ППСТ-1,5М

Полупроводниковый стрелочный преобразователь трехфазного тока ППСТ-1,5М

Общие сведения. Преобразователь ППСТ-1,5М предназначен для резервирования питания рабочих цепей стрелочных электродвигателей трехфазного тока МСТ-0,3 от низковольтной аккумуляторной батареи при последовательном переводе стрелок с любой маркой крестовины.

Преобразователь рассчитан на повторно-кратковременный режим работы с длительностью работы не более 10 мин и коэффициентом повторности включения не более 0,5. Преобразователь имеет открытое исполнение и устанавливается в закрытых шкафах.

Нормальная работа преобразователя обеспечивается в диапазоне температур окружающей среды от +1 до +40 °С и относительной влажности не более 80% при температуре +25 °С. Преобразователь сохраняет работоспособность при температуре окружающей среды от минус 45 до плюс 60 °С.

Преобразователь ППСТ-1,5М по сравнению с ППСТ-1,5 имеет следующие достоинства:

• из него исключен дополнительный релейный блок;

• в нем осуществлен мягкий, более устойчивый пуск за счет повышения пусковой частоты и постепенного ее уменьшения до номинальной.

Технические характеристики. Преобразователь имеет два варианта исполнения, отличающиеся номинальным напряжением источника питания. Характеристики для каждого варианта исполнения преобразователя приведены в табл. 3.6.


Устройство и работа преобразователя. Структурная схема преобразователя ППСТ-1,5М приведена на рис. 3.7. Преобразователь состоит из устройства управления тиристорами УУТ, трех однофазных параллельных инверторов напряжения И1-ИЗ и пускозащитного устройства ПЗУ.

Преобразователь работает следующим образом. При выключении сети переменного тока через контакт аварийного реле Л от батареи Б подается питание в УУТ и ПЗУ. УУТ работает в течение всего времени отсутствия напряжения в сети. Оно подает на вход каждого из инверторов И1— ИЗ разнополярные импульсы частотой 133,3 Гц, которые управляют тиристорами инверторов. Импульсы, поступающие на вход каждого последующего инвертора, отстают по фазе от импульсов, поступающих на вход предыдущего инвертора, на 120°.

При поступлении в ПЗУ сигнала на перевод стрелок, оно подключает питание от батареи Б к инверторам и подает сигнал уменьшения частоты импульсов до требуемой номинальной частоты 50 Гц. За счет увеличения пусковой частоты повышается устойчивость включения инверторов в режиме холостого хода. Каждый инвертор осуществляет преобразование постоянного напряжения батареи в переменное напряжение прямоугольной формы. Напряжение на выходе каждого последующего инвертора отстает по фазе от напряжения на выходе предыдущего инвертора на 120°. Выходные напряжения инверторов образуют трехфазную систему, от которой работают двигатели стрелочных электроприводов. ПЗУ осуществляет контроль работы инверторов, а также фиксирует окончание перевода стрелки. ПЗУ отключает питание всех инверторов в случае опрокидывания или незапуска хотя бы одного из инверторов, а также после окончания перевода стрелки.

Устройство управления тиристорами предназначено для управления тиристорами инверторов. УУТ (рис. 3.8) состоит из генератора прямоугольных импульсов Г, устройства уменьшения частоты УУЧ, делителя-распределителя Д-Р и формирователя импульсов ФИ.

УУТ работает следующим образом. Г вырабатывает переменное напряжение прямоугольной формы с частотой 2400 Гц. При отсутствии сигнала «Пуск» с выхода Г напряжение поступает на вход Д-Р, который осуществляет деление частоты Г на восемнадцать и образует на каждом из шести выходов последовательность прямоугольных импульсов с частотой 133,3 Гц. При этом импульсы на каждом последующем выходе Д-Р отстают по фазе от импульсов на предыдущем выходе на 60 °. С выходов Д-Р импульсы поступают на входы ФИ. Последний формирует на каждом из выходов прямоугольные разнополярные импульсы с длительностью и мощностью, обеспечивающими надежное открытие тиристоров.

При поступлении сигнала «Пуск» на вход УУЧ оно начинает постепенно уменьшать частоту импульсов на входе Д-Р с 133,3 до 50 Гц.


Электронные узлы ПЗУ и УУТ собраны в блоке управления тиристорами БУТ-ЗМ, принципиальная схема которого приведена на рис. 3.9 и 3.10.

