Блок управления тяговым приводом

Блок управления тяговым электроприводом БУТП (в дальнейшем именуемый блок) предназначен для управления автономным инвертором напряжения на IGBT модулях, питающим четыре тяговых двигателя вагона метрополитена в режимах тяги и электрического торможения.

Основные технические характеристики блока приведены в таблице 26.

 

Таблица 26

№ п.п.	Наименование параметра	Значение параметра
1	Тип:	БУТП-1
2	Описание:	Электронный блок управления тяговым асинхронным приводом
3	Напряжение питания, В	24 В
4	Потребляемая мощность, Вт, не более	70
	Внутренние источники питания:
5	Аналоговые цепи, В	±15
6	Цифровые цепи, В	5
	Микропроцессоры
7	Управляющий DSP:	16-бит DSP TMS320LF2407 (Texas Instruments) микропроцессор с тактовой частотой 30 МГц
8	DSP с плавающей точкой:	32-бит DSP TMS320VC33 (Texas Instruments) микропроцессор с тактовой частотой 100 МГц
	Память
9	Flash EPROM в управляющем DSP, кБайт	32
10	SRAM в управляющем DSP, кword	2
11	DARAM в управляющем DSP, word	554
12	DPRAM для обмена DSP, кБайт	64
13	ОЗУ в микропроцессоре с плавающей точкой, кword	34
	Периферийные устройства
14	Последовательный канал	RS422
15	Последовательный канал	CAN2
16	АЦП для DSP с плавающей точкой	12-бит, 8-каналов
17	ЦАП для DSP с плавающей точкой	10-бит, 4-канала
	Входные датчики:
18	Датчики тока, шт.	4
19	Датчики напряжения, шт.	3
20	Датчики частоты вращения двигателей, шт.	4
21	Количество логических входов напряжением 80 В, шт.	30
22	Количество логических выходов напряжением 80 В, шт.	18
	Импульсные выходы
23	Импульсные выходы управления силовым инвертором, шт.	6
24	Импульсные выходы управления реостатным тормозным чоппером, шт.	2
25	Аналоговые выходы с гальванической развязкой - 0…10 В, шт.	4
26	Рабочая температура, 0С	от минус 40 до 70
27	Габариты, мм	460 x 290 x 150
28	Масса, кг	12

 

Конструкция блока

Блок (рисунки 143 - 145) представляет собой металлический каркас (1) с передней лицевой панелью (2) и задней крышкой (3).

На лицевой панели блока расположен соединитель (4) для подключения технологического жгута контроля сигналов БУТП. Соединитель (5) предназначен для подключения эмулятора контроллера КФТ1 и при обслуживании блока не используется. Соединитель (6), расположенный в вырезе лицевой панели предназначен для подключения персонального компьютера по последовательному каналу с интерфейсом RS422.

В закрытом прозрачном окне расположен батарейный отсек (7) и панель светодиодной индикации (8). В настоящее время установка батареи энергонезависимого питания таймера часов реального времени контроллера КФТ1 не требуется, поскольку регистратор неисправностей тягового привода является отдельным от БУТП устройством.

Светодиодная панель используется при наладке и испытаниях комплекта тягового привода на испытательном стенде завода изготовителя КАТП1 и в эксплуатации при поиске неисправностей электрооборудования тягового привода.

На каркасе блока установлены две ручки (9) для его переноски.

 

10

11

7

8

6

4

5

9

2

1

Рисунок 143

3

Рисунок 144

 

Крепление блока в отсеке контейнера осуществляется 4 болтами М6 через 4 отверстия в каркасе (10).

Маркировка блока нанесена на табличке (11). 

Внутри каркаса (12) размещается базовая узловая плата блока (13), в которую устанавливаются и крепятся остальные печатные платы электронных узлов блока. Узловая плата служит для организации межплатных электрических соединений узлов блока, на ней установлены электронные компоненты интерфейсов блока и четыре разъема (3) для связи блока с цепями управления тяговым приводом.

