ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
- СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
Электронная система управления ВИП выполняет следующие основные функции:
плавное четырехзонное регулирование напряжения на двигателях в режиме тяги;
плавное четырехзонное регулирование противо- э.д.с. вторичной обмотки трансформатора в режиме торможения;
плавное регулирование (ручное) тока возбуждения в режиме торможения;
распределение импульсов управления по плечам ВИП согласно алгоритму управления выходными усилителями блока 400 (рис. 50);
синхронный с моментом времени π/2 перевод нагрузки с одной секции трансформатора на другую без бросков тока в силовых выпрямительных мостах;
остановочное торможение в режиме противовключения тяговых двигателей на I зоне регулирования изменением угла опережения вентилей инвертора β (обозначения углов регулирования см. рис. 13);
автоматическое регулирование в инверторном режиме угла опережения β по углу коммутации на постоянство угла погасания вентилей δ;
плавное нарастание тормозного тока в момент «входа» в режим рекуперативного торможения.
Кроме этих функций, обеспечивающих заданные тяговые и тормозные характеристики электровоза, система управления выполняет следующие функции, направленные на повышение надежности работы тиристоров:
- автоматическое ограничение в режиме тяги минимального угла открытия аоз в контуре коммутации с малым напряжением по углу коммутации γ0 в контуре с большим напряжением;
- автоматическое ограничение в режиме тяги угла регулирования арег по суммарному углу основной коммутации γ0 = γ0' + γ0'' (здесь γ0' — угол коммутации тока в контуре с меньшим напряжением) или только по углу γ0';
- автоматическую задержку фазы импульсов управления а0 по мгновенному значению напряжения на тяговой обмотке силового трансформатора. Это обеспечивает создание необходимых для надежного открытия тиристоров потенциальных условий;
- автоматическое запрещение выдачи импульсов арег в интервале угла открытия от π — β до π в режиме рекуперации.
Система управления (рис. 51) состоит из блока управления БУВИП-80, панели питания ПП, контроллера машиниста КМЭ, датчиков угла коммутации Дγ и тока якорей двигателей ДТ, блока измерения БИ-940, блока противокомпаундирования БПК, датчиков напряжения тяговой обмотки (П2, M1).
Основные функциональные элементы аппаратуры управления выполнены в виде залитых компаундом модулей, размещенных в кассетах шкафа.
Блок БУВИП-80 выполнен в виде металлического каркаса 1 с легкосъемными кассетами 2 (рис. 52, а). Внизу шкафа имеется рейка 3 с выводами (клеммник) и панель контрольных точек 4. Сбоку шкафа предусмотрены вентиляционные решетки 5. В шкафу использованы 14 кассет. Одна кассета (нижняя правая) запасная, а другая двойная. Две кассеты БПК, расположенные отдельно от шкафа, на рис. 52 не показаны. Всего в аппаратуре управления имеется 13 типов кассет.
Каждая кассета (рис. 52, б и в) представляет собой рамную конструкцию, состоящую из металлических задней 6 и передней 14 с биркой 10 панелей, жестко соединенных между собой двумя металлическими трубками 7 и двумя направляющими планками 15. Лицевая панель герметизирована резиновой прокладкой 11.
Рис. 50. Алгоритм работы выходных усилителей блока управления преобразователями
Внутри рамной конструкции укреплены различные изоляционные панели, например 8, 16,18,19, на которых монтируются различные элементы (транзисторы, резисторы, стабилитроны и т. д.), а также узлы — модули 17. На передней стороне кассеты имеются рукоятка 12 для удобства выемки, а также контрольные точки 13.
На задней стороне кассеты (рис. 52, в) установлены разъемы 21 типа РП14 с дублированными ламелями, с помощью которых осуществляется электрическое соединение между кассетами БУВИП, панелью питания и другими цепями. В гнезда шкафа кассета вставляется с помощью двух больших направляющих 20, а каждый разъем — своей парой направляющих 22. В гнезде кассета фиксируется пружинным запором 9, Все кассеты механически взаимозаменяемы.
В состав БУВИП-80 входят следующие блоки (кассеты) (см. рис. 51) (в скобках указаны обозначения для электровозов до № 1522):
БИ (Н) — измерительный; БЛ — логики; УФУ-014, УФУ-011— фазового управления; БФИ (ФИ) - формирования импульсов;
Рис. 51. Структурная схема системы управления преобразователями
Рис. 52. Общий вид блока управления БУВИП-80 (а) и кассет (б) и (в)
БСК — слежения за углами коммутации; БДК — Диодных коммутаторов; БВУ-1—БВУ-4 — выходных усилителей; БСИ(БС) — синхронизации работы аппаратуры управления с напряжением сети; БРУЗ (АРТЭ) — автоматического регулирования рекуперативного торможения на постоянство угла погасания δ; БУВ — управления возбудителем.
Панель питания ПП (рис. 53) соединена со шкафом БУВИП-80 шлангами из многожильного экранированного провода через разъемы СШР60П45ЭЩ3.
Рассмотрим назначение и взаимодействие основных блоков системы управления ВИП по структурной схеме (см. рис. 51). При повороте главного штурвала и тормозной рукоятки КМЭ напряжение на выходе соответствующих сельсинов изменяется пропорционально углу поворота (см. рис. 25). Напряжение с сельсинов Управление ВИП в тяге (СТ) и Управление ВИП в рекуперации (СР), выпрямленное в ПП, подается иа входы блоков БИ и У ФУ-014. Последний преобразует напряжение управления в регулируемые по фазе импульсы напряжения.
