Электрическая схема электронного блока управления вагона РВЗ-7

Электронный блок управления (ЭБУ) предназначен для управления тиристорным регулятором по определенному алгоритму. Схема ЭБУ (рис. 125) включает в себя следующие основные узлы и устройства: высокочастотный задающий генератор ВЗГ, низкочастотный задающий генератор НЗГ, формирователь управляющих импульсов ФУ И, широтно-импульсный модулятор ШИМ, узел задания уставки тока УЗУ, узел ограничения напряжения на двигателях УОН, узел включения регулятора возбуждения тягового двигателя У PB, распределитель импульсов РИ, блок реле управления БР, стабилизаторы напряжения.

Питание ЭБУ осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 28,5 В, которое подводится от провода 116. Элементы ЭБУ размещены в четырех выдвижных кассетах и обозначение элементов в них начинается соответственно с первой, второй, третьей и четвертой сотни.

Высокочастотный задающий генератор представляет собой статический преобразователь постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное напряжение прямоугольной формы с частотой 800-850 Гц. Переменное напряжение ВЗГ, снимаемое с обмоток трансформатора Тр2, используется для питания датчиков тока ДТ1, ДТ2, ДТЗ (обмотки 5, 6, 10), датчика напряжения ДН_я (обмотка 7), узла задания уставки (обмотка 8), узла включения регулятора возбуждения (обмотка 9) и узла распределителя импульсов (обмотка 11).

Высокочастотный задающий генератор включает в себя транзисторы 1107, 1108, трансформатор 1р2, базовые резисторы R114, R115 для ограничения базовых токов, цепочки запуска R116, R117, диоды, защищающие переход Э-Б от обратного напряжения, и другие вспомогательные элементы. На входе ВЗГ включен сглаживающий конденсатор С104.

При подаче постоянного напряжения по проводам 116, 0 в ВЗГ поочередно включаются транзисторы 1107, 1108, что обеспечивает на всех выходных обмотках трансформатора 1р2 переменное напряжение прямоугольной формы.

Низкочастотный задающий генератор преобразует сигнал, снимаемый с датчика тока тиристорного преобразователя ДТЗ, в переменное напряжение прямоугольной формы, значение и частота которого пропорциональны напряжению на выходе датчика ДТЗ.

Напряжение на выходе датчика ДТЗ зависит от коэффициента заполнения тиристорного регулятора напряжения. Поэтому частота НЗГ также зависит от коэффициента заполнения. В процессе пуска и торможения частота НЗГ меняется от 200 до 400 Гц при номинальном напряжении низковольтного источника питания 28,5 В.

Низкочастотный задающий генератор по принципу действия аналогичен высокочастотному задающему генератору и питается от выпрямительного моста ДЮ8 через регулируемый резистор Я102. С помощью резистора Я101 устанавливается минимальный предел частоты НЗГ - 200 Гц, а резистора Я102- максимальный предел частоты 400 Гц.

Переменное напряжение НЗГ с выходных обмоток трансформа- ' тора ТрЗ используется для питания генераторов пилообразного напряжения (обмотки 10, 11), базовых цепей транзисторов формирователей управляющих импульсов (обмотки 5-8) и дросселя временной задержки ДрЗ (обмотка 9).

Формирователь управляющих импульсов предназначен для формирования импульсов определенной амплитуды, длительности и частоты по заданному алгоритму. Эти импульсы с помощью импульсных трансформаторов ИТ31, ИТ32, ИТГ1, ИТГ2, ИТП1, ИТП2, ИТС1 передаются в силовой тиристорный блок на соответствующие трансформаторные модули и далее на силовые тиристоры. Каждый импульс формируется после включения соответствующего тиристора формирователя Т301-Т305. Исключение составляют импульсы трансформаторов ИТП1, ИТП2, каждый из которых формируется сразу после включения соответствующего транзистора Т105, Т106.

