Преобразователи постоянного напряжения Aimtec для применения в железнодорожном транспорте

Статья опубликована в журнале «Компоненты и технологии» №6 2017 г.
В статье приведены технические характеристики преобразователей постоянного напряжения от компании Aimtec, рассмотрены требования к РЭА, применяемой в железнодорожном транспорте, а также способы фильтрации помех DC-DCпреобразователей.
Автор Сергей ГОЛОВКОВ

Введение

В 2008 г. правительством РФ утверждена стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года, включающая в себя помимо строительства новых железнодорожных линий модернизацию парков железнодорожного транспорта и закупку современных подвижных составов. [1] Основные усилия направлены на те научно-технологические направления, которые позволят резко расширить применение отечественных разработок и улучшить позиции России на мировом рынке высокотехнологичной продукции и услуг. В процессе реализации данной стратегии появились подвижные составы со встроенной радиоаппаратурой, обеспечивающие комфортное и безопасное передвижение пассажиров и грузов, имеющие высокоскоростные линии связи, системы детектирования и сбора данных. Одновременно с этим, начали предъявляться более жесткие требования к электрическим сетям, связанные с условиями безотказной эксплуатации РЭА. Критическими параметрами электрических сетей подвижного состава для РЭА являются стабильное выходное напряжение, токовая нагрузка, отсутствие пульсаций питания и помех. [2]

Системы питания электровозов

В контактной сети электрифицированных железных дорог используется постоянный электрический ток напряжением 3кВ или переменный однофазный ток промышленной частоты напряжением 25кВ. При питании переменным током усложняется конструкция подвижного состава, но значительно упрощаются устройства энергоснабжения электрических железных дорог, увеличивается расстояние между тяговыми подстанциями при тех же потерях до 50км (20—25км при постоянном токе), снижается стоимость строительства контактной сети до 10%, в 2,5 раза меньше расход меди за счет меньшей площади сечения фидеров. [3,4]

Специфика электропитания РЭА, применяемой в железнодорожном транспорте

Для питания РЭА в подвижном составе высокое напряжение преобразуется в однофазное синусоидальное напряжение 220В/50Гц, фильтруется и поступает на вход устройства. С целью обеспечения безопасности на железных дорогах и высокого уровня безотказности к электротехническим приборам предъявляются жесткие требования по надежности и стабильности электрических параметров при нестабильном напряжении питания и широком спектре внешних воздействующих факторов. Согласно ГОСТ Р 55882-2013 к электрооборудование железнодорожного подвижного состава должно быть устойчиво к токам короткого замыкания, обладать высоким уровнем изоляции, стабильно работать в области высоких и низких температур. Одним из самых важных условий является уровень бессбойной работы РЭА при изменении напряжения питания Uпит от 0,6∙Uпит до 1,4∙Uпит, в зависимости от типа подключения, а также требования электромагнитной совместимости, в том числе устойчивости к электромагнитным помехам различных видов по ГОСТ Р 50656-2001. [5,6]

DC-DC преобразователь AM20EW DC-DC преобразователь AM20EW
Рисунок 1. DC-DC преобразователь AM20EW.

DC-DC преобразователи компании Aimtec. Электрические параметры, стойкость к внешним воздействующим факторам, конструктивные особенности

Одним из решений проблемы по получению стабильного напряжения питания для РЭА является применение DC-DC преобразователей от компании Aimtec, сертифицированных в соответствии с EN50155 – европейским стандартом, распространяющимся на электротехнические изделия, установленные на железнодорожном транспорте [7,8]. Преобразователи постоянного напряжения выпускаются на ряд выходных напряжений 3,3/±5/9/±12/±15/24Вс выходной мощностью 4,95/6/8/10/15/20/70Вт. Полный перечень DC-DC преобразователей представлен в таблице 1.

Таблица 1. Электрические параметры DC-DC преобразователей Aimtec.

Преобразователи постоянного напряжения Aimtec поставляются в корпусах с возможностью установки на печатную плату, крепления на панель, либо на рейку в соответствии с рис. 2. [9]

Варианты корпусов DC-DC преобразователей Aimtec Варианты корпусов DC-DC преобразователей Aimtec
Рисунок 2. Варианты корпусов DC-DC преобразователей Aimtec, А – для крепления на панель(AM6CW-NZ-ST), Б – для крепления на рейку(AM6CW-NZ-STD), В - для крепления на печатную плату (AM15EW-NZ), Г – со встроенным радиатором (AM15EW-NZ-K).