Рис. 53. Панель питания
Эти импульсы после усиления промежуточными усилителями блока БФИ группируются блоком БДК совместно с блоком БД в соответствии с алгоритмом управления (см. рис. 50) и подаются на выходные усилители ВВУ-1—БВУ-4, где усиливаются до значений, необходимых для управления блока ми формирования импульсов БФИ ВИП.
Регулирование противо- э.д.с. трансформатора в режиме рекуперации осуществляется сельсином СР, напряжение которого изменяет фазу импульсов на выходе УФУ-1 и УФУ-2 и суммируется с напряжением блока ВПК. УФУ-3 в режиме рекуперации формирует импульсы, по фазе соответствующие углу опережения β. Взаимодействие блоков системы в режиме рекуперации аналогично режиму тяги. Однако на выходе БВУ обеспечивается алгоритм управления, необходимый для режима рекуперации.
Регулирование тока возбуждения в режиме торможения осуществляется сельсином Управление ВУВ, напряжение которого выпрямленное в ПЛ, изменяет фазу импульсов на выходе УФУ-4. Эти импульсы усиливаются промежуточным усилителем УФИ-4 и подаются на вход блока управления возбудителем БУВ, который формирует импульсы управления, подаваемые на усилители ВУВ обеих секций.
СХЕМЫ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Измерительный блок.
Блок БИ (И) предназначен для измерения напряжения управления, поступаемого с сельсинов-датчиков, регистрации окончания зон регулирования и подачи команды перехода с одной зоны на другую в зависимости от напряжения управления.
Измерительный блок БИ (Н) (рис. 54) содержит:
узел быстродействующего («синхронного») перехода со II на III зону в момент времени π/2 (микросхемы D1—D5),
входное устройство пороговых элементов;
пороговые элементы (модуль Е1);
логический узел (модуль Е2);
усилитель (модуль Е3);
релейный узел (модуль К);
функциональный преобразователь напряжения управления (модуль Е4);
цепь загрузки источника управления (сельсина) после синхронного перехода (резисторы R22, R23, R24) и цепь постоянной дополнительной нагрузки источника управления (резисторы R13, R14);
дополнительный узел питания (стабилитрон V8, конденсаторы С3-С5).
Напряжение управления с сельсинов СТ или СР (см. рис. 51), выпрямленное в панели питания, подается по проводам А51, А21 (см. рис. 54) на входное устройство блока БИ.
Входное устройство выполнено на резисторах Rl, R2, R4—R6, R8—R10, R12 и стабилитронах V1—V6 панели П1, резисторах R3, R7, R11 панели П2 и предназначено для ограничения напряжения на входе пороговых элементов на уровне не более 1,5 В при изменении напряжения управления на входе от 0 до 40 В. Выходное напряжение, снимаемое с резисторов R3, R7 и R11, подается соответственно на входы 1, 15 и Г трех пороговых элементов ПЭ1—ПЭ3 модуля Е1.
Пороговые элементы предназначены для сравнения входного и опорного напряжений. Опорное напряжение подается на входы 2, 14 и 2' модуля Е1. На выходе порогового элемента появляется сигнал напряжения, если входное напряжение равно опорному или превышает его.
Рис. 54. Принципиальная схема измерительного блока БИ
Пороговые элементы выполнены на основе интегральных микросхем (операционных усилителей 1УТ401А и логических элементов 1ЛБ212А) и имеют модульное исполнение «О — орган». Пороговый элемент ПЭ4 в модуле Е1 является резервным.
Увеличение напряжения на резисторах R3, R7 и R11 при изменении напряжения управления происходит до уровня срабатывания стабилитронов VI·, V2—V3; V4—V6 соответственно. Алгоритм работы основных узлов блока БИ при изменении напряжения Uупр от 0 до 40 В поясняется рис. 55.
При Uупр < 10 В опорное напряжение на входе пороговых элементов больше входного напряжения, снимаемого с резисторов R3, R7 и R11. Поэтому на выходах 5 операционных усилителей модуля Е1 возникает положительное напряжение, которое открывает соответствующие логические элементы «И—НЕ» в модуле E1. В результате на выходах 5, 8 и 8' пороговых элементов ПЭ1, ПЭ2 и ПЭ3 возникает напряжение менее 0,4 В, которого недостаточно для включения цепи питания катушек реле К.
Обе контактные группы магнитоуправляемых реле К разомкнуты, что позволяет блоку БЛ обеспечить алгоритм работы выходных усилителей, соответствующий I зоне регулирования.
Рис. 56. Алгоритм работы элементов узла синхронизации блока БИ
Рис. 55. Алгоритм работы основных узлов измерительного блока БИ
Н
При Uупр = 10 В срабатывает пороговый элемент ПЭ1, так как входное напряжение, снимаемое с резистора R3, UK9 Um. При этом меняет знак напряжение на выходе операционного усилителя, которое, закрывая логический элемент «И—НЕ», позволяет на выходе 5 модуля Е1 получить выходное напряжение 3,5 В. Это напряжение подается на вход 1 модуля Е2. Логический узел Е2 (Л-069) обеспечивает необходимый алгоритм работы двух групп магнитоуправляемых контактов реле К от трех пороговых элементов модуля Е1. Узел Е2 выполнен на логических элементах 1ЛБ212А («И—НЕ»).
При поступлении на вход 1 модуля Е2 напряжения срабатывает первый логический элемент и снимает положительное напряжение с базы транзистора VI модуля Е3. Транзистор VI открывается. Узел Е3 предназначен для усиления сигнала до значения, необходимого для срабатывания магнитоуправляемого реле К. Усилитель выполнен на модуле ТЭ-104, представляющем собой двойной инвертор.
При открытии транзистора VI ток протекает по цепи: источник питания, эмиттер-коллектор транзистора VI модуля Е3, резистор R20; катушка реле с выводами 1—15 модуля К; источник питания. В результате замыкаются контакты 5—11 и 3—13 и подается открывающее напряжение от источника питания на базу транзистора VI модуля Е1 в блоке логики БЛ по цепи: провод А3; контакты 3—13, 11—5 реле модуля К блока БИ, провод А1, база-эмиттер транзистора VI модуля Е1 в блоке БЛ, провод А21.
Подача напряжения на модуль Е1 блока БЛ является командой для осуществления перехода с I на II зону регулирования.
При Uynp=20 В срабатывает ПЭ2, так как входное напряжение, снимаемое с резистора R7, UR7 ≥Uon. При срабатывании ПЭ2 на выходе 8 модуля Е1 возникает напряжение 3,5 В, которое подается на входы 2 логических элементов DI, D4 узла синхронизации.
Узел синхронизации позволяет осуществить переход со II на III зону и обратно в момент времени л/2, что обеспечивает перевод нагрузки с двух малых секций силового трансформатора на одну большую без провалов тока.
Выполнен узел на интегральных микросхемах D1—D5 типа 1ЛБ212А (2ЛБ172Б). DI, D2 и D4 выполняют логические функции «И—НЕ», a D3 и D5 соединены по схеме триггера. На входы 3 элементов D1 и D2 подаются импульсы синхронизации, по фазе соответствующие углу π/2, формируемые узлом, установленным в панели питания ПП.
Алгоритм работы элементов узла синхронизации поясняется рис. 56. Исходное состояние логических элементов таково, что на выходе 7 D5 напряжение равно нулю. После срабатывания ПЭ2 и последующим за ним поступлением на второй вход 3 Д1 импульса синхронизации в л/2 узел срабатывает, и на выходе 7 D5 (6) появляется напряжение 3,5 В. Напряжение подается на вход 15 логического узла Е2 и открывает второй элемент модуля Е2. Первый элемент при этом закрывается. На выходе 4 модуля Е2 появляется напряжение, закрывающее транзистор V1 модуля Е3, а на выходе 5 — напряжение, открывающее транзистор V2 модуля Е3. Катушка герконов реле К с выводами 1—15 обесточивается, а в катушке с выводами 2—14 появляется ток, что вызывает размыкание контактов 5—11, 3—13 и замыкание контактов 6—10, 4—12. При этом подается открывающее напряжение на базу транзистора VI модуля Е2 блока логики БЛ. Напряжение на блок БЛ подается по цепи: провод А3, контакты 6—10, 4—12 реле модуля К блока БИ, провод А20, выводы 14—8 модуля Е2 блока БЛ, провод А21.
Подача напряжения на модуль Е2 блока БЛ вызывает срабатывание инвертора синхронного перехода (транзистор V1 в модуле Е2 открывается, a V2 — закрывается), что обеспечивает условия для перехода со II на III зону регулирования.
При Uynp = 30 В входное напряжение ПЭ3 
, что вызывает срабатывание ПЭЗ. На выходе 8' модуля Е1 появляется напряжение 3,5 В, которое подается на вход 13 модуля Е2. С выхода 4 модуля Е2 снимается положительный потенциал, отпирающий транзистор V1 в модуле Е3. Транзисторы V1 и V2 в модуле Е3 открыты. Это обеспечивает протекание тока по обеим катушкам модуля К и замыкание обеих контактных групп. При этом подается напряжение для открытия транзисторов V1 модулей Е1 и Е2 в блоке БЛ, что обеспечивает переход с III на IV зону регулирования.
При срабатывании инвертора синхронного перехода (Uyпp=20 В) в блоке логики БЛ (модуль Е2) сигнал с него по проводу А12 подается на функциональный преобразователь напряжения управления в блоке БИ. Преобразователь выполнен на двойном инверторе ТЭ-104 (Е4), стабилитронах V10, VII, V12 и диодах V13, V14 и предназначен для преобразования плавно увеличивающегося с поворотом штурвала КМЭ напряжения управления от 0 до 40 В в пилообразное напряжение (рис. 57), изменяющееся от 0 до 20 В и от 0 до 10 В, подаваемое на входы блока УФУ-014. Такое преобразование и позволяет использовать для регулирования угла открытия αρег УФУ-Ц и УФУ-2 при четырехзонном регулировании напряжения. Рассмотрим по схеме рис. 58, как это достигается. Напряжение управления с функционального преобразователя поступает по проводам А51—А57, А51—А55 (см. рис. 54) соответственно на входы 8 в УФУ-1 и УФУ-2 в блоке УФУ-014 (см. рис. 64). На I и II зонах регулирования стабилитроны VII, V12 и диоды V13, V14 шунтированы открытым транзистором V2 и диодом V5 модуля Е4.
На I зоне напряжение управления, приложенное к входу УФУ-1, изменяется от 0 до 10 В. Регулирование фазы импульсов осуществляется УФУ-1. При Uупр =10 В срабатывает стабилитрон V10, имеющий напряжение стабилизации 10 В. При дальнейшем увеличении напряжения от 10 до 20 В, поскольку на V10 падает напряжение 10 В, на входе УФУ-2 напряжение возрастает от 0 до 10 В. Регулирование фазы импульсов на II зоне выполняет УФУ-2.
Рис. 58. Упрощенная схема функционального преобразователя
При Uупр=20 В напряжение с модуля Е2 блока логики БЛ, поступающее по проводу А12 на модуль Е4 блока БИ, открывает в нем транзистор VI. При этом транзистор V2 закрывается и в цепь управления включаются стабилитроны V11, V12 с напряжением стабилизации 20 В. При увеличении напряжения управления от 20 до 30 В на входе УФУ-1 напряжение вновь возрастает плавно от 0 до 10 В, следовательно, на III зоне регулирование фазы импульсов выполняется снова УФУ-1.
