Импульсные источники питания Inpotron для локомотивов

Опубликовано в номере:

Решения ОАО «Электромеханика», Пенза

 

Введение

Безопасность движения на железнодорожном транспорте — это комплекс организационно-технических мер, направленных на снижение вероятности возникновения ситуаций, угрожающих жизни и здоровью пассажиров, сохранности перевозимых грузов, исправности подвижного состава железнодорожного транспорта, экологической безопасности окружающей среды. Одним из способов повышения надежности и безопасности движения при возрастающей его интенсивности является установка в кабине локомотива специальных приборов безопасности. Они помогают машинисту контролировать состояние и управлять функциями локомотива, а также осуществляют запись множества параметров работы локомотива в энергонезависимую память.

Тяжелые условия эксплуатации (перепады температур, вибрация) определяют жесткие требования к конструкции приборов и применяемой в них элементной базе.

Немаловажным фактором обеспечения надежного и длительного функционирования таких приборов является применение в них качественных источников питания.

Рис. 1. Импульсные источники питания Inpotron для локомотивов

 

Необходимость модернизации источников питания

ОАО «Электромеханика» — российское предприятие, с 1961 года производящее высокотехнологичные системы измерения, автоматизации и обеспечения безопасности для железных дорог, — разработало и производит комплексы средств сбора и регистрации данных поездной информации движения локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава серии КПД–3. Приемка изделий производится представителями ОАО «РЖД», Ростехрегулирования и Ростехнадзора. Основа всех производимых ОАО «Электромеханика» систем — надежный источник питания, обеспечивающий продолжительное, стабильное и безотказное функционирование изделий.

Для достижения поставленных задач специалисты ОАО «Электромеханика» разработали вторичный источник питания, представляющий собой четырехканальный частотный DC/DC-преобразователь с независимыми (изолированными) выходами. Типовая блок-схема представлена на рис. 1.

На момент разработки и производства источника питания государственная экономическая и производственная инфраструктура уже была разрушена, система кооперации предприятий перестала существовать и перед заводом встала проблема поставки комплектующих, которая была частично решена собственными силами, за счет организации на предприятии моточного производства.

С учетом требований к механическому исполнению (М25 по ГОСТ 17516.1–90) произведенный источник выглядит так, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Импульсные источники питания Inpotron для локомотивов

Несмотря на достигнутый результат, инженеры и конструкторы ОАО «Электромеханика» столкнулись с производственными трудностями:

  • необходимость большого количества моточных изделий, изготавливаемых вручную (дроссели, трансформаторы), — как следствие, возможные ошибки, связанные с человеческим фактором;
  • использование разных типов корпусов элементов, требующих трех видов монтажа и пайки: ручная, полуавтомат, автоматическая;
  • сложность регулировки и отладки готового изделия — человеческий фактор;
  • периодическое снятие с производства отдельных комплектующих, трудности с подбором их аналогов, трудности с закупками.

Вместе с этим стала накапливаться эксплуатационная статистика применения данных источников на локомотивах, которая выявила нередкое, порой недопустимо грубое обращение с аппаратурой малоквалифицированными специалистами железной дороги, довольно частые жесткие механические воздействия, недопустимые воздействия пыли, грязи и химических веществ.

Вместе с этим встречались нарушения требований электромонтажа и эксплуатации. Ошибочные коммутации входа и выхода, подача завышенного напряжения, продолжительное КЗ, подача пробойного напряжения выше допустимого при проверках — все это крайне негативно отражалось на состоянии источников питания и приводило к выходу их из строя.

Со временем накопившиеся трудности привели специалистов ОАО «Электромеханика» к необходимости глубокой модернизации (улучшения) источников питания, устранения производственных проблем и минимизации последствий неправильной эксплуатации.

Целью модернизации стали:

  • улучшение технических и эксплуатационных характеристик изделия;
  • переход на современную элементную базу;
  • применение новых схемотехнических решений;
  • снижение затрат на производство и обслуживание;
  • освоение инновационных технологий производства, оптимизация производственного процесса;
  • снижение себестоимости и повышение конкурентоспособности производимой продукции.

 

Технические требования на «Узел питания серии УПБУ»

Новый подход определил более жесткие технические требования, предъявляемые к источнику питания:

1. Питание осуществляется от источника напряжения постоянного тока в диапазоне входного напряжения от 35 до 160 В постоянного тока с пульсациями до 20% от действующего значения на частоте от 100 до 150 Гц. Источник должен работать без переналадки и переключения.

