИПП-6 и ИПП-10.

Для питания бортовой сети электроснабжения вагонов 81-740.1 и 81-740.1 используются источники бортового электропитания типа ИПП-10 и ИПП-6, предназначенные для преобразования напряжения контактной сети постоянного тока 750 В в постоянное стабилизированное напряжение (80±2) В.

На вагоне 81-740.1 установлено два источника электропитания - ИПП-6 и ИПП-10, а на вагоне 81-741.1 - только ИПП-10.

Максимальная выходная длительная мощность источника питания ИПП-6 -9 кВт, а мощность источника ИПП-10-10 кВт.

Подключение источников электропитания ИПП-6 и ИПП-10 к высоковольтным цепям вагонов обеспечивается блоками контактора типа БК-01 У2. Подключение осуществляется через демпферный резистор.

Источник питания ИПП-10 головного вагона, работающий в буферном режиме с АКБ, предназначен для питания цепей управления вагона, в том числе резервных и вспомогательных, подзарядки АКБ, а также для питания систем освещения кабины и салона, тепловентилятора и кондиционера кабины машиниста, наружного освещения и других электропотребителей вагона.

Источник ИПП-6 головного вагона предназначен для электропитания оборудования системы обогрева и вентиляции салона (СОВС).

Источник электропитания ИПП-10 промежуточного вагона обеспечивает питание всех вагонных систем и электропотребителей напряжением постоянного тока 80 В.

Источники электропитания ИПП-6 и ИПП-10 установлены под вагонами, рисунки 3 и 4, и закреплены на рамах кузова с помощью болтовых соединений.

Основные технические данные и характеристики ИПП приведены в таблице 4.

 

Таблица 4

№	Наименование параметра.	Норма.
1.	Мощность выходная номинальная, кВт.	10; 6*
2.	Входное напряжение постоянного тока с учетом падения напряжения на демпферном резисторе, В.	750 +225; -200
3.	Выходное напряжение постоянного тока (В) в интервале изменения входного напряжения от 550 до 975В при входном напряжении (750±10В) и токе нагрузки (125±5А); (75±2,5А*).	80±2 80±0,8
4.	Пульсация выходного напряжения, %, не более.	3
5.	Уставка автоматического ограничения выходного тока, А.	125+5; 75+5*
6.	Допустимое однократное перенапряжение на входе продолжительностью до 10мc, кВ, не более	3
7.	Рабочая частота инвертора, кГц.	≥15
8.	Коэффициент полезного действия при входном напряжении (750±10В) на входных клеммах источника и номинальной мощности, %, не менее	93
9.	Средний уровень звука, дБА, не более	35
10.	Охлаждение	воздушное, естественное.
11.	Режим работы	продолжит.
12.	Масса, кг.	120; 100*
13.	Размеры (ширина х высота х глубина), мм.	790x690x360

* - Значения для источника ИПП-6

 

Устройство источника

Источник бортового электропитания ИПП является статическим преобразователем, преобразующим напряжение контактной сети постоянного тока 750В в постоянное стабилизированное напряжение 80В. В источнике применяется промежуточное инвертирование входного напряжения в переменное (с частотой не менее 15кГц), с последующей передачей переменного напряжения через высокочастотные трансформаторы, после чего осуществляется выпрямление и сглаживание. Подключение источника к контактной сети должно осуществляться через демпферный резистор сопротивлением 3,9 Ом.

Источник содержит:

· входной фильтр;

· два последовательно включенных мостовых инвертора;

· два силовых трансформатора;

· два модуля силовых выпрямителей;

· выходной фильтр;

· три датчика напряжения (два входных и один выходной);

· два датчика выходного тока (один из которых выдает сигнал о величине тока для учета потребляемой вагоном мощности на разъем X1);

· датчик температуры;

· промежуточную плату подачи питания на цепи управления мостовых инверторов;

· транзисторные ключи для включения освещения, контактора БК и подогрева источника;

· две платы источников питания собственных нужд;

· плату микроконтроллера.

 

Входной фильтр состоит из конденсатора С1, дросселя L1, ограничителей напряжения, выравнивающих резисторов. Фильтр осуществляет ограничения уровня импульсных высокочастотных помех, поступающих как в источник из контактной сети, так и от источника в контактную сеть. Электролитические конденсаторы совместно с балластным резистором 3,9Ом, установленным вне источника, осуществляют сглаживание колебаний напряжения контактной сети.