Формирователи импульсов включают в себя накопительные конденсаторы С301-С306, импульсные трансформаторы ИТ31, ИТ32, ИТГ1, ИТГ2, ИТП1, ИТП2, ИТС1, синхронизирующие транзисторы Т105, Т106, управляемые Т301-Т305 и неуправляемые Д305, Д308 диоды, развязывающие диоды Д301-Д312.

Базовые обмотки 5-8 генератора НЗГ включены таким образом, что в один полупериод они открывают транзисторы Т104, Т105, а в другой - ТЮЗ, Т106.

В полупериод, когда открыт транзистор ТЮЗ, от провода 116 через дроссель Др, транзистор ТЮЗ и соответствующий развязывающий диод (Д301, Д302, Д306) заряжаются накопительные конденсаторы С301-С303. В следующий полупериод, когда будет открыт транзистор ТЮ4, аналогично заряжаются конденсаторы С304-С306.

В момент изменения полярности напряжения на обмотках ТрЗ, НЗГ, когда, например закрываются транзисторы ТЮЗ, ТЮ6 и открываются транзисторы ТЮ4, ТЮ5, конденсатор СЗОЗ разряжается на первичную обмотку импульсного трансформатора ЙТП1 через транзистор Т105. Этот разряд длится около 100 мкс, после чего трансформатор ИТП1 насыщается. При разряде конденсатора на первичную обмотку импульсного трансформатора на всех его вторичных обмотках формируются импульсы длительностью 100 мкс.

В этот же полупериод разряжаются конденсаторы С301 и С302, но после включения соответствующих тиристоров Т301, Т302. При разряде конденсаторов С301, С302 на выходных обмотках соответствующих импульсных трансформаторов ИТГ2, ИТ31 формируются импульсы. Аналогично формируются импульсы на выходных обмотках импульсных трансформаторов ИТП2, ИТ32, ИТГ1, ИТС1, но в последующий период, когда будет открыт транзистор ТЮ6.

Конденсатор С305 разряжается и формирует импульс в момент включения тиристора ТЗОЗ, а конденсатор С306 - в момент включения тиристоров Т304 или Т305.

Тиристор 7304 может включаться в любой момент данного полупериода (в том числе оставаться выключенным), в то время как тиристор Т305 включается только в определенный момент данного полупериода (через ~2400 мкс после начала полупериода при частоте 400 Гц). Поэтому в указанный полупериод всегда разряжается конденсатор С306, формируя импульс на трансформаторе ИТГ1 либо ИТС1.

Включение тиристора Т305 с задержкой относительно рабочего полупериода обеспечивает дроссель задержки Дрз параллельно нагрузочному резистору Я225 которого через диоды Д313, Д314 и резистор Я307 включен вход тиристора Т305.

Питание рабочей обмотки 1 дросселя Др_г осуществляется от обмотки 9 трансформатора ТрЗ. Настройка длительности задержки регулируется резистором Я228 в цепи управляющей обмотки 2 дросселя Дрз. Тиристор Т305 включается в момент насыщения дросселя.

Перемагничивание всех импульсных трансформаторов формирователей осуществляется с помощью обмоток перемагничивания 6, которые соединены между собой последовательно и через резистор Я301 подключены к источнику питания.

Моменты включения тиристоров 7301-7304 зависят от режима работы транзисторов выходных каскадов усилителей Э1 и Э5.

Широтно-импульсный модулятор предназначен для преобразования сигнала рассогласования (разности между заданным значением тока и тока в тяговых двигателях) в дискретный сигнал, длительность (или пауза) которого пропорциональна значению рассогласования. ШИМ состоит из усилителя рассогласования, генератора пилообразного напряжения, компаратора и выходного усилителя. Всего в ЭБУ два широтно-импульсных модулятора, каждый из которых управляет своей фазой тиристорного регулятора.

