Контакторно-транзисторная система управления

Контакторно-транзисторная система управления (сокр. КТСУ) — комплекс электронного и электромеханического оборудования, предназначенного для регулирования тока в обмотках тяговых электродвигателей (ТЭД) подвижного состава трамвая. По сути система является дальнейшим совершенствованием РКСУ.


Принцип действия

В основу работы системы положено два способа регулирования скорости вращения тяговых двигателей: реостатный пуск тяговых двигателей и плавное регулирование тока возбуждения тягового двигателя. В режиме реостатного пуска для регулирования тока на якорных обмотках тягового двигателя используются пусковые реостаты.

Для уменьшения расхода электроэнергии на пуск тяговых двигателей используется перегруппировка двигателей по якорю: при малых скоростях движения (до 10 км/ч) группы включаются последовательно, затем — параллельно. На скоростях до 20 км/ч применяется реостатное ограничение тока якоря при поддержании максимальных токов возбуждения.

При выходе на естественную характеристику ТЭД (выведены все реостаты из якорной цепи ТЭД) для регулирования скорости вращения используются электронные блоки возбуждения. Для реализации тормозного режима применяется шунтирование якорей групп двигателей реостатами.

Изменение тормозного момента достигается стабилизацией тока якоря на различных уровнях за счёт изменения тока возбуждения с гашением энергии на реостатах. В качестве обратной связи используются датчики тока и датчики вращения ТЭД.


Состав КТСУ

Для лучшего понимания функционирования системы начну непосредственно с контроллера водителя.

Контроллер водителя (КВ) имеет три фиксированные позиции (Т4-0-Х4), две псевдофиксированные позиции Т3 и Т5 и нефиксированные позиции Т1, Т2, Х1-Х3. Фиксация контроллера на позиции осуществляется конечными выключателями, которые при соприкосновении с подвижными элементами контроллера посылают сигнал на БУ. На нефиксированных положениях контроллера сигнал снимается при помощи датчика вращения. Он снимает угол поворота контроллера и передаёт информацию БУ.



Блок сопряжения контроллера водителя и блока управления (БСКВ) принимает аналоговые сигналы от контроллера водителя и преобразует их в цифровой вид.

Блок управления (БУ) обрабатывает данные полученные от контроллера водителя и по обратным связям и согласно заложенной программе реализует необходимые режимы работы агрегатов вагона. Помимо электронных приборов БУ управляет линейными контакторами и песочницами и соленоидами.



Контроллер автоматики (КА) получает сигналы управления от БУ и управляет индивидуальными контакторами на вагоне. Индивидуальных контакторов в системе управления 12 штук: 8 — управления пусковым реостатом (по четыре на каждую группу двигателей в режиме параллельного соединения), 1 — на последовательное соединение тяговых двигателей, 2 на параллельное соединение двигателей и 1 — собирающий тормозную цепь. О состоянии конкретного контактора КА получает информацию посредством обратной связи через блок контакты этого контактора.

Контроллер автоматики


Контакторы последовательного соединения, параллельного соединения и тормозной, датчики тока (чёрные прямоугольные).


Контакторы реостатной группы


Блок возбуждения (ВЗБ) регулирует ток возбуждения тяговых двигателей. Регулирование производится по принципу импульсного регулирования тока. На картинке два ящика в левом нижнем углу



Блок преобразования сигналов (БПС) получает сигналы от датчиков тока и датчиков скорости ТЭД и преобразует их в цифровой код, который передаёт на БУ. На картинке маленький чёрный с надписью БПС-3



Тяговые двигатели (ТЭД) используются электрические машины с независимым возбуждением.


Режимы работы КТСУ

Рабочий режим

В рабочем режиме независимо от позиции контроллера водителя вагон разгоняется до максимальной скорости. На позициях Х1-Х4 работа цепей управления одинакова.

Блок БУ передаёт по каналу нулевой ток уставки ТЭД для возбудителей, проводит растормаживание вагона, включает линейные контакторы и передаёт контроллеру автоматики состояние контактор последовательного соединения. Ток в ТЭД регулируется за счёт их последовательного включения и изменения сопротивления последовательно включённых пуско-тормозных реостатов контакторами управления реостатом.