Инвертор источника состоит из двух транзисторных мостов А9, А14 и А10, А15, включенных последовательно относительно питающего напряжения и связанных для деления напряжения со средней точкой батареи конденсаторов. Транзисторные модули мостов являются интеллектуальными устройствами со встроенной в каждый из них схемой защиты по току, перегреву и пониженному напряжению питания цепей управления. Каждый из модулей снабжен соответствующей платой управления (А7, А8, А12, А13), с помощью которых осуществляется гальваническая развязка по цепям управления и контроля аварийного состояния. Конденсаторы С14 - С17 служат для ограничения коммутационных перенапряжений. Применен специальный алгоритм управления ключами, минимизирующий высокочастотные колебания напряжения в нагрузке и электромагнитное излучение.

Нагрузкой каждого из инверторов является первичная обмотка соответствующего силового трансформатора ТV1 или ТV2, включенного в диагональ транзисторного моста. Напряжение, снимаемое с вторичных обмоток трансформаторов, выпрямляется диодными модулями А16, А17.

Выпрямленное напряжение вторичных обмоток трансформаторов сглаживается LС-фильтром. реализованном на дросселях L2, L3, конденсаторе С23. Выходной высокочастотный фильтр состоит из дросселя L4 и конденсатора С24.

В состав источника входят три датчика напряжения, два из которых (А2, А3) позволяют контролировать входное напряжение и его распределение между мостами инвертора, а третий (А21) контролировать выходное напряжение.

Для контроля выходного тока служит датчик тока (А 19), для выдачи информации о величине выходного тока вовне - датчик тока А20.

Для контроля температуры охладителя используется датчик температуры А1.

Сигналы датчиков А1, А2, А3, А19, А21 поступают на плату микропроцессорного контроллера А6. Микропроцессорный контроллер реализует алгоритм управления инвертором, управляет подогревом модулей (А22, VТ1), ограничением нагрузки при их перегреве, включением контактора «БК» (А23, VТ2), включением освещения (А24, VТ3), подачей питания на платы управления ключей инвертора (А4, А25), осуществляет прием и отработку сигналов срабатывания защит транзисторных ключей (А9, А10, А14, А15, VТ1, VТ2, VТ3) через плату сопряжения А4 и обмен сигналами с внешними цепями управления через плату согласования А18.

Источник питания собственных нужд состоит из двух плат питания (А5 и А11), преобразующих напряжение аккумуляторной батареи диапазона от 37В до 91В в напряжения требуемого уровня. Во входных цепях плат питания установлены предохранители F1 - F4.

Информация о штатных и аварийных состояниях источника бортового электропитания ИПП выводится на светодиоды, расположенные на плате А4. Таблица индицируемых состояний и сигналов приведена в Приложении №1. Имеется диагностическая индикация состояния основных узлов схемы - транзисторных модулей (светодиоды на платах А7, А8, А12, А13), источников питания собственных нужд (светодиоды на платах А5, А11), транзисторных ключей VТ1, VТ2, VТ3 (светодиоды на плате А4).

 

Работа источника

При появлении напряжения не ниже 37В на контакте «6» разъема Х3 включаются источники питания собственных нужд. При этом на платах А5 и А11 включаются светодиоды, свидетельствующие о включенном состоянии этих плат. Все внутренние платы - потребители источника (кроме А7, А8, А12, А13) получают питание, микропроцессорный контроллер переходит в режим «Инициализация».

В режиме «Инициализация» контроллер проверяет работоспособность внутренних датчиков и дополнительные условия работоспособности ИПП в целом, не отображаемые индикацией. Если тестирование сигналов свидетельствует о нормальном состоянии тестируемых устройств, то контроллер переводит источник в режим «Подогрев».

Если в режиме "Инициализации" обнаруживается неисправность, то контроллер не снимает сигнал «Неиспр. ИПП» после ее устранения, при этом на плате индикации А4 мигает светодиод. Для выхода из этого режима («Авария при Инициализации») необходимо выполнить повторно перезапуск цифровой системы управления выключением- включением её питания (снять и повторно подать на разъем Х3 напряжение +80В).

В режиме «Подогрев» контроллер проверяет, превышает ли температура охладителя уровень -18°С. Если температура ниже -18°С, то по команде от контроллера начинается локальный подогрев охладителя в непосредственной близости от транзисторных модулей. Если во время подогрева приходит команда «Вкл. ИПП», выполнение ее задерживается до момента достижения температуры -18°С. После достижения температуры охладителя уровня -18°С или выше, контроллер переводит источник в режим «Работа». Возможен также переход в режим «Авария» при обнаружении аппаратной защиты транзисторных ключей. Подогрев модулей продолжается до достижения температуры -15°С, после чего выключается. В дальнейшем подогрев работает с гистерезисом в диапазоне от -15°С до -18°С.