Усилители рассогласования, компараторы и выходные усилители выполнены на стандартных полупроводниковых элементах Э1-Э5 серии «Логика Т». Питание указанных элементов - 12 В, + 6 В и 0 подводится от стабилизатора, выполненного на стабилитронах Д211, Д212 и транзисторе 7201.

Усилители рассогласования ЭЗ-1, ЭЗ-2 представляют собой транзисторные усилители, включенные по схеме с коллекторно-эмиттерной нагрузкой. Эмиттерной нагрузкой являются резисторы Я207, Я229.

На вход усилителей рассогласования подается разность двух сигналов: сигнала, пропорционального уставке тока, и сигнала, пропорционального току в тяговых двигателях. Причем на входе усилителя ЭЗ-1 сигнал уставки сравнивается с сигналом тока двигателей М1, М3, а усилителя ЭЗ-2 - с сигналом тока двигателей М2, М4.

Сигналы, пропорциональные токам в тяговых двигателях, снимаются с соответствующих делителей напряжения Я209, Я210, Я231 и Я216, Я217, Я231, которые совместно с резисторами Я212, Я214 образуют нагрузки для датчиков тока ДТ1, ДТ2. Обмотки управления этих датчиков включены в цепь тяговых двигателей соответственно М1, М3 и М2, М4. Резистор Я231 служит для выравнивания характеристик датчиков ДТ1, ДТ2, разброс которых возникает при их изготовлении, а также из-за разброса параметров используемых резисторов в канале усилителей рассогласования. По левой части резистора Я231 протекает ток датчика ДТ1, а по правой - ДТ2.

Сигнал, пропорциональный заданной уставке тока, поступает на усилители рассогласования с резисторов Я235-Я238, ток в которых зависит от положения контроллера управления и регулируется водителем. Через диоды Д218, Д219 обеспечивается компенсация статизма в процессе регулирования.

При увеличении тока тяговых двигателей, например М1 и М3, увеличивается напряжение на резисторах Я210, Я231 (левой части). Если это напряжение превысит напряжение на резисторах Я235-Я238, характеризующее заданную уставку, то транзистор усилителя рассогласования закроется.

Открывается указанный транзистор, когда, наоборот, напряжение на резисторах Я235-Я238 станет выше напряжения на резисторах Я210, Я231.

Аналогично работает транзистор усилителя рассогласования ЭЗ-2, но его состояние зависит от соотношения напряжений на резисторах Я235-Я238 и резисторах Я217, Я231 (правой части).

К выходу транзисторов усилителей рассогласования ЭЗ-1, ЭЗ-2 через резисторы Я206, Я219 подключены конденсаторы соответственно С202, С203 и С206, С211, которые заряжаются через диоды Д202, Д203, если транзисторы соответствующих усилителей рассогласования закрыты, и разряжаются через резисторы Я206, Я219 при закрытом состоянии транзисторов.

Таким образом, степень открытого состояния транзисторов усилителей рассогласования зависит от соответствующих сигналов рассогласования и определяет среднее напряжение на конденсаторах С202, С203 и С206, С211.

Напряжение на конденсаторах С202, С203 (С206, С211) сравнивается с напряжением на конденсаторе С201 (С208). Разность напряжений подается на вход компаратора Э2 (Э4). Напряжение на конденсаторе С201 (С208) имеет форму равнобедренного треугольника с переменной полярностью. Это напряжение вырабатывает генератор пилообразного напряжения, включающий обмотку 10 (11) трансформатора ТрЗ низкочастотного задающего генератора, резистор Я204 (Я220) и конденсатор С201 (С208). При смене полярности напряжения в обмотке трансформатора конденсатор перезаряжается током в одном направлении, в следующий полупе-риод - в другом. Причем обмотки 10 и И трансформатора ТрЗ имеют разную полярность включения по отношению к входу своего компаратора Э2 (Э4). Поэтому, когда конденсатор С201, перезаряжаясь, меняет свою полярность на «+.», конденсатор С208 - на «-».

