Преобразователь напряжения БПН-115
Преобразователь напряжения БПН предназначен для преобразования напряжения контактной сети постоянного тока 750 В в постоянное напряжение величиной 80 В для питания системы управления, освещения и подзарядки аккумуляторных батарей вагона метрополитена.
Преобразователь БПН-115 У1 представляет собой конвертор/стабилизатор постоянного напряжения. При превышении током нагрузки номинального значения, блок переходит в режим ограничения тока. При этом выходное напряжение может снижаться.
Конструктивно блок представляет собой металлический корпус со съёмной крышкой. Крышка корпуса крепится четырьмя замками типа «лягушка». Блок должен монтироваться под вагоном. Рекомендуется устанавливать его в продольном положении по ходу вагона. Рёбра радиаторов транзисторных сборок инвертора и диодов выходного выпрямителя, выходящие за пределы корпуса, охлаждаются при помощи набегающего потока воздуха. Во время стоянки вагона рёбра радиаторов охлаждаются с помощью двух внешних вентиляторов. Встроенный вентилятор осуществляет перемешивание воздуха внутри корпуса БПН, способствуя отдаче избыточного тепла стенками корпуса БПН.
Технические характеристики
В состав преобразователя БПН-115 У1 входят:
- входной фильтр
- транзисторный инвертор
- трансформатор
- выходной выпрямитель с фильтром
- система управления
- вентиляторы
- блок индикации БПН-115
- канал управления освещением
| Номинальное входное напряжение постоянного тока (контактная сеть), В | от 525 до 995 |
| Входное напряжение постоянного тока (аккумуляторная батарея), В | от 50 до 90 |
| Величина стабилизируемого выходного напряжения постоянного тока при напряжении контактной сети от 600 до 995 В и токе нагрузки до 125 А | от 79.2 до 80.8 |
| Максимальный ток нагрузки при номинальном выходном напряжении, А | от 125 до 130 |
| Электрическая прочность изоляции между цепями 750 В и корпусом БПН испытывается на напряжение частотой 50 Гц в течение 1 мин, В | |
| Электрическая прочность изоляции между цепями 750 В и 75 В испытывается на напряжение частотой 50 Гц в течение 1 мин, В | |
| Электрическая прочность изоляции между цепями 75 В и корпусом БПН испытывается на напряжение частотой 50 Гц в течение 1 мин, В | |
| 2.8. Сопротивление изоляции между цепями 750 В и корпусом БПН, при нормальных климатических условиях, не менее, МОм | |
| Сопротивление изоляции между цепями 75 В и корпусом при нормальных климатических условиях, не менее, МОм | |
| Пульсация выходного напряжения (пик - пик) в статическом режиме, В, не более | 2.4 |
| Габаритные размеры, мм, не более | 782х422х235 |
| Масса, без рамы, кг, не более Масса с рамой, кг, не более | |
| По механическим воздействиям блок удовлетворяет требованиям группы М25 по ГОСТ 17516.1: диапазон частот, Гц максимальная амплитуда виброускорения, м/с2 (g) пиковое ударное ускорение, м/с2 (g) длительность действия ударного ускорения, мс продольная и поперечная линейные нагрузки, соответствующие ускорению, g | от 0.5 до 100 10(1) 30(3) от 2 до 20 |
Составные части БПН-115
Входной фильтр
Входной фильтр состоит из низкочастотного и высокочастотного звеньев. Низкочастотное звено фильтра состоит из внешнего балластного резистора, без которого включение БПН недопустимо, и ёмкостного делителя C1..С8 (сборка конденсаторов). Высокочастотное звено фильтра предназначено для подавления синфазной помехи в контактную сеть, генерируемой при работе БПН и состоит из дифференциального трансформатора Т2 и ёмкостей А10, А11 и С16.
Транзисторный инвертор
Транзисторный инвертор выполнен по полумостовой схеме на двух сборках IGBT транзисторов VT1 и VT2. Вторым плечом полумоста является ёмкостной делитель C1..C8 (сборка конденсаторов). Конденсаторы С14 и С15, установленные непосредственно на транзисторных сборках, служат для компенсации индуктивности проводов.
Трансформатор
Трансформатор Т1 служит для гальванической развязки и согласования высоковольтных цепей инвертора и низковольтного выпрямителя.
Выходной выпрямитель с фильтром
Выходной выпрямитель включает в себя:
- четыре диодные сборки VD1…VD4
- однозвенный сглаживающий фильтр L1, C9..C13
- плату демпфера ЧС5.427.050, служащую для сглаживания выбросов напряжения при переключении транзисторов в инверторе.
Система управления
Система управления включает в себя:
- две платы питания, предназначенные для преобразования напряжения бортовой сети 75/80 В в напряжение 24 В для питания системы управления БПН-115, вентиляторов и канала управления освещением.
- плату управления БПН-115, предназначенную для формирования импульсных широтно-модулированных (ШИМ) сигналов, управляющих силовыми транзисторами инвертора БПН-115 (контакты 3…6 разъёма Х2 по схеме БПН). Амплитуда выходных импульсов – 12 В.
- два драйвера, служащие для гальванической развязки и согласования выходов платы управления с затворами транзисторов сборок VT1, VT2.
- трансформатор тока TA1 с нагрузочными резисторами R9 и R10, служащий для измерения выходного тока БПН;
- терморезистор RK1, служащий для контроля температуры радиатора.
Вентиляторы
Для охлаждения силовых элементов БПН используются бесколлекторные вентиляторы постоянного тока, напряжение питания – 24 В. Вентилятор М1 осуществляет перемешивание воздуха внутри корпуса БПН, способствуя отдаче избыточного тепла стенками корпуса БПН. Вентиляторы М2 и М3 вынесены за пределы корпуса БПН и предназначены для обдува рёбер радиаторов силовых транзисторов. Система управления включает вентиляторы при повышении температуры радиаторов более 250Сo.
Блок индикации БПН-115
Блок индикации БПН-115 вынесен за пределы корпуса БПН для удобства наблюдения при обслуживании вагона. Блок индикации представляет собой силуминовый корпус, на котором смонтированы пять светодиодов. Зелёный светодиод светится при нормальной работе БПН, красный светодиод светится при аварийной ситуации. Подробнее, та или иная ситуация определяется комбинацией жёлтых светодиодов. Расшифровка значений светодиодов блока индикации приведена в таблице 2.
| Светодиод горит (●) | состояние | ||||
| красный | зелёный | жёлтый верхний | жёлтый средний | жёлтый нижний | |
| ○ | ● | ● | ○ | ○ | Работа |
| ○ | ● | ● | ● | ○ | Режим токоограничения |
| ● | ○ | ● | ○ | ● | Перегрев |
| ● | ○ | ○ | ● | ● | Напряжение контактной сети не в норме |
| ● | ○ | ● | ● | ● | Сбой драйвера |
| ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | на БПН не поступает напряжение бортовой сети 75/80 В |
Канал управления освещением
БПН-115 имеет отдельный выход для питания цепей освещения вагона (ХТ5). Этот выход через нормально разомкнутые контакты реле К1 соединяется с цепью «80 В». Реле К1 включается по команде микроконтроллера при наличии напряжения контактной сети в пределах от 600 до 995 В и при наличии управляющего сигнала на контакте 2 разъёма Х6. После снятия управляющего сигнала или после снятия со входа БПН-115 напряжения контактной сети реле К1 остаётся включённым в течение 20 с, обеспечивая питание цепей освещения вагона от аккумуляторной батареи.