 

17

18

16

15

14

3

13

12

Рисунок 145

Дочерние печатные платы (15) своими соединителями вставляются в соединители узловой платы. Платы конструктивно фиксируются по группам пластиковыми держателями с направляющими (16). При закрытой задней крышке резиновые прокладки с обратной стороны крышки давят на торцы вставленных плат, обеспечивая дополнительную их фиксацию.

Две платы контроллеров (17) соединены разъемами между собой и с узловой платой друг над другом по типу формата PC104. По такому же принципу установлены платы ИП2 и УЗИП2 (18).

 

Состав блока

Состав блока с кратким описанием функций печатных плат, установленных в БУТП, приведен в таблице 27.

 

Таблица 27

№ п.п.	Наименование	Обозначение	Описание	кол-во
1	Узловая плата	УП2	Базовая узловая плата для крепления и связей остальных печатных плат блока между собой. Содержит соединители для связи блока с цепями управления тяговым приводом.	1
2	Контроллер с фиксированной точкой	КФТ1	Управляет инвертором и реостатным тормозным чоппером. Обрабатывает информацию датчиков частоты вращения двигателей. Обеспечивает основные алгоритмы управления тяговым приводом.	1
3	Контроллер с плавающей точкой	КПТ1	Осуществляет расчеты сигналов обратных связей по напряжениям и токам. Реализует алгоритмы регуляторов контуров привода.	1
4	Интерфейс дискретных сигналов	ИДС2	Содержит 5 гальванически развязанных входных канала на напряжение 24 В.	6
5	Калибратор аналоговых сигналов	КАС3	Обеспечивает прием, масштабирование, фильтрацию и передачу на АЦП контроллера с плавающей точкой сигналов датчиков напряжения тягового привода. Формирует сигналы аппаратной защиты привода по напряжению.	1
6	Калибратор аналоговых сигналов	КАС4	Обеспечивает прием, масштабирование, фильтрацию и передачу на АЦП контроллера с плавающей точкой сигналов датчиков тока тягового привода. Формирует сигналы аппаратной защиты привода по току.	1
7	Формирователь сигналов защит	ФСЗ2	Принимает все сигналы аппаратных защит, осуществляет собственное управления силовыми аппаратами привода, передает информацию в управляющий процессор о включении защит.	1
8	Усилитель сигналов	УС2	Усиливает сигналы импульсов управления IGBT модулями МСИ (четыре гальванически развязанных выходных канала) Принимает информацию от драйверов об их состоянии и передает их на плату ФСЗ. (четыре гальванически развязанных входных канала).	2
9	Выходные реле	ВР2	Содержит 6 гальванически развязанных выхода (сухие контакты реле) с управлением по SPI интерфейсу блока.	2
10	Выходные реле	ВРП2	Содержит 6 гальванически развязанных выхода (сухие контакты реле) с управлением по параллельному интерфейсу блока.	1
11	Цифро-аналоговый преобразователь	ЦАП2	Содержит 4 гальванически развязанных выхода для передачи информации в БУВ.	1
12	Индикация режимов	ИР2	Содержит индикатор, содержащий 8 светодиодов, батарею для энергонезависимой памяти и 9-и штырьковый разъем последовательного порта.	1
13	Источник питания	ИП2	Источник питания блока: 5 В, ± 15 В.	1
14	Устройство защиты источника питания	УЗИП2	Осуществляет контроль за работой источника питания блока. Осуществляет контроль наличия в блоке всех плат устройств.	1

 

Работа блока

Блок управления тяговым приводом обеспечивает выполнение следующих основных функций:

• Управление ВБ, контакторами, тормозным чоппером, силовым инвертором питания тяговых двигателей в режиме тяги и электрического следящего реостатного торможения.
• Электронную защиту силовых цепей тягового электрооборудования в аварийных режимах.
• Управление силой тяги торможения двигателей в функции загрузки вагона (автоведение).
• Защита от юза и буксования колесных пар.
• Эксплуатационные задачи и функции самодиагностики, включающие в себя проверку самоинициализации.
• Функции конфигурирования и анализа, включающие возможность перепрограммирования БУТП, встроенный инструментарий записи характеристик привода во времени, панель управления приводом и панель индикации.