После вывода реостатов и снижения тока якоря ниже уставки (соответствует скорости 7..10 км/ч) замыкается тормозной контактор, размыкается контактор последовательного соединения и контакторы реостатной группы. Затем замыкаются контакторы параллельного соединения и размыкается тормозной контактор, подключая тяговые двигатели первой тележки с реостатами параллельно тяговых двигателям второй тележки с реостатами (происходит перегруппировка двигателей).

Регулирование тока в тяговых двигателях изменением сопротивления последовательно включённых реостатов. Регулирование тока для групп ТЭД осуществляется независимо. После замыкания контакторов реостатной группы и снижения тока якоря ТЭД ниже тока уставки, блок БУ по каналу обмена передаёт возбудителям ток уставки, соответствующий ходовой позиции контроллера водителя.

При дальнейшем увеличении скорости стабилизация тока якоря ТЭД осуществляется возбудителями. При постановке контроллера в позицию Х0 отключаются линейные контакторы. Торможение каждой группы происходит независимо. Реверсирование тяговых двигателей происходит посредством изменения направления тока в блоках возбуждения.


Маневровый режим (аналогично режим заднего хода)

Происходит точно так же как и рабочий за исключением того, что в нём нет перегруппировки тяговых двигателей. Регулирование скорости ТЭД происходит только при последовательном соединении. Отсюда важная особенность КТСУ — нет временных ограничений при ведении вагона в маневровом режиме. Максимальная скорость движения в этом режиме 10-20 км/ч.


Аварийный режим

Используется при отказе БУ или КА. В этом режиме водитель отключает цепь БУ. Устанавливает переключатель режима на шкафу электрооборудования в кабине в положение аварийный режим — собирается схема последовательного соединения ТЭД с полными сопротивлениями реостатов. Контроллер устанавливается в положение Х4, наживается ПБ — собирается схема цепей управления.

Растормаживание производится от специальной кнопки на пульте водителя, от неё же включаются линейные контактора. ВЗБ поддерживают максимальный ток возбуждения. Вагон движется со скоростью 10 км/ч. Для остановки достаточно перевести контроллер на Х3. Конечный выключатель разрывает цепь питания соленоидов и отключает линейные контакторы.


Расположение электрооборудования на вагоне



На схеме обозначены:

— А1 шкаф электрооборудования;
— А2 БА-128В;
— А3 контейнер электрооборудования 619КТ.45;
— А4...А7 коробка распределительная КРТ-2;
— А8, А9 тележка;
— А10, А11 ящик сопротивлений КФ-38-1;
— А12 ящик сопротивлений ЯС-30-1;
— А13 пульт управления;
— А14, А15 песочница;
— А16 звонок электрический;
— А17 пульт маневровый;
— А19 блок питания;
— А20 аккумулятор;
— А21 датчик напряжения;
— А22 счётчик электроэнергии;
— А23 блок фильтров;
— А25 блок контакторов БКВ-1;
— А26 бортовой преобразователь БП-4Г;
— А27 панель фильтров
— F1 ящик с предохранителем;
— FV1 Ограничитель напряжения.


Преимущества и недостатки

Преимуществами КТСУ можно сказать уменьшенное энергопотребление системы управления, улучшенные динамические характеристики вагонов, отказ от сложной электромеханики большого количества электрических аппаратов. Недостатками можно назвать сложные электронные приборы, ремонт которых затруднителен на эксплуатационных предприятиях с низкой подготовкой рабочего персонала, и рывок при перегруппировке тяговых двигателей.


В статье использованы материалы из руководства по электрооборудованию трамвайных вагонов 71-619КТ, заводские фотографии и фотографии Сергея Филатова с сайта «Нижегородский Трамвай-Троллейбус».

Спасибо, очень интересная получилась статья! Даже мне, как непрофессионалу, было почти все понятно и доступно. Интересно почитать нечто подобное про модную ныне асинхронную систему.