Генератор прямоугольных импульсов /’выполнен на микросхеме DDL Частота импульсов определяется емкостью конденсатора С1 и сопротивлением резисторов R1-R3. Настройка генератора на частоту 2400 Гц производится подбором сопротивления резисторов R1* и R2*. Устройство уменьшения частоты УУЧ выполнено на микросхемах DD2—DD4, а делитель-распределитель Д-Р - на микросхемах DD5, DD6. Микросхема DD2 состоит из двух независимых четырехразрядных двоичных счетчиков. При подаче на вход синхронизации С и вход установки нуля R нулевого значения сигнала начинается счет импульсов, поступающих на вход разрешения СЕ. Микросхемы DD3 и DD5 представляют собой восьмиразрядный счетчик. Счет начинается от положительного фронта тактового сигнала С при присутствии нулевого уровня напряжения на входах СЕ и R. Микросхема DD6 состоит из шести инверторов. При отсутствии на входе XT-в1 (БУТ-ЗМ) сигнала «Пуск» на входы R микросхемы DD2 непрерывно подается 1. В этом случае на всех выходах микросхемы DD2 присутствует нулевой уровень сигнала. С выходов 12-14 DD2 сигнал двоичного кода поступает на адресные входы А0—А2 мультиплексора DD4. В этом случае к выходу X DD4 подключен первый вход XI.

Появление единичного сигнала на выходе X приводит к обнулению выходов микросхемы DD3 и началу нового цикла деления.


Так как обнуление DD3 происходит каждый раз при появлении 1 на выходе 7, то с DD5 поступает каждый третий импульс последовательности импульсов со входа С DD3, т. е. DD3 осуществляет деление входного сигнала на три. Микросхема DD5 в свою очередь делит входной сигнал на шесть, так как поступление каждого седьмого импульса на вход DD5 приводит к ее обнулению и началу нового цикла деления. Таким образом на выходах микросхемы DD6 образуются однополярные импульсы с частотой 2400:3:6 = 133,3 Гц.

При замыкании контактов К на вывод XT.el поступает сигнал «Пуск», на входы R DD2 подается сигнал логического 0 и снимается запрет счета импульсов счетчиками DD2. На каждом восьмом импульсе с выхода 0 DD5 изменяется двоичный код на выходах 12—14 DD2и соответственно на адресных входах А0—А2мультиплексора DD4. По мере изменения адреса с выходом X DD4 соединяются входы Х2, ХЗ и Х4, которые обнуляют счетчик DD3 через четыре, пять и шесть входных импульсов, т. е. соответственно изменяют коэффициент деления основной частоты. После четвертого шага с выходом X DD4 соединяется вход Х5, на который подан полюс В источника, т. е. сигнал логического 0. В этом случае DD3 имеет максимальный коэффициент деления 8. Благодаря этому выходная частота Д-Р изменяется шагами со 133,3 Гц до 100, 80, 66,7 и 50 Гц.

Детально работу микросхем можно проследить по диаграммам, приведенным на рис. 3.11.

Усилители У1—У6 (см. рис. 3.9) обеспечивают согласование и усиление поступающих с DD6 импульсов для управления формирователями импульсов.

При рассмотрении работы делителя-распределителя приняты следующие обозначения логических сигналов:

”0" - уровень напряжения от 0 до 0,5 В;

"1”— уровень напряжения питания.