2. Входные цепи должны выдерживать воздействие выбросов напряжения амплитудой 600 ±60 В при длительности до 100 мкс и повторяемости не чаще одного раза в минуту.

3. Электрическая прочность изоляции между входными и выходными контактами должна выдерживать (при температуре окружающего воздуха +25 °С и относительной влажности до 80% в течение 1 минуты без пробоя и поверхностного перекрытия) воздействие испытательного напряжения переменного тока величиной 1500 В и частотой 50 Гц.

4. Электрическое сопротивление изоляции между входными и выходными контактами должно быть не менее:

  • 20 МОм при температуре +25 °С и относительной влажности до 80%;
  • 2 МОм при температуре +35 °С и относительной влажности до 98%.

5. Узел питания должен иметь самовосстанавливающуюся защиту от перегрузки и короткого замыкания (к.з.) на всех выходных каналах. Ток срабатывания защиты — (1,8…2)Iном. Время к.з. не ограничено.

6. При перегрузке или коротком замыкании узел питания должен работать в режиме периодического пуска. Ток потребления в режиме к.з. не должен превышать 0,4•Iном.

7. Минимальный ток нагрузки соответствует 0,2•Iном. В диапазоне нагрузок от 0,2•Iном до холостого хода выходное напряжение не должно превышать значений п. 2 табл.1.

Таб. 1. Импульсные источники питания Inpotron для локомотивов

8. Узел питания должен иметь 4 независимых выходных канала:

  • ±5 В при номинальном токе 0,3 А;
  • ±5 В при номинальном токе 1,2 А;
  • ±24 В при номинальном токе 0,2 А;
  • ±24 В при номинальном токе 0,2 А.

Нормы параметров входных и выходных каналов указаны в таблице 1.

9. Входные и выходные цепи узла питания должны быть гальванически развязаны.

10. Узел питания должен быть устойчив к воздействию климатических факторов:

  • диапазон рабочих температур: –40 °С…+50 °С;
  • относительная влажность до (98±2)% при температуре окружающего воздуха до +40 °С.

11. Средняя наработка на отказ не менее 300 000 часов.

12. Узел питания должен иметь плавкий предохранитель — внутренний, установленный на плату.

13. Узел питания должен иметь индикатор работы на канале «5 В/1,2 А».

14. Параметры электромагнитной совместимости (ЭМС) — класс А по ГОСТ Р 51318.22–99:

Импульсные источники питания Inpotron для локомотивов

Вместе с улучшенными техническими характеристиками были предъявлены повышенные требования к механическому исполнению, перекрывающие требования нормативных документов для группы М25 по ГОСТ17516.1–90:

  • узел питания в рабочем состоянии должен соответствовать требованиям таблицы 1 при воздействии синусоидальных вибраций в диапазоне частот от 5 Гц до 150 Гц с ускорением 10 м/с2 (1g);
  • узел питания в рабочем состоянии должен соответствовать требованиям таблицы 1 при воздействии одиночных ударов с ускорением 60 м/с2 (6g) при длительности импульсов от 10 до 60 мс;
  • узел питания должен соответствовать требованиям таблицы 1 после воздействия многократных ударов с ускорением 30 м/с2 (3g), частоте ударов от 80 до 120 в минуту в течение 2 часов.

В кооперации с немецкой компанией–разработчиком источников питания — Inpotron Schaltneteile GmbH (Inpotron) и российским дистрибьютором электронных компонентов — PT Electronics было создано совершенно новое изделие (рис. 3).

Рис. 3. Импульсные источники питания Inpotron для локомотивов

Сочетание российской изобретательности с немецким качеством и педантичностью обеспечило рождение уникального продукта, прошедшего полный комплекс электрических, механических и климатических испытаний. Полученный источник питания полностью совместим с модулями предыдущего поколения, не требует предварительной переналадки всего изделия и несет в себе дополнительные преимущества:

  1. Сохранены монтажные размеры. Реализована возможность модернизации систем предыдущих поколений путем прямой замены старых модулей питания на современные.
  2. Заложенный конструктивный потенциал позволяет в будущем (по необходимости) уменьшить габариты источника более чем в 2 раза или расширить его функциональные возможности за счет реализации на плате дополнительных схем.
  3. Более чем в 5 раз снижен вес, как следствие увеличена устойчивость к механическим нагрузкам всей системы.
  4. Качество монтажа крупных элементов на плату (пайка) позволяет обеспечить требования ГОСТ 17516.1–90 группы М25 без дополнительной фиксации навесных элементов.
  5. За счет применения современных комплектующих на 25% повышена безотказность работы.
  6. Новые схемотехнические решения снизили электромагнитную эмиссию более чем в 10 раз.
  7. Упрощена система технического обслуживания всей системы. Реализован принцип «поставил и забыл».

