БЕЗРЕЛЕЙНАЯ СХЕМА ЦЕПЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОМ
ELECTRIC LOCOMOTIVE CONTROL CIRCUIT WITH NO RELAYS

Предлагаемая схема цепей управления электровозом собрана на электронных элементах и полностью исключает из работы реле с контактами, но при этом полностью сохраняется алгоритм работы релейной схемы и очередность включения силовых аппаратов как в режиме тяги, так и в режиме рекуперативного торможения. На пульте управления машиниста все элементы управления остаются без изменений.
Применение элементов электронной коммутации цепей управления силовыми аппаратами позволяет исключить все недостатки, связанные с использованием релейной коммутации. Схема электронной коммутации универсальна и легко перенастраивается под любые варианты построения цепей управления. В зависимости от сложности цепей управления используются либо простые логические схемы либо программируемые логические интегральные схемы с памятью типа флеш.
Силовое оборудование электровозов до сих пор управляется релейной схемой цепей управления с напряжением +50 В. Алгоритм включения реле разрабатывается при проектировании электровозов и после реализации его на конкретном электровозе не изменяется в течение всего периода эксплуатации электровоза. Лишь в последние годы в схему цепей управления стали включать дополнительно отдельные электронные устройства [Никифоров Б.Д. Автоматизация управления торможением поездов / Б.Д.Никифоров, В. И.Головин, Ю.Г.Кутыев. - М.: Транспорт, 1985. - 263 с.], которые в целом не изменяют алгоритма работы релейных цепей управления.
На электровозах последних лет выпуска увеличилось количество дополнительных электронных блоков, связанных с цепями управления [Электровоз ЭП1. Руководство по эксплуатации в 2-х т. - Новочеркасск: ООО «ПК» «НЭВЗ», 2008. - Т.1. - 528 с. Электровоз ЭП1. Руководство по эксплуатации в 2-х т. - Новочеркасск: ООО «ПК» «НЭВЗ», 2008. - Т.2. - 576 с.], но общая схема управления силовыми аппаратами так и осталась релейной.
Одно из первых сведений о применении бесконтактных систем управления на электроподвижном составе на функциональном уровне приводится в статье [Мурзин Д.В. Применение бесконтактных систем управления на электроподвижном составе / Д.В.Мурзин // Повышение тягово-энергетической эффективности и надежности электроводвижного состава: межвуз. темат. сб. науч. тр. - Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2003. С.49-52.], которое и принято за прототип.
Предлагаемая схема безрелейных цепей управления прошла все этапы разработки вплоть до изготовления и испытания опытного образца.
Схема цепей управления электронных элементов имитирует не только работу реле, но и отслеживает состояние силовых аппаратов «включено-выключено» по состоянию релейных блок-контактов, которые управляются силовыми аппаратами и имеют те же состояния «включено-выключено». Для того чтобы оценить, в каком состоянии находится силовой аппарат, на его блок-контакт, соединенный с общим проводом электровоза, подается напряжение +50 В цепей управления через ограничивающий резистор. С резистора в месте подключения к блок-контакту снимается напряжение относительно общего провода и подается в схему электронной коммутации. Если напряжение равно +50 В относительно общего провода электровоза, то силовой аппарат не включен. Если напряжение равно 0 В, то включен. Такой способ позволяет отслеживать состояние силовой коммутирующей аппаратуры и учитывать эти сигналы в работе электронной схемы коммутации.
Блочная схема безрелейных цепей управления электровозом приведена на чертеже. Напряжение +50 В для контроля блок-контактов положения силовых аппаратов и включения действительных реле электровоза (сами реле из работы исключены) подаются на блоки входных делителей напряжения с оптической развязкой.
Питание электронной части безрелейной схемы цепей управления составляет +5 В и подается от стабилизированного блока питания 4 первичным напряжением, для которого является напряжение +50 В источника питания цепей управления.
Дискретные сигналы с выходов блоков входных делителей напряжения с оптической развязкой (1-3) поступают на блоки электронной коммутации (5, 6), где логически обрабатываются по алгоритму заменяемой релейной схемы. Выходные сигналы блоков электронных ключей (5, 6) запускают электронные ключи блоков электронных ключей (7-13), которые подают питание на включающие катушки силовых аппаратов в соответствии с алгоритмом релейной схемы.
Первые одиннадцать блоков собраны на печатных платах и расположены в специальном шкафу. Блок 12 имеет транзисторные ключи на токи от 3 А до 10 А и выше и для отвода тепла они установлены на радиаторы на отдельные панели внутри электровоза. Блок 13 имеет ключи на симисторах и коммутирует переменный ток до 10 А напряжением до 380 В и выше. Они также установлены на радиаторы отдельной панели внутри электровоза и служат для запуска маломощных двигателей переменного тока, например калориферов.
При простых по построению релейных схемах цепей управления в блоках электронной коммутации используются наборы простых логических элементов, при разветвленной релейной схеме цепей управления используются программируемые логические интегральные схемы с памятью типа флеш.
Включение отдельных имитаторов реле контролируется миниатюрными светодиодами зеленого цвета, установленными на передней панели блоков (5, 6). Срабатывание выходных ключей контролируется миниатюрными светодиодами красного цвета, установленными на передних панелях блоков (1-15). Включение ключей блоков (12, 13) контролируется красными светодиодами, установленными на отдельной панели.
Такое построение безрелейной схемы цепей управления электровозом позволяет не только полностью реализовать алгоритм работы релейной схемы цепей управления, но и отследить включение реле и выходных ключей как при проверке электровоза перед поездкой, так и в процессе эксплуатации.