 

Источник питания контейнера

Источник питания контейнера тягового инвертора ИПК предназначен для питания стабилизированным, гальванически развязанным напряжением устройств управления, размещенных в контейнере.

Основные технические характеристики источника приведены в таблице 28.

 

Таблица 28

№ п.п.	Наименование параметра	Значение параметра
1	Тип:	ИПК-01
2	Описание:	Источник питания с гальванической развязкой
3	Диапазон входного напряжения питания, В	от 52,5 до 90
4	Выходное напряжение +24В для блока управления электроприводом при токах нагрузки от 0 до 2 А, В	24±0,3
5	Выходное напряжение +24В для датчиков и реле при токах нагрузки от 0 до 2 А, В	24±0,3
6	Выходное напряжение источника питания минус 24В для датчиков при выходных токах нагрузки от 0 до 2 А, В	минус 24±0,3
7	Выходное напряжение источника питания +15В для драйверов IGBT при токах нагрузки от 0 до 5 А, В	15±0,3
8	Суммарный коэффициент полезного действия при входном напряжении 80 В и токах нагрузки: по 2 А от источников ±24 В и 5 А от источника +15 В, %, не менее	84
9	Мощность, рассеиваемая корпусом ИПК при номинальной суммарной выходной мощности 220 Вт, Вт, не более	40
10	Габариты, мм	510 x 260 x 158
11	Масса, кг	14

 

Конструкция источника

Источник питания контейнера (рисунок 146) представляет собой закрытый оребренный алюминиевый ящик, внутри которого расположены электронные компоненты источника.

Рисунок 146

 

На передней панели изделия горизонтально расположены зеленые светодиоды, которые сигнализируют о том, что выходные напряжения источника находятся в допустимых пределах:

• индикатор наличия напряжения +24 В для БУТП;
• индикатор наличия напряжения +24 В для датчиков;
• индикатор наличия напряжения 15 В для питания драйверов;
• индикатор наличия напряжения минус 24 В для датчиков.

На передней панели изделия вертикально расположены красные светодиоды, которые сигнализируют о том, что входное и внутреннее напряжения источника находятся в допустимых пределах:

• индикатор входного напряжения;
• индикатор напряжения +12 В внутреннего питания.

На передней панели изделия вертикально расположены красные светодиоды, которые сигнализируют о срабатывании защиты по соответствующему каналу источника.

Внешние разъёмы и шпилька заземления М6 установлены на верхней крышке источника. Нумерация разъемов выполнена гравировкой рядом с разъемами. Источник имеет ручки для его переноски.

Пластина основания источника имеет боковые вылеты, в которых сделаны четыре профилированных отверстия для крепления ИПК к кронштейнам контейнера под болты М8.

Охлаждение источника естественное.

 

Работа источника

Источник функционально состоит из платы управления и четырех электронных блоков питания с гальванически развязанными выходами.

ИПК преобразует поступающие от бортовой сети вагона напряжение 80 В постоянного тока в четыре разных напряжения питания устройств контейнера тягового привода.

Каждый канал источника имеет защиту от снижения и превышения выходного напряжения и от тока короткого замыкания.

Срабатывание защиты в любом канале выходного напряжения приводит к полному отключению всех выходных напряжений. Восстановление защиты производится повторной подачей напряжения питания на изделие.

При отключении ИПК по срабатыванию защиты в блок управления приводом, контактами реле выдается электрический сигнал «Защита ИПК». Алгоритм формирования этого сигнала следующий. При отсутствии выходного напряжения реле находится в обесточенном состоянии и имеет нормально разомкнутые контакты. При нормальной работе ИПК, реле находится во включенном состоянии и напряжение 80 В через замкнувшийся контакт подается в БУТП.

 

Дроссель сетевого фильтра

Дроссель вместе с конденсатором фильтра составляют LC-фильтр низких частот. Эта цепочка уменьшает колебания тока, создаваемые силовым инвертором и тем самым уменьшают помехи, передающиеся в контактную сеть. Фильтр также защищает тяговое оборудование от бросков напряжения в контактной сети.

Основные технические характеристики дросселя фильтра приведены в таблице 29.

 

Таблица 29

№ п.п.	Наименование параметра	Значение параметра
1	Тип дросселя:	ДСФ-1 У2
2	Описание:	Дроссель с сердечником и естественным охлаждением
3	Индуктивность при постоянном токе 1000 А, мГн	8,0
4	Активное сопротивление обмотки при 200С, Ом, не более	0,0055
5	Номинальный ток, А	1000
6	Режим работы – ПВ, %	30
7	Максимальная температура окружающего воздуха, °C	40
8	Минимальная температура окружающего воздуха, °C	минус 50
9	Относительная влажность при 200С, %, не более	98
10	Степень защиты:	IP00
11	Габариты, мм	1140 x 880 x 460
12	Масса, кг	1270 ± 5%

 

 

Конструкция дросселя

Дроссель (рисунки 147, 148) состоит из медной катушки (1), которая крепится на магнитопроводе бронестержневого типа без зазора (2) с помощью неразборного соединения. Магнитопровод выполнен из шихтованной стали и стянут в пакет уголками (3), (4) и шпильками М20 (5). Кожухи (6) и (7) служат для защиты выступающих за магнитопровод частей катушки от механических повреждений. Для герметизации подвода внешних кабелей имеется клеммная коробка (8). К раме вагона дроссель крепится с помощью скоб (9) четырьмя болтами М16.

Подвод внешних кабелей к клеммам дросселя производится через четыре кабельных ввода (10). Присоединение внешних двойных кабелей осуществляется через четыре клеммы контактных зажимов М10 клеммной коробки.

Рядом с клеммной коробкой расположен болт заземления М12.

Рисунок 147

Рисунок 148

Работа дросселя

Дроссель сетевого фильтра Lф работает вместе с конденсатором фильтра Сф, с которым они формируют LC-фильтр нижних частот. Эта цепочка подавляет колебания линейного тока силового инвертора и тем самым уменьшает помехи в контактной сети. Фильтр также защищает тяговое оборудование от бросков тока и напряжения в питающей сети.

 

Тормозной резистор

Тормозной резистор используется для рассеивания электрической энергии торможения, поступающей от тягового привода, когда тяговая сеть не может принимать эту энергию.

Основные технические характеристики тормозного резистора приведены в таблице 30.

 

Таблица 30

№ п.п.	Наименование параметра	Значение параметра
1	Производитель и тип резистора	MEP Postrelmov R9V09B102
2	Описание	Тормозной резистор с принудительной вентиляцией
3	Номинальное сопротивление при 20°C, Ом	0,495 Ом ± 5%
4	Минимальное сопротивление, Ом	0,460
5	Максимальное сопротивление при рабочей температуре с учётом допуска, Ом	0,590
6	Номинальное напряжение резистора (постоянного тока), В	925
7	Максимальное напряжение резистора (постоянного тока), В	1200
8	Длительная мощность при включенном вентиляторе, кВт	260
9	Максимальная температура резистивных элементов, °C	520
10	Максимальная температура выходящего воздуха, °C	250
11	Максимальная индуктивность, мкГн	15
12	Степень защиты	IP20
13	Габариты, мм	1700 x 990 x 630
14	Масса, кг	260 ± 10%

 

Основные технические характеристики вентилятора тормозного резистора приведены в таблице 31.

 

Таблица 31

№ п.п.	Наименование параметра	Значение параметра
1	Напряжение питания	~3 фазы, 220 В±10%, 50 Гц
2	Пусковой ток, А	13,6
3	Номинальный ток при полной нагрузке, А	2,4
4	Мощность двигателя, Вт	950
5	Скорость вращения, об/мин	2840
6	Расход воздуха, м^3/с	1,3
7	Перепад давлений, Па	135
8	Степень защиты	IP55
	Климатические условия
9	Максимальная температура, °C	40
10	Минимальная температура, °C	минус 40
11	Относительная влажность	100% до 19 °C и 1.5 г влаги на кг сухого воздуха выше 19 °C
12	Габариты, мм диаметр длина	423 340
13	Масса, кг, не более	18