При Uупр=30 В срабатывает стабилитрон V10. При увеличении напряжения от 30 до 40 В на нем падает 10 В, на входе УФУ-2 напряжение управления опять изменяется от 0 до 10 В (см. рис. 57). Поэтому на IV зоне регулирование осуществляется так же, как на II зоне, с помощью УФУ-2.
В цепи транзисторов модуля Е4 включены резисторы R22, R23 и R24 (см. рис. 54), которые дополнительно загружают сельсин после перехода со II на III зону, чтобы избежать бросков фазы импульсов управления.
Резисторы R3, R7 и R11 предназначены для регулировки уставки срабатывания пороговых элементов ПЭ1, ПЭ2 и ПЭ3 соответственно, резисторы R15, R16 и R17 —для регулировки коэффициентов возврата соответственно ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3; резистор R14 — для выравнивания вольт-амперных характеристик нагрузки сельсина разных блоков и резистор R22 — для выравнивания загрузки сельсина при синхронном переходе.
Блок логики.
Этот блок в соответствии с командами, поступаемыми с блока БИ, обеспечивает распределение импульсов управления по зонам регулирования, синхронный быстродействующий перевод нагрузки с двух малых секций на одну равновеликую секцию трансформатора, распределение импульсов по полупериодам питающего напряжения и выдает команду на переключение различных групп датчиков угла коммутации при переходе со II на III зону регулирования. Эти функции выполняются с помощью кодовых тиристоров V1, V2 (рис. 59), тиристоров синхронного перехода V3, V4, тиристоров фазового распределения V7, V8 и соответствующих им узлов управления El, Е2 и Е3. Узлы управления тиристорами выполнены на двойном инверторе модульного исполнения ТЭ-104.
Рис. 59. Принципиальная схема блока логики БЛ
Узел Е1 управляет кодовыми тиристорами V1 и V2, при открытии которых запрещается, а при закрытии разрешается прохождение импульсов управления через БДК (см. рис. 51) по соответствующим зонам регулирования.
Узел Е2 управляет тиристорами V3, V4 (см. рис. 59), при переключении которых осуществляется синхронный переход со II зоны регулирования на III и обратно в момент времени π/2.
Узел Е3 управляет тиристорами V7 и V8, при переключении которых через БДК обеспечивается распределение импульсов управления по полупериодам во всех зонах регулирования.
Блок БЛ работает следующим образом. При изменении напряжения управления от 0 до 10 В с блока БИ по проводу А1 не подается отрицательный потенциал для открытия транзистора V1 в Е1 (контакты реле модуля К в блоке БИ разомкнуты, см. рис. 54). Транзистор V1 (см. рис. 59) закрыт, a V2 — открыт и на управляющий электрод тиристора V2 подается импульс. Тиристор V2 открывается, шунтируя приходящие с выхода усилителей УФИ блока БФИ через БДК импульсы управления и запрещает их прохождение на входы БВУ (см. рис. 51). Через управляющий электрод тиристора V1 (см. рис. 59) ток не протекает, что позволяет через БДК на входах БВУ группировать импульсы управления, соответствующие I зоне регулирования. При Uyпp = 10 В с блока БИ подается напряжение на вход 1 Е1. Транзистор V1 открывается, V2 — закрывается, при этом импульсы управления, соответствующие I зоне регулирования, запрещаются, а импульсы управления, соответствующие II зоне регулирования, через БДК подаются на входы БВУ.
При Uyпp = 20 В с блока БИ по проводу А20 подается напряжение на вход 14 модуля Е2, которое переключает двойной инвертор из одного устойчивого состояния в другое. При этом транзистор V1 модуля Е2 закрывается, a V2 - открывается и ток управления протекает через управляющий электрод тиристора V3 по цепи: вывод 9 модуля Е2, провод А13, катушка герконов с выводом 1—15 модуля К1 в блоке БРУЗ, провод А8, управляющий электрод тиристора V3. При протекании тока управления через тиристор V3 импульсы управления, поступающие через БДК на анод V3, запрещаются. Через управляющий электрод тиристора V4 ток не протекает, поэтому импульсы управления проходят на входы БВУ как на III, так и на IV зонах регулирования. Дальнейший выбор алгоритма управления для III или IV зоны осуществляется кодовыми тиристорами (рис. 60).
Включение катушек герконов модуля К1 блока БРУЗ в коллекторные цепи транзисторов инвертора Е2 позволяет при синхронном переходе переключать БРУЗ с одной группы датчиков угла коммутации на другую.
Ток управления тиристорами фазового распределения V7 и V8 (см. рис. 59) создается модулем ЕЗ, на входы которого поступают запускающие синхронные импульсы частотой 50 Гц с блока синхронизации БСИ по проводам А79, А80 и А21. Одновременно по проводам А17, А16 и А21 с панели питания ПП, в которой на панели Π2 размещен дополнительный узел управления фазораспределителем, поступает трапецеидальное напряжение. Распределение импульсов управления по полупериодам тиристорами V7 и V8 осуществляется через БДК. Алгоритм работы тиристоров V1—V4 блока БЛ поясняется рис. 60, тиристоров V7, V8 — рис. 61.
Блоки фазового управления УФУ-014, УФУ-011.
Они выполнены на базе однотипных одноканальных узлов фазового управления (УФУ) с вертикальным управлением, предназначенных для преобразования напряжения управления в последовательность импульсов, фаза которых изменяется пропорционально этому напряжению. УФУ (рис. 62), состоящий из генератора пилообразного напряжения, синхронизированного с сетью, схемы сравнения и нуль-органа, выполнен в виде двух модулей УФУ-С и УФУ-И. В модуле УФУ-С помещен узел, синхронизирующий работу узла фазового управления с сетью. Когда тиристор V2 закрыт, конденсатор С2 заряжается от источника питания через резистор R1 и обмотку трансформатора Т1. Узел запускается внешними импульсами синхронизации с частотой 100 Гц, формируемыми в момент перехода напряжения сети через нуль блоками БСИ и БФИ (см. рис. 51). При подаче импульса тиристор V2 (см. рис. 62) открывается, конденсатор С2 разряжается через тиристор и обмотку трансформатора Т1. В момент разряда на обмотках 3—4, 5—6 Т1 формируются импульсы сброса заряда емкости генератора пилообразного напряжения и импульсы возврата нуль-органа в первоначальное состояние.
Рис. 60. Алгоритм работы тиристоров VI—V4 блока логики
Рис. 61. Алгоритм работы тиристоров фазораспределения V7 и V8 блока логики
Рис. 62. Принципиальная схема одноканального узла фазового управления
Генератор пилообразных напряжений, схема сравнения и нуль- орган помещены в модуле УФУ-И. При закрытом транзисторе V13 конденсатор С3 заряжается через резисторы R3 и R15. В момент открытия транзистора V13 конденсатор С3 разряжается через него. Параметры резисторов R3, R15 и конденсатора С3 выбраны так, чтобы заряд С3 происходил на линейном участке экспоненты (рис. 63).
Нуль-орган выполнен по схеме триггера на прямом V15 (см. рис. 62) и обратном V14 транзисторах. В исходном состоянии транзисторы закрыты. Пилообразное напряжение Ucз открывает транзистор V14, при этом на базу транзистора V15 подается отрицательный потенциал, транзистор V15 открывается и через резистор R11 поддерживается в открытом состоянии транзистор V14. В момент разряда конденсатора С3 на базу транзистора V15 подается положительный потенциал, который закрывает транзистор V15, вследствие чего обрывается цепь эмиттерного тока транзистора V14 и оба транзистора закрываются. Нуль-орган возвращается в исходное положение. В момент открытия нуль-органа трансформируется импульс на выходной обмотке трансформатора Т2.
Схема сравнения выполнена на резисторах R6 и R9. Для реализации прямой регулировочной характеристики на резистор R6 подается напряжение управления Uyпp. Чем больше Uупр, тем выше пилообразное напряжение, при котором будет срабатывать нуль-орган. С изменением Uyпp меняется момент срабатывания нуль-органа относительно напряжения сети (см. рис. 63).
Для получения обратной характеристики на резистор R7 подается напряжение, запирающее полностью пилообразное напряжение. Напряжение управления, подаваемое на резистор R9, является отпирающим. При изменении управляющего напряжения от 0 до 
фаза выходных импульсов меняется от максимальной 
до минимальной
. УФУ обеспечивает диапазон
регулирования фазы 5—175° эл. при изменении напряжения управления на входе от 0 до 10 В.
В системе управления БУВИП (см. рис. 51) узлы фазового управления размещены в блоках УФУ-014 и УФУ-011. Блок УФУ-014 (рис. 64) содержит два канала: УФУ-1 и УФУ-2, формирующих импульсы управления, фаза переднего фронта которых регулируется в зависимости от напряжения управления, поступающего с сельсинов СТ или СР (см. рис. 51). На УФУ-1 напряжение управления подается на выводы 8, 13' модуля Е1 (см. рис. 64). Для синхронизации работы первого канала с сетью используется модуль Е2. УФУ-1 работает в режиме регулирования фазы на I и III зонах.
Рис. 64. Принципиальная схема блока УФУ-014
Рис. 65. Принципиальная схема блока УФУ-011
На УФУ-2 напряжение управления подается через стабилитрон V10 блока БИ на выводы 8 и 13' модуля Е3, формирующего импульсы управления, фаза переднего фронта которых изменяется от арег мах до арег мin при изменении Uупρ от 10 до 20 В (на II зоне) и от 30 до 40 В (на IV зоне). Синхронизация работы второго канала УФУ с сетью осуществляется модулем Е4 типа УФУ-С.
Блок УФУ-011 (рис. 65) также состоит из двух каналов. Первый канал (УФУ-3) состоит из модулей Е1 типа УФУ-И и Е2 типа УФУ-С и обеспечивает формирование импульсов управления, соответствующих по фазе переднего фронта углу открытия а0 в режиме тяги или углу опережения β в режиме рекуперации. Установка начального угла β0 = δ осуществляется регулировкой сопротивления переменного резистора R7 модуля Е1, а установка угла а0 — изменением сопротивления резистора R5, включенного по схеме реостата, через который напряжение подается на выводы 7 и 13' модуля Е1 через размыкающие контакты реле модуля К.
В режиме рекуперации напряжение управления снимается с блока БРУЗ и подается по проводам А28 и А31 на модуль Е1.
Второй канал (УФУ-4) состоит из модулей Е3 типа УФУ-И и Е4 типа УФУ-С, блока ограничения фазы БОФ (Е5) и резистора R1. УФУ-4 обеспечивает формирование импульсов управления, фаза которых регулируется напряжением, поступающим с фильтра сельсина возбуждения на выводы 8 и 13' модуля ЕЗ через модуль Е5 и резистор R1. УФУ-4 совместно с усилительным блоком БУВ и ВУВ (см. рис. 51) позволяет регулировать ток возбуждения тяговых двигателей в режиме рекуперации посредством поворота рукоятки тормозного вала КМЭ.
Фаза импульсов управления возбудителем ограничивается блоком БОФ, так как его стабилитрон (см. рис. 65) ограничивает напряжение управления на УФУ-4 напряжением его стабилизации. С резистора R1, шунтирующего стабилитрон, снимается часть ограниченного на стабилитроне напряжения управления и подается на вход модуля Е3.
Блок формирователей импульсов БФИ. Он обеспечивает промежуточное усиление импульсов с выходов блоков УФУ, БСК и БСИ (см. рис. 51). Блок БФИ (рис. 66) состоит из промежуточных усилителей Е1—Е4, выполненных на базе модулей УФИ-060, и узла Е5 усиления импульсов синхронизации с сетью, выполненного на базе усилителя Т-403.
Транзисторы усилителя Т-403 открываются при подаче отрицательного потенциала импульсами на их базы по проводам А31 и А32 с выхода блока синхронизации БСИ и обеспечивает их усиление до значения, необходимого для открытия тиристоров в модулях УФУ-С блоков УФУ-014 и УФУ-011 (импульсы подаются на эти блоки по проводу А 53).
Усилители Е4—Е2 предназначены для усиления импульсов напряжения, поступаемых с блока БСК по проводам А48, А50, А82, А22. На усилитель Е1 поступают импульсы по проводам А22 и А73 с блока УФУ-011 (УФУ-4).
Рассмотрим работу усилителя УФИ-060 по схеме модуля Е1. В исходном состоянии (отсутствует сигнал на входе) транзистор V1 открыт, тиристор V2 закрыт, конденсатор С2 заряжается по цепи: провод А89 источника питания, резистор R5, выводы 8' и 15, обмотка импульсного трансформатора Т1, резистор R7, провод А22 источника питания. При подаче на вход (выводы 2' и 9') сигнала транзистор V1 закрывается. Ток проходит по цепи: провод А89, резисторы R3 и R4, управляющий электрод тиристора V2, резистор R7, провод А22. Тиристор V2 открывается и конденсатор С2, разряжаясь через обмотку трансформатора Т1, формирует выходной импульс амплитудой 22 В и длительностью 25 мкс. После исчезновения входного сигнала за счет смещения на резисторе R2 цепи Е1 возвращаются в исходное состояние. Выходные импульсы Е2—Е4 через контакты реле К1 и К2 и блок БДК подаются на вход выходных усилителей блоков БВУ. Реле К1 и К2 обеспечивают работу БВУ соответственно в режимах тяги и рекуперации.
Блок синхронизации БСИ.
Он предназначен для синхронизации с напряжением питающей сети узлов фазового управления (в блоках УФУ-014 и УФУ-011) и фазораспределителя в блоке БЛ (см. рис. 51).
Чтобы исключить влияние на фазовую характеристику УФУ искажений напряжения сети, вызванных работой соседних электровозов на линии в выпрямительном и инверторном режимах, применена синхронизация УФУ в момент времени wt=π напряжения тяговой обмотки. Получая питание от трансформатора Т12 (1200/220 В), БСИ формирует импульсы в момент перехода напряжения тяговой обмотки силового трансформатора через нуль.
Напряжение 220 В с Т12, ограниченное резисторами R48, R49 в панели питания, по проводам А146 и А147 (рис. 67) подается па измерительный узел (A1, А2) БСИ. Последний выполнен на операционных усилителях 1УТ401А и обеспечивает измерение напряжения сети на уровне, близком к нулю (к моменту времени л). Диоды V1—V4 ограничивают напряжение на входе операционных усилителей до уровня падения напряжения в них.
Рис. 67. Принципиальная схема блока синхронизации БСИ
Алгоритм работы узлов БСИ поясняется рис. 68. Усилители А1 и А2 срабатывают в различные полупериоды напряжения сети. Напряжение с их выходов 5 подается на узел переключения D1, выполненный на микросхеме 2ЛБ172Б. Узел D1 позволяет получить импульсы на выходах 8 и 11, которые затем дифференцируются цепочками C12—R13 и C13—R14. Узел согласования D2, выполненный также на микросхеме 2ЛБ172Б, преобразовывает импульсы, снимаемые с резисторов R14, R13, в прямоугольные. С выходов 2 и 11 D2 прямоугольные импульсы подаются на входы 11 формирователей импульсов синхронизации D3 и D4. Усилители D3 и D4 выполнены на формирователях тока 1КТ462А и импульсных выходных трансформаторах Τ1, Т2 типа МИТ4. Схема включения вторичных обмоток Т1 и Т2 позволяет получить на выходе БСИ импульсы синхронизации частотой 100 и 50 Гн. На контрольных точках х5— х6, х9 — х6 формируются импульсы частотой 50 Гц, амплитудой 10—15 В, которые по проводам А79, А21 и А80, А21 подаются на модуль Е3 фазораспределителя блока БЛ (см. рис. 59).
На контрольных точках х8—х7 (см. рис. 67) БСИ формируются импульсы частотой 100 Гц, амплитудой 10—15 В, которые по проводам А31 и А32 подаются в блок БФИ для промежуточного усиления.
Питание узлов БСИ осуществляется от мостов V21—V24, V25— V28 и фильтров С7, С6 и С14, С15. Стабилизация напряжения питания обеспечивается стабилитронами V18, V19 и V35. На выпрямительные мосты по проводам А139, 140 и А141,142 с панели питания подается переменнее напряжение 20 В. Первый выпрямительный мост позволяет получить напряжение +6 В, — 6 В для питания микросхем, а второй + 18В для питания узла формирования импульсов.
Применение микросхем в блоке БСИ позволяет получить малую фазовую погрешность синхроимпульсов относительно момента времени wt=π.
Однако возникающие в режиме рекуперативного торможения высокочастотные колебания в кривой напряжения тяговой обмотки трансформатора могут приводить к сбоям в цепях синхронизации, особенно на высоких скоростях движения и при консольной схеме питания участка. Сбои по фазе выдачи синхроимпульсов приводят в этих случаях к броскам силового тока и «опрокидыванию» инвертора.
Для исключения влияния искаженной формы напряжения сети на работу цепей синхронизации в режиме торможения на электровозах с № 1528 устанавливают дополнительно к блоку БСИ датчик синхронизации ДС (см. параграф 13), выполненный на базе синхронного двигателя СД90У4.
Во время провалов напряжения питания, вызванных коммутацией токов и высокочастотными колебаниями, датчик синхронизации поддерживает значение напряжения на прежнем уровне, которое подается на блок БСИ. Это обеспечивает стабильность фазы синхроимпульсов во всех режимах работы электровоза.
Блок слежения за углами коммутации БСК.
Блок БСК (рис. 69) запрещает подачу импульсов управления на тиристоры ВИП в моменты, когда анодное напряжение на них недостаточно для открытия последовательно-параллельно включенных тиристоров. Такие условия могут возникнуть, если импульс управления ограниченной длительности (например, 700 мкс) попадает в зону коммутации тока, в интервале которой анодное напряжение близко к нулю. Если при этом длительность импульсов управления меньше угла коммутации, то возможно нарушение параллельной работы тиристоров. Аналогичные условия могут возникать также при подаче импульсов управления а0 на тиристоры в контуре с меньшим напряжением, поскольку коммутация тока в контурах с большим и малым напряжениями происходит неодновременно. Кроме того, нарушение параллельной работы тиристоров возможно при открытии тиристоров при малых значениях углов а0 и сильных искажениях напряжения в контактной сети, вызванных параллельно работающими электровозами в режиме тяги или аварией в системе энергоснабжения.
Для обеспечения надежной параллельной работы тиристоров, в принятой на электровозе 8-плечевой схеме ВИП блок БСК, выполняет функции 1—4 (см. с. 88, 89).
Для выполнения необходимых логических операций в блок БСК вводятся сигналы датчиков угла коммутации, преобразованные в блоке БРУЗ и сигналы с выходов УФУ, а также напряжение тяговой обмотки через разделительный трансформатор ТП (1200/220 В).
Блок БСК выполнен на логических элементах D1—D3, D6—D8, D9, D11, D12 (см. рис. 69) типа 2ЛБ172Б, усилителях А типа 1УТ401А и D4, D5, D10, D13 типа 1УТ464, инверторах на транзисторах V4 и V10, одновибраторе на транзисторах VII, V12 типа КТ315Г, усилителе Е1 типа УФИ-060 и импульсных трансформаторах Т1—Т5. Питание БСК осуществляется постоянным напряжением 6,9, 50, 75 В.
По функциональному признаку БСК разделяется на три канала. 1-й функциональный канал ограничивает в режиме тяги фазу импульсов арег, формируемых УФУ-1 и УФУ-2 блока УФУ-014 (см. рис. 51), по углу суммарной основной коммутации γ0 и запрещает подачу импульсов αρег в режиме рекуперации в интервале углов от π — β до п.
Рис. 69. Принципиальная схема блока слежения за углами коммутации
Он состоит из:
инвертора на транзисторе V4 (см. рис. 69), обеспечивающего инвертирование сигналов датчиков угла коммутации, преобразованных в БРУЗ, в напряжение Uγи;
Рис. 70. Диаграммы напряжений на элементах 1-го функционального канала БСК в режимах тяги (а) и рекуперативного торможения (б)
Рис. 71. Диаграммы напряжений на элементах 2-го (а) и 3-го (б) функциональных каналов БСК в режиме тяги
Импульсы β подавались на блоки формирования импульсов БФИ-4, реализующие эту функцию в ВИП, установленных на электровозах ВЛ80М 500 4-1511.
В связи с переходом на транзисторные усилители, начиная с электровоза ВЛ80р-1512, в схеме ВИП которых применен другой способ отсечки импульсов αрег в β, необходимость в формировании импульсов βз в БУВИП отпадает. Поэтому работа второго канала в режиме рекуперации нами не рассматривается.
Третий функциональный канал слежения импульсов а0 за мгновенным значением напряжения на тяговой обмотке силового трансформатора состоит из: выпрямительного моста на диодах V107—V110, делителя напряжения, выполненного на резисторах R36, R37, установленных в панели питания, и R33, установленного в блоке БСК; стабилитрона V21 с токоограничивающими резисторами R31, R32, нуль-органа, выполненного на операционном усилителе А, резистора обратной связи R27 и помехоподавляющего конденсатора С19, делителя на резисторах R28, R30; первой логической цепочки «И-НЕ», выполненной на 1/2 интегральной микросхемы D12; интегральной микросхемы D11, включенной по схеме триггера; второй половины микросхемы D12, выполняющей функции «И-НЕ»; формирователя адресного тока D13 с резистором R34 и импульсного трансформатора Т5, первичная обмотка которого зашунтирована диодом V17, а вторичная — диодом V18 и конденсатором С18. Этот канал выдает импульсы управления а0, учитывая форму напряжения в контактной сети в режиме тяги, обеспечивая нормальные потенциальные условия для открытия силовых тиристоров.
Узел работает следующим образом. С делителя R33 выпрямленное напряжение сети через R31, R32 и стабилитрон V21, ограничивающий его по амплитуде, поступает на вход 10 нуль-органа А. На второй вход 9 нуль-органа А подается опорное напряжение, снимаемое с R29. Значения U10А и Uon выбирают такими, чтобы с выхода 5 А на вход 3 D12 подавалось напряжение, фаза переднего фронта которого была меньше или равна фазе напряжения Uao, поступающего с УФУ-3 на вход 4 D12 по проводу А33 (см. рис. 69).
Результат сравнения напряжений с выхода 2 D12 поступает на вход 3D11, собранной по схеме триггера. Импульсы с УФУ-23 блока УФУ-011, инвертированные D6, подаются па второй вход D11 (7). С выхода 2 триггера D11 напряжение, соответствующее Uao и учитывающее искажения напряжения в сети, для сравнения подается на D2 через размыкающие контакты реле К3 (3—5), микросхему D1, формирующую аоз, и контакты реле К1 (3—5). С выхода 11 триггера D11 через дифференцирующую цепочку С16, R25 напряжение поступает на вход 7D12. Импульс напряжения, фаза которого соответствует а0 с учетом искажения напряжения в контактной сети, с выхода 11 D12 поступает на вход D13 (11) и открывает выходной транзистор.
Рис. 72. Принципиальная схема блока диодных коммутаторов
Через первичную обмотку импульсного трансформатора 75 протекает ток, формирующий импульсы управления α0, которые по проводам А22, А82 поступают на модуль Е2 блока БФИ, усиливаются и через БДК подаются на соответствующие выходные усилители БВУ. В режиме рекуперации третий канал не работает.
Блок диодных коммутаторов (БДК).
Блок БДК выполняет логические функции «И» по распределению импульсов управления в соответствии с заданным алгоритмом управления выходных усилителей БУВИП (см. рис. 50).
Блок выполнен на диодных модулях Е1—Е13 типа Д-046 и резисторах R1—R31 (рис. 72) и состоит из двух функциональных каналов. Первый канал работает в режиме тяги, а второй — в режиме рекуперации. Переключение с одного канала на другой осуществляется контактами реле К, расположенного в блоке БФИ. На вход БДК. поступают по проводам А84—А88, А91, А92 импульсы управления с частотой 100 Гц, формируемые блоком БФИ. В режиме тяги по проводам А 84, А92 поступают импульсы а0; по проводам А86, А88 — импульсы арег. В режиме рекуперации по проводу А91 поступают импульсы β, по проводам А85, А87 — импульсы арег. Резисторами R1—R31 ограничивается нагрузка модулей УФИ-060 блока БФИ.
Диоды модулей Е1—Е13 осуществляют распределение импульсов управления по входам выходных усилителей БВУ в зависимости от состояния тиристоров VI—V4, V7, V8 в блоке БЛ. Связь с блоком БЛ осуществляется по проводам А4, А5, А7, А9—А11.
Рис. 73. Схема подачи управляющих импульсов на вход усилителей Е4 блока БВУ
Схема подачи управляющих импульсов на вход выходного усилителя Е4 поясняется рис. 73.
В зависимости от состояния тиристоров блока БЛ импульсы с БДК с частотой 50 Гц поступают на входы выходных усилителей БВУ, сгруппированные по зонам регулирования и полупериодам анодного напряжения.
Блоки выходных усилителей БВУ1—БВУ4.
Они формируют импульсы управления, подаваемые на БФИ ВИП. В каждом блоке размещены четыре усилителя (рис. 74 и 75) модульного исполнения У-519. Выполнен усилитель на тиристоре V5 типа КУ201.
119
Рис. 74. Схемы включения усилителей в блоках выходных усилителей БВУ-1 — БВУ-4
Рис. 75. Принципиальная схема усилителя У-519
В исходном состоянии тиристор V5 закрыт, конденсатор С2 заряжается от источника переменного напряжения 80 В через диод V2 и резистор R3. В следующий полупериод напряжения импульс управления подается на тиристор с БДК. Тиристор V5 открывается. Конденсатор С2, разряжаясь через тиристор и импульсный трансформатор, формирует на вторичной обмотке Т импульс напряжения управления амплитудой 25 В, длительностью 50 мкс. Через диод V3 импульс управления подается на БФИ ВИП. Стабилитрон V4 типа Д814А, конденсатор С1 повышают помехозащищенность цепи управления тиристора V5.
Рис. 76. Принципиальные схемы блоков управления возбудителями БУВ-971 (а) и БУВ-079 (б)
Блок управления возбудителем БУВ.
Блок БУВ предназначен для формирования импульсов управления выходными усилителями возбудителя и распределения их по полупериодам анодного напряжения. Выполнен блок на одном тиристоре V3 (рис. 76, а), на который импульсы управления с частотой 100 Гц поступают по проводам А 74, А 75 с выхода усилителя блока БФИ. Фаза импульсов управления регулируется УФУ-4 блока УФУ ОН в зависимости от изменения напряжения управления на входе УФУ-4. На блок БУВ по проводам А98, А74, А97 и А74 поступает переменное напряжение 55 В со вторичной обмотки трансформатора со средней точкой (провод А74), установленного в панели питания ПП. Выходные импульсы снимаются с резисторов R6, R7 в момент открытия тиристора V3 и по проводам А94, А95, А96 подаются на выходные усилители ВУВ. Амплитуда их ограничивается стабилитронами V1, V2. Включение одного тиристора V3 в среднюю точку трансформатора позволяет осуществить фазораспределение импульсов управления по двум плечам ВУВ. Цепочка R2 и С1 обеспечивает быстрое затухание анодного тока, а следовательно, закрытие тиристора V3 до конца полупериода питающего напряжения. Это необходимо, поскольку в оба полупериода напряжения питания на анод тиристора V3 подастся положительный потенциал.
На электровозах ВЛ80р-1522 применен новый блок управления возбуждением БУВ-079, выполненный на базе двух модулей У-519 (рис. 76, б). Это позволило унифицировать элементы БУВ и БВУ. Импульсы управления, регулируемые по фазе, поступают с УФУ-4 через УФИ-060 блока БФИ на входы модулей У-519 в БУВ, далее усиливаются и подаются на усилители ВУВ. Распределение импульсов по полупериодам осуществляется фазораспределителем блока БЛ.