Импульсы логического 0 с выходов микросхемы DD6 поступают на входы усилителей У1—У6, содержащих транзисторы VT1-VT6. Диоды VD3— VD8 повышают помехоустойчивость усилителей. Ток управления транзисторами усилителей проходит от полюса ПБК по цепям эмиттер-база транзисторов, через диоды VD3- VD8, резисторы R7-R12, выходы микросхемы DD6с сигналом 0 к полюсу В. Через открытый транзистор усилителя полюс ПБК подключается ко входу соответствующего из блокинг-генераторов F (У13—У18). Блокинг-генераторы У13—У18 (см. рис. 3.10) выполнены по схеме релаксационных генераторов с трансформаторной обратной связью и работают в ждущем режиме. Рассмотрим работу блокинг-генератора на примере устройства У13. Срабатывание блокинг-генератора происходит при поступлении на его вход 2 сигнала +24 В. При этом происходит отпирание транзистора 1VTи в коллекторной обмотке 2-/трансформатора 1TV начинает нарастать ток, а в обмотке обратной связи 5-6 появляется напряжение, дополнительно открывающее транзистор. Развивается лавинообразный процесс, приводящий к полному открытию и насыщению транзистора 1VT. При этом происходит заряд конденсаторов СЗ, С4 по цепи: обмотка 5-6 трансформатора 1TV, диод 1VD1, конденсаторы СЗ, С4, переход эмиттер — база транзистора 1VT. Конденсаторы СЗ, С4 заряжаются до напряжения, величина которого задается ограничителем, выполненным на диодах VD4—VD7. Рост коллекторного тока транзистора 1VT приводит к тому, что нарушается условие (3/б > /к, при котором транзистор может находиться в состоянии насыщения. Транзистор 1VTвыходит из насыщения и его коллекторный ток начинает уменьшаться. При этом на обмотке обратной связи 5-6 уменьшается напряжение, что способствует запиранию транзистора. Развивается лавинообразный процесс запирания транзистора 1VT. В это время происходит разряд конденсаторов СЗ, С4 по цепи: обмотка 5-6 трансформатора 1TV, резистор 1R2, конденсаторы СЗ, С4, переход эмиттер—база транзистора 1VT. После запирания транзистора 1VT, на конденсаторах СЗ, С4 остается напряжение вследствие того, что постоянная времени разряда конденсатора больше времени запирания транзистора. Это напряжение приложено к переходам эмит-тер-база всех транзисторов ФИ в обратном направлении, что обеспечивает ждущий режим работы блокинг-генераторов и повышает помехозащищенность ФИ.

Конденсатор 1С2 снижает уровень высокочастотных составляющих выходного сигнала блокинг-генератора, что уменьшает влияние данного устройства на другие.

Конденсатор 1СЗ служит для повышения помехоустойчивости. Параметры импульсов, получаемых на выходе БУТ-ЗМ, следующие: максимальное значение тока -1,5 А, длительность импульса - 300-400 мкс.

Максимальное значение напряжения — 29 В (осциллограммы импульсов на выходе БУТ-ЗМ показаны на рис. 3.8).

Три однофазных инвертора И1—И3(щс. 3.12) преобразуют энергию постоянного тока в переменный и могут работать от напряжения 24 или 48 В. Для этого в каждом инверторе устанавливаются соответствующие перемычки, как указано в табл. 3.7.

Каждый инвертор состоит из силового трансформатора ТУ/, тиристоров VS1 и VS2, коммутирующих конденсаторов С1-С9, СЮ, дросселя в цепи питания L2, вентилей обратного выпрямителя VD1 и VD2 и дросселей LI и L3, ограничивающих скорость нарастания анодного тока тиристоров.

Переменный ток в обмотках силового трансформатора возникает за счет поочередного открытия и закрытия тиристоров VS1 и VS2. Тиристоры открываются импульсами БУТ-ЗМ, подаваемыми на их управляющие электроды. Закрываются тиристоры током разряда коммутирующих конденсаторов, протекающим навстречу анодному току тиристора, открытого в предыдущей фазе. В результате разряда конденсаторов кратковременно выключается ток в тиристоре и он переходит в непроводящее состояние. За каждый полупериод конденсаторы С1-С9 заряжаются разнополярно, подготавливая тем самым условия для попеременного закрытия тиристоров VS1 и VS2. Конденсатор С10 улучшает запирание тиристоров преобразователя ППСТ-1,5М-24.


Дроссель L2 ограничивает ток разряда конденсаторов CI-C9 через источник питания и тем самым улучшает условия коммутации тиристоров. Перезаряд конденсаторов С1—С9 от источника питания проходит через дроссель L2, в результате чего в этой цепи возникают резонансные явления. При уменьшении нагрузки, которая включена через силовой трансформатор параллельно коммутирующим конденсаторам, увеличивается добротность контура и возрастает напряжение на его элементах L2 и С1-С9. При холостом ходе напряжение на С1—С9, а следовательно и на выходе преобразователя, может увеличиваться в несколько раз.

Для исключения таких перенапряжений служат диоды обратного выпрямителя VD1 и VD2, подключенные к трансформатору TV1 и минусовому полюсу источника питания. При номинальной нагрузке преобразователя диоды закрыты напряжением источника питания. Когда снижается нагрузка, напряжение на конденсаторах С1—С9 увеличивается, диоды открываются и рекуперируют энергию в батарею. Поэтому напряжение на выходе преобразователя поддерживается в пределах нормы.

