1.2ОПИСАНИЕ И РАБОТА СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ПТАД-202. ВНУТРЕННИЕ ЦЕПИ
Конструктивно ПТАД, БУ и устройство заряда фильтровой ёмкости расположены в общем корпусе, который располагается на крыше троллейбуса, для доступа к элементам схемы ПТАД необходимо отпереть замки крышки специальным ключом и откинуть крышку.
1.2.1БЛОК УПРАВЛЕНИЯ
Блок управления ЧС5.154.135 предназначен для управления силовыми транзисторами схемы ПТАД, автоматическими выключателями и контакторами, входящими в схему троллейбуса, обработки сигналов датчиков токов и напряжений, действующих в ПТАД. Блок принимает сигналы от контроллера водителя и органов управления, расположенных в кабине троллейбуса, выдаёт питающее переменное напряжение на контроллер водителя и с помощью БИ (БИГ) индицирует значения тока двигателя, напряжения контактной сети, а также аварийные и рабочие состояния ПТАД.
В состав блока управления ПТАД ЧС5.154.135 входят следующие платы:
- узел микропроцессора ЧС5.105.121, условное обозначение «121»,
- плата сопряжения ЧС5.075.222, условное обозначение «222»,
- плата питания ЧС5.123.117, условное обозначение «117».
Расположение плат, входящих в блок управления с маркировкой разъёмов и указанием назначения светодиодных индикаторов показано на рисунке 1 .0.
Рисунок 1.0
БУ расположен в ПТАД вблизи низковольтного ввода.
Функциональные схемы, поясняющие работу ПТАД приведены в приложениях Б...С.
1.2.2ПЛАТА ПИТАНИЯ
1.2.2.1 С момента подачи напряжения бортовой сети 24 В на БУ ПТАД, входящая в его состав плата питания «117» начинает вырабатывать вторичные напряжения, питающие остальные платы БУ: изолированные от бортовой сети напряжения: «15 В дрв 1» и «15 В дрв 2» (питание выходных каскадов узла «121», датчика полярности и драйверов транзисторов), 5 В (питание узла микропроцессора «121» и платы сопряжения «222»), «плюс 15 В ан.» и «минус 15 В ан.» (питание узла «121» и датчиков токов и напряжения), а также два противофазных импульсных сигнала амплитудой 40 В, частотой 1 кГц (относительно цепи «минус 24 В») для питания первичных обмоток вращающихся синусно – косинусных трансформаторов КВП (Х41:1 и Х41:2 на ПТАД; контакты 433 и 434 на КВП).
Нормальная работа платы (наличие соответствующих напряжений) индицируется свечением восьми светодиодов зелёного цвета (см. рисунок 1 .0).
В блоке управления формируются ещё два вторичных напряжения – «5 В RS» (питание цепей RS232, преобразователь G1 в узле микропроцессора «121») и «15 В из.» (питание цепей выходных каскадов платы сопряжения «222», датчиков частоты вращения и блока индикации БИ, преобразователь G1 в плате сопряжения «222», индицируется светодиодом HL2 в плате сопряжения «222»).
1.2.3СХЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДАТЧИКОВ ТОКА
1.2.3.1 Функциональная схема обработки сигналов датчиков тока ПТАД приведена в приложении Б.
Датчики тока изолированы от токоведущих частей. Датчики тока питаются двуполярным напряжением плюс 15 В и минус 15 В. Эти напряжения вырабатываются платой питания «117» и поступают на датчики через узел микропроцессора «121». Нагрузкой каждого датчика являются резисторы суммарным сопротивлением 32.5 Ом, расположенные в узле микропроцессора «121». При протекании тока через силовую цепь датчика тока, через соответствующий нагрузочный резистор протекает ток, в 5000 раз меньший тока через силовую цепь. Направление тока соответствует направлению тока через силовую цепь. Положительным током является ток, вытекающий из преобразователя, отрицательным – втекающий в преобразователь.
Напряжение, которое выделяется на нагрузочном резисторе канала тока фазы U, поступает на буферный усилитель с коэффициентом передачи 1.66, с выхода которого напряжение, пропорциональное току фазы U подаётся на АЦП микропроцессора и на выпрямитель с коэффициентом передачи 0.5. С выхода выпрямителя модуль напряжения, пропорционального току фазы U подаётся на компаратор перегрузки, сигнал на выходе которого принимает значение «ноль» при превышении измеряемым током установленного порога. Значение порога определяется резистивным делителем и при заводской регулировке устанавливается равным 660 А для всех токов. Напряжение с выхода компаратора перегрузки, проинвертированное триггером Шмитта D8.1, подаётся на вход микропроцессора (порт Р2.2).
Сигнал с датчика тока фазы V обрабатывается аналогично.
Сигналы с выходов датчиков токов фаз U и V поступают также на входы сумматора, где вычисляется значение тока фазы W. С выхода сумматора напряжение, пропорциональное току фазы W подаётся на АЦП микропроцессора. Напряжение с выхода сумматора также подаётся на выпрямитель с коэффициентом передачи 0,5. С выхода выпрямителя модуль напряжения, пропорционального току фазы W подаётся на компаратор перегрузки, сигнал на выходе которого принимает значение «ноль» при превышении током фазы W установленного порога. Значение порога определяется резистивным делителем, и при заводской регулировке устанавливается равным 660 А. Напряжение с выхода компаратора перегрузки, проинвертированное триггером Шмитта D8.3, подаётся на вход микропроцессора (порт Р2.0).
Сигнал с датчика тока сети поступает на буферный усилитель с коэффициентом передачи 1.66, с выхода которого напряжение, пропорциональное току сети подаётся на АЦП микропроцессора.
1.2.4СХЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДАТЧИКА НАПРЯЖЕНИЯ
1.2.4.1 Функциональная схема обработки сигнала датчика напряжения ПТАД приведена в приложении В.
Вход датчика напряжения через резисторы установки резисторов AR1 подключён к фильтровой ёмкости ПТАД, напряжение на которой обычно равно напряжению контактной сети, но всегда положительно, независимо от полярности напряжения контактной сети. Выходные цепи датчика напряжения изолированы от токоведущих частей. Входной ток датчика напряжения задаётся сопротивлением установки резисторов AR1, расположенной на датчике напряжения. Суммарное сопротивление установки резисторов равно 80 кОм. Свечение светодиода, расположенного в установке резисторов предупреждает о наличии опасного напряжения на элементах схемы ПТАД. Датчик напряжения питается двуполярным напряжением плюс 15 В и минус 15 В. Эти напряжения вырабатываются платой питания «117» и поступают на датчик через узел микропроцессора «121». Нагрузкой датчика являются резисторы суммарным сопротивлением 65 Ом, расположенные в узле микропроцессора «121». Коэффициент передачи по напряжению датчика совместно с установкой резисторов и нагрузкой составляет 1/246. Напряжение, выделяющееся на нагрузке (в пределах от 0 до 5 В) проходит через усилитель с коэффициентом передачи 2.0, и поступает на АЦП микропроцессора. Напряжение с выхода усилителя также поступает на входы двух компараторов, пороговое напряжение срабатывания каждого компаратора устанавливается соответствующим резистивным делителем. Пока напряжение контактной сети не превышает пороговых значений, на выходах компараторов присутствует высокий логический уровень. Компаратор второго порога (D11.1) срабатывает при напряжении контактной сети, большем 900 В. Напряжение с выхода компаратора перегрузки, проинвертированное триггером Шмитта D8.4, подаётся на вход микропроцессора (порт Р8.4). Компаратор третьего порога (D11.2) срабатывает при напряжении контактной сети, большем 500 В. По сигналу этого компаратора разрешается включения рекуперационных транзисторов. Напряжение с выхода компаратора D11.2, проинвертированное триггером Шмитта D8.5, подаётся на вход микропроцессора (порт Р8.5).
1.2.5СХЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДАТЧИКА ПОЛЯРНОСТИ
1.2.5.1 Функциональная схема обработки сигнала датчика полярности ПТАД приведена в приложении Г.
Датчик полярности ЧС5.427.208 (А4 по схеме электрической принципиальной ЧС3.211.053-12/4 Э3) предназначен для определения полярности напряжения в контактной сети. Вход датчика полярности подключен к силовым входам ПТАД, которые через штанги токоприёмников подключаются к проводам контактной сети. Выход датчика полярности соединён с разъёмом Х2 узла микропроцессора «121» (Х17 на рисунке 1 .0). Если полярность напряжения в контактной сети – основная, ток протекает через светодиод оптрона U1 датчика, транзистор оптрона включён, на входе триггера Шмитта D13.2 присутствует низкий логический уровень. С выхода триггера Шмитта D13.2 сигнал о наличии основной полярности напряжения контактной сети поступает на порт Р3.6 микропроцессора. Через светодиод оптрона U2 датчика полярности при основной полярности напряжения контактной сети ток не протекает, транзистор оптрона U2 закрыт на входе триггера Шмитта D13.3 присутствует высокий логический уровень. С выхода триггера Шмитта D13.2 сигнал об отсутствии неосновной полярности напряжения контактной сети поступает на порт Р3.4 микропроцессора. Высокий логический уровень с выхода элемента D13.2 также разрешает включение рекуперационных транзисторов VTR.
Если полярность напряжения в контактной сети – неосновная, на порт Р3.6 микропроцессора поступает единичный логический уровень, на порт Р3.4 – нулевой, что воспринимается микропроцессором как сигнал о неосновной полярности напряжения. Нулевой уровень на выходе элемента D13.2 аппаратно запрещает включение рекуперационных транзисторов.
Если напряжение в контактной сети ниже 150 – 200 В, ток, протекающий через светодиоды оптронов недостаточен для их свечения. На оба порта микропроцессора поступают логические единицы, что воспринимается микропроцессором, как сигнал отсутствия напряжения в контактной сети. Включение рекуперационных транзисторов в этом случае также аппаратно запрещено, а микропроцессор запрещает включение тяговых транзисторов на 3 секунды и включает звуковой сигнал зуммера обесточки.
Если на оба порта микропроцессора поступают логические нули, это воспринимается микропроцессором, как наличие обратной полярности напряжения.
1.2.6СХЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ
1.2.6.1 Функциональная схема обработки сигналов датчиков температуры ПТАД приведена в приложении Д.
Термодатчик представляет собой терморезистор типа ММТ-1, изолированный стеклотканью на напряжение 4000 В. Два таких датчика расположены на радиаторе ПТАД. Каждый термодатчик включён в делитель напряжения, образованный резисторами, расположенными в узле микропроцессора «121». Номинальное сопротивление терморезистора – 2.2 кОм, с ростом температуры сопротивление уменьшается, уменьшается и напряжение между контактами 15 и 2 разъёма Х1 узла микропроцессора «121» (разъём Х16 по рисунку 1 .0). Напряжение, пропорциональное температуре радиатора с выхода усилителя D10.1 поступает на АЦП микропроцессора. С помощью подстроечного резистора R74 при регулировании ПТАД напряжение на выходе усилителя D10.1 подстраивается таким образом, что бы показания БИ в режиме «ТЕСТ» (см. п. 1.3.4 настоящего РЭ) соответствовали реальной температуре радиатора. При слабо нагретом радиаторе показания БИ могут отличаться от реального значения температуры радиатора. Аналогичным образом обрабатывается сигнал датчика RK2.
При температуре радиатора, большей 66 С, микропроцессор сигнализирует о приближении к срабатыванию защиты от перегрева, что сопровождается миганием светодиода «6» на БИ, на экране БИГ появляется надпись «ТМП». При температуре радиатора, большей 75 С, микропроцессор запрещает работу силовых транзисторов ПТАД и отключает АВДУ (линейные контакторы). Индикацию этих аварийных ситуаций см. п.1.3.4.9 и 1.3.6.3 настоящего РЭ.
1.2.7СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРАМИ
1.2.7.1 Функциональная схема управления вентиляторами ПТАД приведена в приложении Е.
Если температура радиатора ПТАД, измеренная любым из двух датчиков (см. п.1.2.6 настоящего РЭ) превысила 10...30 С, микропроцессор по шине данных передаёт команду шифратору/дешифратору D7 перевести выход PC6 в единичное состояние, на выходах элементов D5.1 и D5.2 присутствует логический ноль, светодиоды оптронов U13.1 и U13.2 излучают, транзисторы оптронов, а также транзисторы VT7 и VT8 открыты, и, таким образом создаётся цепь для протекания тока от цепи «+ 24 В» через вентиляторы, обдувающие радиатор. Вентиляторы на основе безколлекторных электродвигателей постоянного тока (5 штук) расположены вблизи передней стенки ПТАД. В цепи каждого вентилятора включён предохранитель на 2 А. Напряжение + 24 В на вентиляторы подаётся сразу при включении аккумуляторной батареи.
1.2.8УСТРОЙСТВО ЗАРЯДА ФИЛЬТРОВОЙ ЁМКОСТИ
1.2.8.1 Устройство заряда фильтровой ёмкости предназначено для преобразования напряжения аккумуляторной батареи в постоянное напряжение 350...550 В для заряда фильтровой ёмкости ПТАД. Наличие этого устройства позволяет снизить броски входного тока ПТАД при включении АВДУ (линейных контакторов) и при прохождении спецучастков контактной сети.
В состав устройства заряда фильтровой ёмкости входят: плата инвертора заряда ёмкости ЧС5.154.022, трансформатор и плата выпрямителя устройства заряда ёмкости ЧС5.121.011.
Плата инвертора заряда ёмкости содержит генератор импульсов на основе микросхемы IR2153 и выходной резонансный инвертор на транзисторах VT2 и VT3 и блоках ёмкостей С8...С11 и С12...С15. Нагрузкой платы служит первичная обмотка трансформатора. Частота собственных колебаний генератора импульсов (200 кГц, определяется цепью R8, R9, C4, C5) выбрана вдвое меньшей частоты собственных колебаний контура, образованного ёмкостями С8...С11 (С12…С15) и индуктивностью рассеяния трансформатора.
На выводах вторичной обмотки трансформатора формируется напряжение в виде прямоугольных импульсов с постоянными периодом и амплитудой. Эти импульсы выпрямляются платой выпрямителя устройства заряда ёмкости.
Устройство заряда фильтровой ёмкости может длительно работать без перегрева в диапазоне изменения нагрузки от холостого хода до короткого замыкания.
Светодиод HL1, расположенный в плате инвертора заряда ёмкости индицирует наличие напряжения питания 24 В.
1.2.9СИЛОВАЯ СХЕМА ПТАД
1.2.9.1 Силовая схема ПТАД (см. схему электрическую принципиальную ЧС3.211.053-12/4 Э3, лист 1) содержит входной выпрямитель с рекуперационными транзисторами (VTR1, VTR2), фильтровую ёмкость АС3, «тормозной» транзистор (VTT1) и трёхфазный инвертор (VT14, VT36, VT52).
Напряжение контактной сети (после радиореактора и АВДУ) поступает на выводы ХТ1 и ХТ2 ПТАД. На входе ПТАД включён ограничитель напряжения RU1, защищающий элементы схемы от перенапряжения в контактной сети, превышающих 1420 В. При основной полярности напряжения контактной сети, напряжение на фильтровую ёмкость АС3 поступает через встроенные обратные диоды транзисторов VTR1.1, VTR2.2, при неосновной – через диоды VTR1.2, VTR2.1. В режиме торможения включаются рекуперационные транзисторы VTR1.1 и VTR2.2 и, при наличии потребителей в контактной сети, возникающие при торможении излишки напряжения рекуперируются в контактную сеть. Если других нагрузок в контактной сети нет, а напряжение на фильтровой ёмкости превышает 720...780 В, (в режиме торможения, или 820 В в режимах хода и выбега), включается «тормозной» транзистор VTT1, подключающий параллельно фильтровой ёмкости тормозные резисторы (установка А3 по схеме подключения) суммарным сопротивлением 2 Ом. Во избежание перегрева тормозных резисторов, если условия включения транзистора VTT1 сохраняются дольше 10 секунд, происходит отключение АВДУ (линейных контакторов). Эта ситуация индицируется появлением на левой группе индикаторов БИ надписи «Р2З», на экране БИГ появляется мигающая надпись «Перегрев Rторм.». Повторно включить АВДУ (линейные контакторы) водитель может только после погасания этой надписи. В цепь вывода ХТ2 ПТАД включён датчик входного тока А1.
Транзисторные установки трёхфазного инвертора VT14, VT36, VT52, включаясь в последовательности, определяемой управляющей программой, формируют в обмотках ТЭД, подключённых к выводам ХТ5...ХТ7 ПТАД ток синусоидальной формы.
В цепи двух фаз (U и V) включены датчики фазных токов А8 и А11.
1.2.9.2 Управление всеми транзисторами силовой схемы осуществляется с помощью драйверов (А2, А3, А5, А7, А9, А10, А12, А13, А16). Функциональная схема сопряжения микропроцессора с драйверами ПТАД приведена в приложении Ж.
Драйвер формирует на затворе транзистора открывающее положительное и запирающее отрицательное напряжения, а также контролирует включение транзистора и величину коллекторного тока путём измерения падения напряжения между коллектором и эмиттером транзистора. Если при подаче на вход драйвера открывающего сигнала, падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора превысит 6 В, драйвер выдаёт запирающий сигнал на транзистор и формирует сигнал «сбой драйвера» (высокий логический уровень на контакте 3 разъёма драйвера). Сигнал «сбой драйвера» сохраняется до снятия открывающего сигнала со входа драйвера (высокий логический уровень на контакте 4 разъёма драйвера).
Управляющие сигналы на драйверы транзисторов трёхфазного инвертора (А7, А9, А10, А12, А13, А16) поступают от узла «121» (Разъём Х17 на рисунке 1 .0), с микросхем типа IR21094. Эта микросхема обеспечивает «мёртвое время» - невозможность одновременной выдачи открывающих сигналов на драйверы транзисторов верхнего плеча (VT1, VT3, VT5) и нижнего плеча (VT4, VT6, VT2). «Мёртвое время» определяется резистором, подключённым ко входу «DT» микросхемы IR21094. «Мёртвое время» должно быть не менее 9 мкс. Когда на вход «SD» микросхемы подан низкий логический уровень, на обоих выходах «HO» и «LO» присутствует низкий уровень. Когда на вход «SD» микросхемы подан высокий логический уровень, сигнал на выходах «HO» и «LO» определяется сигналом на входе «IN» - если на этом входе присутствует низкий уровень, на выходе «HO» также низкий уровень, на выходе «LO» - высокий (около 15 В); если на входе «IN» присутствует высокий уровень, на выходе «LO» будет низкий уровень, на входе «HO» - высокий. Высокий (открывающий) уровень сигнала на выходе узла «121» индицируется светодиодом зелёного цвета. На рисунке 1 .0 указаны транзисторы в порядке расположения светодиодов слева направо.
Управляющие сигналы на драйверы рекуперационных и тормозных транзисторов (А2, А3, А5) поступают от узла «121» (Разъём Х17 на рисунке 1 .0), с микросхем типа IR2104. Эта микросхема используется в качестве неинвертирующего усилителя.
Сигналы сбоя драйверов поступают в микропроцессор БУ через узел микропроцессора «121» (Разъём Х17 на рисунке 1 .0). Питание на драйверы поступает с платы питания «117» (Разъём Х22 на рисунке 1 .0).
|