Стойкость к внешним воздействующим факторам, электрическая изоляция, и параметры электромагнитной совместимостина примереDC-DC преобразователя AM8TW-Zприведены в табл.2. [9, 10]

Табл. 2. Стойкость к внешним воздействующим факторам, электрическая изоляция, и параметры электромагнитной совместимости на примере DC-DC преобразователя AM8TW-Z.

Виды помех и способы снижения их влияния на РЭА.

Одним из условий работы РЭА в подвижном составе является отсутствие помех, основными причинами появления которых могут быть внутренние и внешние факторы[11].
К внутренним факторам относятся:

  1. Тепловые и собственные шумы полупроводниковых приборов;
  2. Нелинейные помехи, обусловленные нелинейностью амплитудных характеристик элементов каналов и трактов;
    К внешним факторам относятся:
  3. Помехи механического характера, обусловленные плохими контактами и микрофонным эффектом;
  4. Помехи, обусловленные несовершенством фильтрующих устройств в источниках электропитания;
  5. Помехи, возникающие из-за электромагнитных влияний линий электропередачи и контактной сети;
  6. Помехи линейных переходов, возникающие из-за электромагнитных влияний параллельных цепей, каналов и трактов, обусловленных конечной величиной переходного затухания между ними;
  7. Индустриальные помехи, возникающие при коммутации электродвигателя, искрении контактов и т.д.;
  8. Помехи, вызываемые электрическими явлениями в атмосфере(молниевые разряды, магнитные бури);

Для устранения помех, связанных с источниками электропитания и передающего тракта при применении DC-DCпреобразователей Aimtecпредлагается использовать схему фильтрации, приведенную на рис.3. Для снижения входного обратного тока помех предлагается использовать индуктивность с сердечником L1, а также два конденсатора C1 иC2. Для сглаживания напряжения на выходе также предлагается добавить в цепь конденсаторC5, который будет работать в параллель со внутренним конденсатором и позволит существенно уменьшить выходные помехи.Для подавления синфазных помех добавляются конденсаторы C3 и C4 с небольшой емкостью, для обеспечения низкого импеданса в области высоких частот.[8]

Схема фильтрации помех преобразователей постоянного напряжения Aimtecна примере AM6CW
Рисунок 3. Схема фильтрации помех преобразователей постоянного напряжения Aimtec на примере AM6CW

Заключение

Перед разработчиками РЭА для подвижных составов железнодорожного транспорта стоят задачи по созданию приборов, безотказно работающих в условиях нестабильной сети питания и широком диапазоне температур, устойчивых к помехам и механическим воздействиям, обладающих высоким уровнем надежности с большим конструктивно-технологическим запасом. Одним из бюджетных и простых решений является применение преобразователей постоянного напряжения от компании Aimtec, соответствующих европейскому стандарту EN50155.

Литература

  1. Стратегия развития железнодорожного транспорта в РФ до 2030 года. Утверждена Распоряжением Правительства РФ от 17 июня 2008 г. № 877-р.
  2. В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов "Многоканальные телекоммуникационные системы. Аналоговые системы передачи". Учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта, Москва, "Маршрут" 2006 г.
    Электрификация железных дорог России. www.rzd.me
  3. ГОСТ 53685-2009. Электрификация и электроснабжение железных дорог.
  4. ГОСТ Р 50656-2001 "Совместимость технических средств электромагнитная. Технические средства железнодорожной автоматики и телемеханики. Требования и методы испытаний".
  5. ГОСТ Р 55882-2013 Электрооборудование железнодорожного подвижного состава.
  6. EN 50155 Electronic equipment used on rolling stock for railway applications.
  7. www.aimtec.com
  8. www.eltech.spb.ru
  9. IEC 61000 Electromagnetic compatibility (EMC).
  10. Волков Е.А., Санковский Э.И., Сидорович Д.Ю. Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, Москва, Маршрут 2005 г.