В схеме ПЗУ (см. рис. 3.12 и 3.9) применяются следующие элементы:

ГУС — групповое управляющее стрелочное реле, осуществляющее запуск преобразователя путем кратковременного замыкания пусковой цепи;

ГПС - групповое пусковое стрелочное реле, предназначенное для включения преобразователя на время перевода стрелки;

ВПС — реле включения преобразователя;

К - контактор, коммутирующий питание инвертора;

К1 - реле контроля инверторов, контролирующее наличие переменного напряжения на выходе инверторов;

КИ — повторитель реле К1.

Реле К1 расположено в блоке БУТ-ЗМ, контактор К - в преобразователе, остальные реле размещаются в панели питания.

Включение БУТ-ЗМ производится тыловым контактом реле A при выключении сети переменного тока. Инверторы включаются только на время перевода стрелки. Для этого в цепи ПС питания пусковых стрелочных реле установлено реле ВПС. Оно имеет сопротивление 4000 Ом, поэтому при замыкании цепи срабатывает, а пусковое стрелочное реле не притягивает якорь. Через контакты ВПС включается реле ГУС и вслед за ним за счет прохождения тока по обмотке 41-81 - реле ГПС.

Усиленные фронтовые контактные реле ГУС замыкают пусковую цепь инверторов, в которую входит резистор Rn. Чтобы избежать насыщения магнитопроводов силовых трансформаторов в инверторах И1-ИЗ при пуске преобразователя, на них подается повышенная частота, которая затем снижается до номинальной. Это обеспечивается за счет включения контактом 31—32 контактора К полюса питания 1ПБК в цепь «Пуск» блока БУТ.

При появлении переменного тока на выходе инверторов возбуждается реле К1 и его повторитель КИ. Контактом 51—52 КИ включается контактор К. Силовым контактом K инверторы подключаются непосредственно к батарее.

После срабатывания ГПС цепь питания реле ГУС прерывается. Реле ГУС, выдержав замедление, отключает пусковую цепь преобразователя.


Контактом 41—42 КИ шунтируется обмотка ВПС и все напряжение питания прикладывается к цепи ПС, срабатывает пусковое стрелочное реле (на рис. 3.12 не показано) и включается электродвигатель. Реле ГПС удерживает якорь притянутым за счет протекания по низкоомной обмотке 21— 82 рабочего тока электродвигателя до окончания перевода стрелки. После этого якорь ГПС отпадает и контакт

11-12 ГПС выключает реле КИ. Реле КИ размыкает цепь контактора К. Силовой контакт К отключает инверторы.

Контактом 11—12 реле КИ во время работы преобразователя обеспечивается удержание реле РНП, контролирующего снижение напряжения батареи.

Правила эксплуатации и проверки преобразователя. В нормальном режиме питания преобразователь выключен. В аварийном режиме включен задающий каскад и кратковременно, на время перевода стрелки, включается силовой каскад - инверторы. В связи с этим преобразователь практически не расходует энергию аккумуляторной батареи.

Перед установкой преобразователя необходимо убедиться, что тип его, указанный в заводской табличке, соответствует варианту исполнения по проекту. При необходимости перехода с напряжения питания 24 В на 48 В переключения должны производиться в соответствии с табл. 3.7.

Для обеспечения устойчивой работы инверторов преобразователя сопротивление каждой жилы кабеля к электроприводу стрелки должно быть не менее 5 Ом. Увеличение сопротивления может осуществляться резистором 6 Ом типа 7156.

Включение преобразователя в устройства электрической централизации с реле типа НМШ показано на рис. 3.12.

Аккумуляторная батарея должна быть рассчитана на кратковременную отдачу тока, потребляемого преобразователем при максимальном токе фрикции.

Сечение проводов кабеля питания выбирается из условия обеспечения максимального падения напряжения, не превышающего 0,5 В для напряжения питания 24 В и 1 В для 48 В. При использовании медных проводов, их сечение определяется из условия S (мм2) > L (м), где L - расстояние от батареи до клемм 21, 19 разъема блока преобразователя.

В качестве предохранителя в силовой цепи должен применяться трубчатый ножевой предохранитель на 100 А при напряжении питания 24 В и 60 А при 48 В.

После установки преобразователя производится пробный запуск. Для этого выключается сеть и нажатием кнопки перевода стрелки проверяется работа от преобразователя на фрикцию и реверс ближайшей к посту стрелки, а также наиболее легкой и наиболее тяжелой стрелок.

Далее необходимо сравнить порядок чередования фаз на выходе преобразователя и в сети. Порядок чередования фаз проверяется путем сравнения направлений вращения стрелочного электродвигателя при питании его от сети и от преобразователя. Несоответствие порядка чередования фаз сети и на выходе преобразователя устраняется путем перемены местами двух проводов, идущих в нагрузку.

Контрольно-профилактическая проверка преобразователя производится на рабочем месте. При этом выполняются внешний осмотр, чистка контактов контактора и проверка электрических характеристик преобразователя на соответствие техническим нормам.

В преобразователе ППСТ-1,5М должны проверяться:

• ток, потребляемый от батареи, и выходные линейные напряжения при холостом ходе и переводе наиболее тяжелой стрелки (должны соответствовать данным табл. 3.6);

• устойчивость запуска преобразователя и работа его при реверсе ближайшей к посту стрелки;

• напряжение на катушке контактора в рабочем режиме (должно быть не менее 40 В).

Ток, потребляемый преобразователем от батареи, измеряется амперметром типа М381 на 100 А, подключаемым взамен силового предохранителя

F1 в цепи ПБС. Напряжение на выходах преобразователя измеряется соответствующим вольтметром панели ПРПТ-ЭЦ или ППТЗ-ЭЦ.

Напряжение батареи, измеряемое соответствующим вольтметром панелей, при проведении испытаний должно быть номинальным.

Устойчивость запуска преобразователя и работа его при реверсе ближайшей к посту стрелки проверяется десятикратным включением при напряжении батареи 24—26 В. Интервалы между включениями должны быть не менее 5 с. Реверс стрелки необходимо производить при работе стрелочного электродвигателя на фрикцию. При испытаниях не должно быть «срывов» преобразователя.

Блок БУТ-ЗМ проверяется в ремонтно-технологических участках (РТУ). В блоке БУТ-ЗМ должны проверяться частота генератора прямоугольных импульсов Г, правильность следования, амплитуда, длительность и форма импульсов на выходах блока, максимальное напряжение Un импульсов помех, а также напряжение питания микросхем. Принципиальная схема стенда проверки БУТ-ЗМ приведена на рис. 3.13.


Частота генератора Г на плате А1 блока БУТ-ЗМ проверяется с помощью частотомера PF, подключенного между контрольной точкой КТ1 и минусовым выводом конденсатора СЗ. Частота должна быть (2400 ± 24) Гц. Настройка частоты осуществляется подбором сопротивлений резисторов R1* и R2* платы А1 (см. рис. 3.9), причем резистором R1* частота перестраивается грубо, a R2* — точно.

Правильность следования, амплитуда, длительность и форма импульсов на выходах БУТ-ЗМ определяются по осциллографу, для чего вход осциллографа последовательно подключают к клеммам сЗ, сб, с5, с8пс7, с4. При этом во всех случаях на экране осциллографа должна быть последовательность разнополярных импульсов (рис. 3.14) со следующими параметрами:

• амплитуда напряжения импульса UK - не менее 3,8 В;

• длительность, измеренная на уровне 0,9 UH - 150—350 мкс.

Форма импульсов должна быть близка к прямоугольной, амплитуда напряжения импульса помехи Un - не более 0,2 В.

Период импульсов в нормальном положении кнопки SB должен быть (7,5 ± ±0,1) мс, при нажатии кнопки SB -(20,0 ± 0,2) мс.

Правильность работы блокинг-генераторов может быть проверена дополнительно снятием осциллограммы напряжения на перемычке с2—в6. Однополярные импульсы на осциллограмме должны следовать равномерно с периодом 1,25 мс при нормальном положении кнопки SB.

Напряжение питания микросхем, измеряемое вольтметром PV2, должно быть в пределах от 7,8 до 9,5 В. Нестабильность этого напряжения при изменении напряжения питания, измеряемого вольтметром PV1, от 21,6 до 26,4 В не должна превышать 1%.

Напряжение на конденсаторах СЗ, С4, измеряемое между выводами 1—18 платы ФИ (см. рис. 3.10), должно быть в пределах 2,5-4,0 В.

Основные конструктивные данные трансформаторов и дросселей преобразователя приведены в табл. 3.8.