Источники питания аппаратуры СЦБ. 
Функциональные схемы

Источники питания аппаратуры СЦБ. Функциональные схемы

Обеспечение бесперебойного функционирования устройств железнодорожной автоматики и телематики напрямую связано с надёжностью устройств, ответственных за обеспечение электропитания устройств. Современные требования к источникам электропитания, а именно, наличие нагрузок критичных к характеристикам самих блоков питания, распространяются и на качество электропитания. С применением в устройствах СЦБ необслуживаемых аккумуляторных батарей (АКБ) производства фирм «Sonenshein» и «BAE» повысили требования к таким характеристикам блоков питания, как:

• 1. Load regulation — зависимость выходного напряжения от изменения тока нагрузки;
• 2. Line regulation — зависимость выходного напряжения от изменения напряжения сети;
• 3. Current limitation — ограничение максимального выходного тока;
• 4. Ripple voltage — величина напряжения пульсаций.

Кроме того для блоков питания, поддерживающих режим содержания АКБ необходимо наличие температурной компенсации, позволяющей компенсировать саморазряд аккумуляторной батарей, связанный с понижением температуры окружающей среды.

Проблемой является отсутствие блока питания удовлетворяющего новым требованиям. Используемые блоки питания РТА-1, являются дальнейшим развитием блоков РТА, сохраняют принцип действия более применяемый в регуляторах мощности, нежели в источниках стабилизированного напряжения и тока, т. е. принцип управления углом отсечки силового элемента, которым является тиристор. Использование управления углом отсечки не позволяет получить приемлемых величин характеристик блока питания. Так, к примеру, величина пульсаций блока РТА-1 может достигать 10% при требованиях в 1.5%.

Так как создание блока питания аппаратуры СЦБ удовлетворяющего новым требованиям, является процессом модернизации существующих устройств, целесообразно рассмотреть существующею функциональную схему электропитания аппаратуры СЦБ (рис.1).

Вариант 1. принятое в СЦБ решение.

Источник работает на нагрузку и на аккумуляторную батарею, объединённых на одну линию. Схема гарантирует непрерывное питание аппаратуры СЦБ, при этом величина выходного напряжения — номинальное напряжение на аккумуляторной батарее, зависящее от предыдущего состояния АКБ (заряжен или разряжен) и от температуры при наличии схемы термокомпенсации. автоматика железнодорожный тиристор

Рис. 1. Функциональная схема электропитания аппаратуры СЦБ.

Анализ функциональной схемы позволяет сделать следующие выводы:

· На нагрузке LOAD более оптимальным является стабилизированное напряжение, а на АКБ напряжение содержания, зависящее от состояния АКБ и работы термокомпенсации. При этом напряжение на АКБ может изменяться более чем на 15% от номинального значения в режиме форсированного заряда. Это влечёт за собой изменение напряжения на нагрузке в тех же пределах.

Ups=U (akb, T)=Uakb, akb-cостояние АКБ (заряжен, разряжен) и Т-температура.

Принято считать номинальным напряжение на нагрузке величины 12 В, 14 В, 24 В, 26 В, 28 В и следовательно аппаратура СЦБ бесцельно потребляет большее количество электроэнергия.

I ps=I akb+I load,.

следовательно время восполнения ёмкости в режиме форсированного заряда зависит от тока нагрузки.

· Не позволяет производить диагностику состояния АКБ, без отключения АКБ.

Различным требованиям к оптимальным условиям электропитания нагрузки и АКБ, требования по диагностике АКБ и предотвращения глубокого разряда АКБ позволяет удовлетворить функциональная схема раздельного электропитания (рис.2).

Вариант 2. Общепринятый подход.

Использование в обеспечении электропитания двух источников позволяет обеспечить контроль состояния АКБ, обеспечить выполнения необходимого при эксплуатации АКБ алгоритма, обеспечить на нагрузке стабилизированное питание, снизить потребление электроэнергии устройствами СЦБ.

Рис. 2. Функциональная схема электропитания аппаратуры СЦБ вариант 2.

Анализ функциональной схемы позволяет сделать следующии выводы:

• · Питание обеспечивается двумя источниками.
• · Напряжение на нагрузке стабилизированное.

U load= const.

• · Потребление электроэнергии аппаратурой СЦБ меньшее и более выгодно. Мощность линии ~220 В используется эффективнее.
• · Возможен независимый режим содержания АКБ с использованием рекомендованых методик (пример UI-метод заряда, и т. д.), что увеличивает срок службы.

U akb = U (akb, T).

• · Надёжный контроль за состояние АКБ по результатам обработки информации о I akb и U akb.
• · Возможность отключения АКБ и предотвращения глубокого разряда.

Учитывая экономический аспект, т. е. стоимость блока питания реализованного по функциональной схеме варианта 2, а также присутствие разрыва в линии питания АКБ — нагрузка, т. е. присутствует вероятность не включения ключа Switch, может быть предложен усовершенствованный вариант 1 (рис. 3).

Вариант 3.

Данный вариант сохраняет особенности варинта 1, но при этом позволяет контролировать состояние АКБ.

Рис. 3. Функциональная схема электропитания аппаратуры СЦБ вариант 3.

Анализ функциональной схемы позволяет сделать следующии выводы:

• · Питание обеспечивает один источник.
• · Контроль тока АКБ производиться независимо.
• · Ток в форсированного заряда АКБ может быть стабилизирован.
• · Мощность линии ~220 В используется эффективнее.
• · Возможен близкий к оптимальному режим содержания АКБ с использованием рекомендованых методик (пример UI-метод заряда, и т. д.), что увеличивает срок службы.

U akb = U (akb, T).

· Изменеия тока АКБ надёжно контролируются.

Выводы

Использование при проектировании и разработке систем электропитания устройств СЦБ общепринятой функциональной схемы позволяет ввести диагностику состояния АКБ, организовать локальную экспертную систему, оценивать состоянии источника, используя алгоритмы нечёткой логики прогнозировать состояние устройств в тех или иных условиях связанных с электропитанием устройств.

• 1. Станционные системы автоматики и телемеханики под редакцией Вл. В. Сапожникова. М. Транспорт 2000
• 2. Нечёткая логика в системах управления. С. Гриняев. Изд. Дом. «Компьютерра» 2001.
• 3. ПИД-регуляторы: принципы построения. В. Денисенко. «СТА», N 4, 2006.
• 4. Power Electronics Design, Keith H. Sueker — A Practitioner’s Guide 2005.