Кроме того, учитывая возможное неудовлетворительное состояние железнодорожного полотна на отдельных участках, инженерами ОАО «Электромеханика» было принято решение о дополнительной фиксации навесных элементов на плате высококачественным двухкомпонентным клеем (рис. 4)

Рис. 4. Импульсные источники питания Inpotron для локомотивов

В итоге источник питания стал отвечать требованиям группы 27 по ГОСТ 17516.1–90 и группе ММ3 по ОСТ 32.146–2000 для железнодорожного транспорта (рис. 5).

Рис. 5. Импульсные источники питания Inpotron для локомотивов

 

Заключение

Результат сотрудничества ОАО «Электромеханика» с немецкой компанией Inpotron подтвердил технико-экономические преимущества нового подхода к разработке и производству изделий по сравнению со стандартным подходом «своими силами». Как результат, себестоимость продукции снизилась почти вдвое, максимально упрощен закупочно-логистический процесс, значительно снижены временные, материальные и интеллектуальные затраты.

Применение новейших технологий, отвечающих всем требованиям мировых стандартов, позволяет получить конкурентные преимущества производимого продукта, всегда быть в выигрышной ситуации перед производителями аналогичной продукции.

А потребитель, в свою очередь, получает не только изделия, отвечающие мировым стандартам, но и высокопроизводительную современную технику, обеспечивающую надежное и долговременное функционирование всех электротехнических систем.

На сегодня положительный опыт взаимодействия разработчика, производителя и поставщика выводит производственную сферу на совершенно новый этап экономического развития, позволяет достигать максимально высоких результатов, обеспечивает рост технического прогресса и благосостояния нашей страны.

 


 

Inpotron Schaltnetzteile GmbH

Inpotron Schaltnetzteile — немецкий производитель ориентированных на пользователя импульсных источников питания и решений в области электропитания (конвертеры переменного/постоянного тока, блоки питания, источники бесперебойного питания, зарядные устройства).

Сферы применения продукции: промышленность, медицинское оборудование, световые решения с использованием светодиодов.

Являясь специалистом в области проектирования, разработки и производства индивидуальных, сбалансированных по стоимости решений, inpotron не предлагает стандартных продуктов. Каждый источник питания спроектирован и собран по индивидуальным требованиям заказчика. Достигаемый в каждом индивидуальном проекте результат представляет собой инновационный, доступный по цене продукт исключительного качества. Разработки inpotron имеют отличную репутацию, а сама компания прошла сертификацию в соответствии со стандартом DIN ISO 9001:2000.

Составляющей качества компании является применение первоклассного оборудования: современные станции CAD-проектирования, максимальный уровень автоматизации, использование штрих-маркировки при конфигурации продукта, собственные методы тестирования, собственное помещение для тестов на электромагнитную совместимость, климат-камера, самостоятельно разработанное программное обеспечение для симулирования различных условий и т. п.

 

Управляющий директор inpotron Герман Пюте:

Герман Пюте, управляющий директор Inpotron

«Предприятие основано в 1997 г. совместно с одним из партнеров, работающим в области спутниковых усилителей. Этот соучредитель был и нашим первым клиентом, и с самого начала обеспечил основную загрузку молодого предприятия. За счет высокого качества, разработок, удовлетворяющих практическим требованиям, и, естественно, цен, отражающих конъюнктуру рынка, нам удалось довольно скоро приобрести известность в отрасли. В настоящее время у нас занято в общей сложности 85 сотрудников, включая дочернее предприятие, а оборот 2011 года составил 10,5 млн».

«Заказчики обращаются к нам за индивидуальными разработками, которые отвечают их особым требованиям и помогают решать проблемы, которые невозможно решить с помощью стандартных блоков питания. Этим в основном объясняются особые свойства наших продуктов: максимальные надежность и КПД, компактная конструкция, оптимальные технологические свойства и возможность реализовать дополнительные и контрольные функции, а также интеграция в блок питания соответствующей пожеланиям заказчика электроники. И все это по оптимальным ценам».

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *