HouseClever - Умный дом

(925)612-78-77 Заказать умный дом, купить умный дом


Мы предлагаем комплексную автоматизацию вашего дома, коттеджа, офиса.

Наш Умный дом - это дом с искусственным интеллектом и ежедневный помощник, который распознает и исполняет ваши желания, создавая комфортную, безопасную и уютную среду для жизни. Наш Умный дом – это инновационные технологии будущего, которые мы дарим вам уже сегодня.

СТАТЬЯ

rss

Анучин А.С, Силаев Ф.А.



Блок регулирования напряжения для автономной системы электроснабжения пассажирских вагонов дальнего следования.


Основным типом системы электроснабжения пассажирских вагонов дальнего следования в нашей стране стала смешенная система, в которой питание осуществляется от подвагонного генератора и межвагонной высоковольтной магистрали. Из-за наличия в России огромной длины неэлектрифицированных железных дорог и отсутствия тепловозов, имеющих возможность выдать необходимое высокое напряжение в вагонную сеть, высоковольтная магистраль используется только для питания комбинированной системы отопления. Все остальные потребители, такие как освещение, кондиционер, кипятильник, низковольтное отопление и циркуляционный насос, вентиляция и т.д. питаются от подвагонного генератора.

Рис.1. Наиболее распространенная схема электроснабжения

Наиболее распространенная система электроснабжения содержит индукторный генератор, приводимый в движение от колесной пары через редуктор, карданный вал и эластичную муфту, выпрямитель, к которому подключена нагрузка и аккумулятор, и возбудитель. Регулирование выходного напряжения осуществляется по обмотке возбуждения. Данное устройство выпускается фирмой ООО НПЦ «Экспресс» (г. Тверь).

Представленная на рис.1 схема имеет ряд недостатков, так питание нагрузки осуществляется, только начиная со скорости около 35 км/ч. На более низких скоростях ЭДС генератора оказывается ниже напряжения аккумуляторной батареи, что не позволяет производить ее заряд и питать от генератора нагрузку. Отмечаются эпизодические выходы из строя возбудителя, при которых напряжение генератора на высоких скоростях неконтролируемо растет. Аккумуляторные батареи являются естественным демпфером системы регулирования напряжения, что негативно сказывается на сроке их службы.

Данные недостатки были учтены в блоке регулирования напряжения (БРН), разработанном совместно ООО НПП «Цикл+», ООО «НПФ Вектор» и ОАО «Ижевский радиозавод» по заказу ООО «АВП Технология». Преобразователь поставляется вместе с комплектом электрооборудования вагона «КВИНТ-ЭВ». Помимо возбудителя и выпрямителя БРН содержит транзисторный статический преобразователь напряжения. Схема электроснабжения вагона на базе БРН представлена на рис. 2.

Рис.2. Схема электроснабжения на базе БРН

Статический преобразователь БРН выполнен по схеме «несимметричного моста», которая приведена на рис. 3. Такая схема позволяет повышать и понижать входноенапряжение.

Рис.3. Статический преобразователь напряжения по схеме «несимметричный мост»

DCDC-преобразователь построен на базе высокочастотных транзисторов фирмы Semikron. Частота ШИМ составляет 30 кГц, а управление по двум каналам осуществляется с фазовым сдвигом на 180 , что позволяет уменьшить нагрузку на электролиты за счет более высокочастотной и гладкой формы их тока. Ключи VT1 и VT2 являются понижающими ключами, а VT3 и VT4 повышающими. Система управления преобразователя содержит контура тока дросселей и контур напряжения высокого быстродействия, что позволяет, не превышая допустимые токи, отрабатывать приложение нагрузки скачком (включение кондиционера постоянного тока, локальные короткие замыкания).

Применение DCDC-преобразователя, способного работать в режиме повышения, позволяет осуществлять питание вагона уже со скорости 10 км/ч, обеспечивая приблизительно треть от номинальной мощности. Данное свойство весьма полезно на участках дорог, где скорость движения ограничена (например, район Адлера), так как снимаемой мощности уже хватает для освещения вагона, кипячения воды и включения кондиционера на первой ступени производительности. По сути, это очень важное достижение, так как в действительности электрооборудование вагона редко потребляет полную мощность. Для полной нагрузки вагон должен быть прогрет на солнце (максимальная производительность кондиционера), а аккумулятор должен быть полностью разряжен. Поэтому реальная нагрузка не превышает 60% от максимальной, а в обычных условиях 40%.

Применение высокочастотного преобразователя позволило качественно стабилизировать выходное напряжение на зажимах аккумуляторной батареи (АБ) и перестать использовать ее в качестве демпфера. Система управления анализирует показания двух датчиков температуры аккумуляторов и в функции их показаний осуществляет регулирование напряжения по зависимости, определяемой типом батареи (см. рис.4). Помимо напряжения контролируется ток заряда и производится его стабилизация на допустимом уровне.

Рис.4. Зависимость максимального напряжения заряда в функции температуры для кислотной аккумуляторной батареи

По предварительной оценке исключение перезаряда батареи в совокупности с гладким напряжением и ограничением зарядного тока позволяет ожидать увеличение срока службы АБ в несколько раз по отношению к существующему решению.

Для управления возбуждением генератора применена схема несимметричного моста. Данная схема (см. рис.5) невосприимчива к пробою одного из транзисторов. В случае пробоя транзистора релейный регулятор напряжения выхода генератора продолжит работу, однако в систему управления заложен алгоритм определения количества рабочих транзисторов, который выдаст предупреждение о неисправности на верхний уровень.

Рис.5. Схема управления обмоткой возбуждения генератора

Релейный регулятор обмотки возбуждения генератора работает по заданию выходного выпрямленного напряжения и контролирует ток обмотки, чтобы он не превышал максимально допустимый. Напряжение генератора задано на уровне около 150 Вольт, DCDC-преобразователь при этом работает в выгодном энергетически режиме понижения напряжения. Если из-за низкой скорости движения, генератор не может выдать заданное напряжение, то ток обмотки стабилизируется на безопасном уровне. В таком режиме DCDC-преобразователь может переходить в режим повышения напряжения. Осциллограмма работы контура возбуждения приведена на рис.6.

Рис.6. Работа контура возбуждения

Основной DCDC-преобразователь построен на высокочастотных модулях Semitrans с рабочей температурой до 40°C. Схема управления обмоткой возбуждения собрана на дискретных транзисторах. Для работы на стоянке от внешней сети при температурах ниже 40°C предусмотрена цепь предварительного подогрева силовой части.

Рис.7. Силовая часть и общий вид БРН

Система управления выполнена на контроллере МК10.5, построенного на базе микроконтроллера TMS320LF2406A фирмы Texas Instruments. Микроконтроллер имеет производительность 40 млн. операций в секунду, содержит встроенную Flash-память, код в которой защищен от копирования и реверсного инжиниринга 64-разрядным паролем. Программное обеспечение написано на языке ассемблер. Связь с верхним уровнем – системой «КВИНТ-ЭВ» осуществляется по интерфейсу CAN с протоколом CANopen. Следует отметить, что преобразователь является полностью автономным и не управляется по CAN-сети. Она необходима только для передачи на верхний уровень информации по степени заряда АБ, текущем уровне напряжения и скорости вращения генератора (его частоте), которая используется системой «КВИНТ-ЭВ» для расчета пройденного вагоном пути. То есть обрыв связи БРН с вагонной CAN-сетью не приведет к обесточиванию потребителей.

Испытания БРН проводились в составе «КВИНТ-ЭВ» на опытном вагоне, приписанном к Октябрьской железной дороге. Система успешно прошла испытания на маршрутах «Москва – Мурманск – Москва» и «Москва – Санкт-Петербург – Москва» при температурах от -28°C до +25°C и от -40°C до +40°C в условиях климатической камеры.



ЧТО ТАКОЕ УМНЫЙ ДОМ?

Когда произносится словосочетание — умный дом, большинство людей ассоциирует этот...

Узнать больше

КАК ВЫБРАТЬ УМНЫЙ ДОМ?

Тысячи фирм-производителей систем Умного дома борются за рынок, предлагают новые идеи....

Узнать больше

СКОЛЬКО СТОИТ УМНЫЙ ДОМ?

Сколько стоит Умный дом - такой вопрос сразу возникает у человека, который заинтересовался...

Узнать больше