В режиме «Работа» контроллер формирует команду «Вкл. БК», по которой получает питание катушка внешнего контактора. Контактор своим замыкающим силовым контактом замыкает цепь «+750В», появляется напряжение контактной сети, заряжаются конденсаторы входного фильтра. После этого в режиме «Работа» при авариях снимается сигнал «Неиспр. ИПП» и осуществляется автоматический перезапуск источника.

Входное напряжение и его распределение между мостами инвертора контролируется входными датчиками напряжения, после чего контроллер начинает плавно в течение 2 секунд увеличивать длительность импульсов управления на транзисторных модулях инвертора. На выходе источника появляется плавно нарастающее напряжение. После превышения выходным напряжением напряжения аккумуляторной батареи источник начинает подзарядку этой батареи либо со стабилизацией напряжения на уровне 80В, либо со стабилизацией тока на уровне 125А (75А*).

Если в процессе работы источника входное напряжение выходит из диапазона 550В< Uвх<975В, контроллер снимает импульсы управления с транзисторных модулей инвертора. После того, как входное напряжение возвращается в указанный диапазон, импульсы управления плавно восстанавливаются.

При превышении температуры охладителя уровня +70°С контроллер изменяет уставку токоограничения до величины 90А (52,5А*). Если температура охладителя достигает величины +80°С, контроллер снимает импульсы управления с транзисторных модулей инвертора. После остывания охладителя до температуры ниже +80°С управление плавно восстанавливает напряжение на выходе с ограничением тока до уровня 90А (52,5А*). После охлаждения охладителя до уровня ниже +70°С уставка токоограничения увеличивается до 125А (75А*).

После подачи внешней команды «Вкл. Осв.» появляется выходное напряжение источника. Если при включенном освещении входное напряжение находится ниже уровня 550В в течение более 20с, контроллер снимает напряжение с цепей освещения.

При снятии сигнала «Вкл. ИПП» источник переходит в режим «Стоп», при этом снимается сигнал управления «Вкл. БК» и выполняется разряд входных емкостей.

Источник переходит в режим «Авария» из режима «Работа» в следующих случаях:

· при перекосе напряжения на мостах инвертора более 50% от среднего значения (Uср=Uвх/2);

· при превышении выходным током заданной уставки (125А; 75А* или 90А; 52,5А*);

· при срабатывании аппаратной защиты любого транзисторного модуля или ключа;

· при снижении температуры охладителя ниже уровня -18°С.

Все перечисленные выше режимы «Инициализация», «Подогрев», «Работа», «Авария», «Включен контактор БК», «Сработала аппаратная защита силовых модулей» и т.д. индицируются комбинацией светодиодов.

В источнике производится автоматическое повторное включение после срабатывания любой из защит с выдержкой паузы на включение зависящей от скорости разряда входных емкостей, но не менее 5 секунд. В случая трехкратного срабатывания подряд аварийной защиты одного типа в течение 10 минут, повторное включение возможно только при участии обслуживающего персонала, выполняющего действия по сбросу счётчика однотипных аварий.

Рисунок 100

 

 

А1 – датчик температуры охладителя. А2, А3, – входные датчики напряжения. А4 – плата сопряжения с индикацией (HL1 – HL11). А5, А11 – платы питания собственных нужд (с предохранителями F1 – F4 и индикацией о работе этих плат). А6 – микропроцессорный контроллер. А7, А8, А12, А13 – платы управления транзисторными модулями мостов. А9, А14 и А10, А15 – транзисторные мосты А16, А17 – диодные модули А18 – плата согласования с внешними цепями управления. А19, А20 – датчики выходного тока. А21 – выходной датчик напряжения. А22 – плата (управления ключом VT1) подогрева охладителя. А23 – плата (управления ключом VT2) включения контактора «БК». А24 – плата (управления ключом VT3) включения освещения. А25 – плата подачи питания на А7, А8, А12, А13.

C1 и L1 – входной фильтр (с ограничителями напряжений RU1÷RU5 и выравнивающие резисторы R19÷R66 (R19÷R42*) C2÷С13 (С2÷С7*) – электролитические конденсаторы (с балластным резистором 3,9Ом для сглаживания колебаний КС) С14÷С17 – конденсаторы (для ограничения коммутационных перенапряжений). С23 и L2, L3 – LC-фильтр (вторичных обмоток трансформаторов) С24 и L4 – выходной высокочастотный фильтр TV1, TV2 – силовые трансформаторы. VT1, VT2, VT3 – транзисторные ключи.

 

Рисунок 101

Размещение оборудования и разъёмов в ИПП