Амплитуда пилообразного напряжения при изменении частоты НЗГ сохраняется практически неизменной, так как при выбранных параметрах ЯС в генераторе пилообразного напряжения ГПН амплитуда треугольного напряжения пропорциональна напряжению на обмотке трансформатора и обратно пропорциональна его частоте. Поскольку частота и напряжение трансформатора ТрЗ связаны законом иЦ = сопэ!:, то и амплитуда напряжения указанного генератора практически мало зависит от частоты НЗГ.

Так как разность напряжений генератора пилообразного напряжения и выхода узла сравнения подается на вход компаратора Э2 (Э4), то в интервале времени, когда напряжение на конденсаторах С202, С203 (С206, С211) будет выше напряжения на конденсаторе С201 (С208), напряжение на выходе компараторов Э2 (Э4) будет равно -12 В. При изменении знака указанной разности на выходе элементов Э2 (Э4) напряжение будет равно 0. Компараторы представляют собой двухкаскадные транзисторные усилители с положительной обратной связью и выполняют роль полупроводникового реле с высоким коэффициентом возврата.

Таким образом на выходе компараторов появляется дискретный сигнал, коэффициент заполнения которого зависит от рассогласования сигналов задаваемого и измеряемого значений токов в тяговом двигателе, т. е. разность напряжений преобразуется во временной параметр по вертикальному принципу.

С выхода компаратора Э2 (Э4) сигнал поступает на вход усилительного элемента Э1 (Э5), который представляет собой каскадное включение двух транзисторов, так что один из указанных транзисторов всегда находится в инверсном (противоположном) состоянии по отношению к другому. Элементы Э1 (Э5) усиливают выходной сигнал компаратора до 125 мА, что достаточно для включения тиристоров формирователей импульсов.

Узел задания уставки тока служит для управления широтноимпульсным модулятором с помощью контроллера управления. Изменение уставки тока тягового двигателя осуществляется изменением напряжения на резисторах Р235-Р238. Это напряжение подается с выпрямительного моста Д402 в зависимости от состояния контактов вспомогательных реле РУ1-РУЗ, РТ, РХ, Р. Так, на первом ходовом положении КУ сигнал уставки задается по цепи: « + » моста Д402, диод Д417, транзистор Т409, замыкающий контакт Р, размыкающий контакт РТ, резисторы Р409, Р419, диоды Д411, Д410, Д408, резисторы Я235-Я238, Я428, Я440. «-» моста Д402. Питается диодный мост Д402 от обмотки 8 трансформатора Тр2.

На последующих ходовых положениях КУ напряжение на резисторах Я235-Р238 увеличивается вследствие шунтирования резисторов Я409, Я419 соответствующими параллельными цепями при замыкании контактов реле уставок РУ1, РУ2, РУЗ. Для плавного изменения сигнала уставок предусмотрены конденсаторы С403, С404. По аналогичным цепям задаются сигналы уставок при торможении. Транзистор Т409, включенный последовательно в цепь уставки, управляется от узла противобоксовочной защиты Э6 и выключается при ее срабатывании, снижая уставку тока. Восстанавливается уставка после прекращения процесса боксования.

Узел ограничения напряжения на двигателях служит для защиты тяговых двигателей от превышения допустимого напряжения на них при торможении с высоких скоростей. У ОН включает в себя транзистор Т407, датчик напряжения двигателей ДН_Я, нагрузочные резисторы R403, R406, R405 и элементы базовой цепи транзистора Т407: резистор R408, опорный диод Д406.

В процессе торможения, если напряжение на последовательно соединенных двигателях превысит напряжение 850 В, напряжение на выходе выпрямительного моста Д401 увеличивается, открываются опорный диод Д406 и транзистор Т407, который шунтирует резисторы R235-R238, снижая сигнал уставки тока. В результате ток в тяговых двигателях уменьшается и напряжение на них снижается. По мере снижения скорости вагона узел ограничения напряжения корректирует (увеличивает) уставку тока под контролем напряжения на двигателях. В этом режиме узел осуществляет стабилизацию напряжения на двигателях.

Узел включения регулятора возбуждения тягового двигателя предназначен для подачи управляющих импульсов на тиристоры регулятора возбуждения двигателя, при определенных условиях, а именно: если контроллер водителя установлен в положение Х4 и только после выхода на автоматическую характеристику полного возбуждения. Момент выхода на указанную характеристику определяется по прекращению формирования импульсов на трансформаторе ИТГ2, ИТГ1. Узел включения регулятора возбуждения питается от обмоток 9, 11 трансформатора Тр2.

Постоянное напряжение с выхода выпрямительного моста Д403 и сглаженное конденсатором С406 подводится через резистор R443 к базам однопереходного транзистора Т408. Напряжение конденсатора С407 подводится к переходу эмиттер-база 1 того же транзистора.

Если напряжение на конденсаторе С407 достигнет некоторого порогового значения, определяемого техническими данными транзистора и напряжением между базами Б1-Б2, открывается переход Э-Б1 и конденсатор С407 разряжается на резистор R442, параллельно которому через диод Д428 включен вход тиристора Т403. В результате последний открывается и, если включены реле РУЗ и РХ, пропускает импульсы с обмоток 3 трансформаторов ИТ31, ИТ32 на входные обмотки 1 трансформаторных модулей силового блока, включающих тиристоры регулятора возбуждения 77, Т8 (см. рис. 122).

Напряжение на конденсаторе С407 определяется временем заряда его от обмотки 9 трансформатора Тр2 через резисторы R437, R444 и диод Д426,

Постоянная времени заряда конденсатора составляет около ОД с. Это время значительно больше полупериода регулирования при частоте низкочастотного задающего генератора 200 Гд.

Поэтому во время работы тиристорного регулятора напряжения, когда на вход тиристора Т404 поступают импульсы с обмоток 5 трансформаторов ИТГ1, ИТГ2 (через резистор Д435), тиристор Т404 включается и не позволяет заряжаться конденсатору С407, шунтируя его через диод Д424.

После выхода тягового двигателя на автоматическую характеристику полного возбуждения прекращают формироваться импульсы на трансформаторах ИТГ1, ИТГ2 и тиристор Т404 остается выключенным после очередной смены полярности на обмотке 9 трансформатора Тр2. Начиная с этого момента, будет заряжаться конденсатор С407 и через 0,1 с включается транзистор Т408 и тиристор Т403, обеспечивая включение регулятора возбуждения. В дальнейшем тиристор Т403 удерживается по цепи «-(-» Д403, Р432, Д423, РХ, РУЗ, Т403, Р, «г-» Д403 во включенном состоянии, даже при повторном включении тиристора Т404 импульсами с транзисторов ИТГ1, ИТГ2. Теперь запретить работу регулятора возбуждения можно, только разомкнув контакт РУЗ в цепи тиристора Т403, вернув КУ из положения Х4 в положение XI-ХЗ.

Распределитель импульсов предназначен для подачи управляющих импульсов с трансформаторов формирователей на трансформаторные модули силового блока по определенному алгоритму. Импульсы с обмоток 2 трансформаторов ИТГ1, ИТС1 поступают на соответствующие трансформаторные модули силового тиристорного блока ЕСТ независимо от режима работы вагона, обеспечивая включение вспомогательных тиристоров первой фазы.

Импульсы обмоток 3 трансформаторов ИТГ1, ИТГ2 на трансформаторные модули, включающие тиристоры регулятора возбуждения, подаются только в режиме торможения, когда замкнут контакт РТ в цепи этих обмоток.

Импульсы с обмоток 2 трансформаторов ИТГ2, ИТ31, ИТ32 поступают на соответствующие трансформаторные модули БСТ только после сборки силовой схемы в режимах пуска или тормоза, когда замкнется контакт Р в цепи этих обмоток. Дополнительным условием прохождения импульсов с обмотки 2 трансформатора ИТ31 в БСТ является включенное состояние тиристора Т402. Последний включается от обмотки 5 трансформатора ИТГ2 через резистор Д430 и удерживается во включенном состоянии током по цепи: « + » Д403, Я431, Д421, Т402, Р, «-» Д403. При торможении тиристор Т402 разрешает включение главных тиристоров первой фазы только после возбуждения второй группы двигателей М2, М4, т. е. появления импульсов на обмотке 5 трансформатора ИТГ2.

Импульсы с обмоток 2 трансформаторов ИТП1, ИТП2, а также импульсы с обмоток 3 трансформаторов ИТ31, ИТ32 поступают на соответствующие трансформаторные модули БСТ только после включения тиристора Т403, разрешающего включение тиристорного регулятора возбуждения тягового двигателя.

Блок реле управления предназначен для обеспечения заданного порядка взаимодействия отдельных функциональных узлов электронного блока управления. Реле управления включаются по команде контроллера управления под контролем состояния силовых контакторов схемы управления вагоном.

Реле хода РХ включено на всех ходовых положениях контроллера управления. Его контакты меняют при пуске емкость интегрирующих конденсаторов, подключая параллельно конденсаторам С202, С206 соответственно конденсаторы С203, С211. Контакты РХ обеспечивают также действие узла включения регулятора возбуждения двигателя только при пуске. Размыкающий контакт РХ обеспечивает быстрый разряд конденсаторов С403, С404 при возврате контроллера управления в нулевое положение. Это необходимо для быстрой подготовки схемы к повторному пуску.

Реле торможения РТ включено на всех тормозных положениях КУ и его контакты используются для пропускания импульсов в БСТ для задания уставки на первом тормозном положении, для отключения цепей уставок пускового режима и для ускорения разряда конденсатора С403 при возврате контроллера управления из тормозного положения в нулевое.

Реле Р включается после сборки ходовой или тормозной схемы. Его контакты обеспечивают подачу управляющих импульсов в БСТ и подключение цепей уставок при пуске и торможении.

Реле уставок РУ1-РУЗ включаются контроллером управления после сборки силовой схемы и включения тиристора Т410. Причем РУ1 включается в положениях контроллера управления Х2-Х4 и Т2-Т5; РУ2 - в положениях ХЗ-Х4 и ТЗ-Т5-, РУЗ - в положениях Х4 и Т4-Т5. Тиристор Т410 включается от обмотки 4 трансформатора ИТГ1 и разрешает включение реле РУ І-РУЗ только после начала работы тиристорного регулятора.

Контакты реле РУ1-РУЗ используются в узле задания уставки тока для изменения сигнала, пропорционального заданному значению тока в двигателе. Контакт РУЗ в цепи тиристора Т403 используется для включения тиристорного регулятора возбуждения только в положении Х4 контроллера управления. В схеме электронного блока управления предусмотрена сигнальная лампа Л101 для контроля работы НЗГ. Выключателем В401 можно исключить влияние узла противобоксовочной защиты на режим задания уставок тока.

Выключатель В9 исключает влияние реле минимального напряжения PH на сигнал уставки тока. В рабочем состоянии выключатель В9 замкнут. При снижении напряжения в контактной сети до 300-350 В реле PH выключается и снижает сигнал уставки тока.

Кнопка КН6 предназначена для увеличения уставки тока при пуске до 350 А, например, при буксировке вагона на подъеме.

Для контроля параметров электронного блока управления в нем предусмотрены контрольные точки, выведенные на лицевые панели каждой кассеты этого блока. На схеме рис. 125 эти точки обозначены с указанием номера контрольного разъема и номера гнезда этого разъема, на который выводится данная точка.