Попробуем и про асинхронные вагоны написать, по-возможности :-)

Спасибо большое) Быть может стоит это дело на рукипедию послать?? И вопрос: на каких вагонах кроме 619КТ это дело применяется??

Не любитель рукипедии я :-) А применялась эта система при модернизации вагонов 71-605 по проекту 71-605РМ2 в Кемерово и Усолье-Сибирском (всего 4 вагона). Возможно еще где-то при местных модернизациях, но таких случаев мне не известно.

Регулирование производится по принципу импульсного регулирования тока. Вероятно речь идёт о: широтно - импульсном регуляторе постоянного тока (ШИМ)...
Во времена синхронных и асинхронных приводов с частотным регулированием, подобные технические решения выглядят морально и физически устаревшими.

ПК155+84, хватит им и простой ссылки — мало ли, что они там напереписывают.

Карданный Вал, кстати, а про 71-605РМ Вы бы могли статью написать? Я, честно говоря, немного запутался с этими разными их исполнениями, а прочитать что-то толковое, как всегда, негде.

> Вероятно речь идёт о: широтно - импульсном регуляторе постоянного тока (ШИМ)...

Я не стал ребят такими словами загружать. Принцип действия там очень простой. Внутри определенного периода существует время с открытым тиристором и время с закрытым. Изменяя соотношение этих времен можно уменьшать или увеличивать ток обмоток катушек возбуждения.

Что же до устаревания, то могу сказать что система эта была разработана еще в 2000 году, когда асинхронный привод на трамвае существовал еще в опытных образцах. Сейчас уже все трамвайные заводы строят вагоны с асинхронными приводами, а КТСУ остается единственной альтернативой для хозяйств со слабой ремонтной базой.

>>кстати, а про 71-605РМ Вы бы могли статью написать? Я, честно говоря, немного запутался с этими разными их исполнениями, а прочитать что-то толковое, как всегда, негде.

Так писал же кратенько на вагонном сайте.

Написано хорошо, но если добавить принципиальную электрическую схему, то понять принцип устройства было бы проще... По крайней мере мне :)

Бессомненно, это кому-то понравится, но я лично не понял зачем это нужно? Экономия энергии, вроде да, но учитывая наши погодные условия, чем сложнее схема тем она хуже работает. А может в России энергии не хватает, чушь!
А раз потребление энергии упало, то почему бы не снизить стоимость проезда, которая, как-раз и основывается на заключении энергетической комиссии.
И пишите понятнее о том, сколько стоило, какая выгода, и расшифровывайте аббревиатуры!
Спасибо.

Не очень понятен ваш пост. Как соотносятся технические решения и стоимость проезда? Вообще меня мало интересует стоимость комплекта, могу сказать что вполне сопоставимо с РКСУ. А на счет аббревиатур не очень понятно, вроде все расшифровано.

Читал с большим интересом! Спасибо огромное. Приятно почитать, когда пишет человек, без каких-либо понтов, просто, понятно и доступно.

"Контакторно-транзисторная система управления" А какую функцию выполняют транзисторы? и какие?

mit9l, не знаю точно, но могу предположить. Транзисторы - это физическое воплощение электронных ключей с различными характеристиками, поэтому и в данном случае они исполняют эту функцию. В предыдущих поколениях наверняка использовались электромеханические переключатели. Очевидно, что в этом случае шло большее энергопотребление + износоустойчивость была невысокой. Повторюсь, это лишь мои предположения.

lobzik-rabota, послушайте, может хватит на этом ресурсе троллингом заниматься.

mit9l, А какую функцию выполняют транзисторы? и какие?

Тут все просто. Транзисторы находятся в блоках возбуждения. По четыре в каждом блоке. Два работают при движении вперед, два при реверсе. Именно они регулируют напряжение питания обмоток возбуждения. Марку погляжу в документации, напишу позднее.

Kent 13, про схему

Та схема, что дана в техописании слишко нагружена посторонними элементами. Нужно отрисовать заново. Как появится время сделаю.

А трамвай который на самом первом снимке работает у нас в Челябинске. У него задние фары от "Газели"
http://www.cheltram.ru/gallery/depo2/798/10561/