Новые методы БТИЗ-управления: электрическое подключение – оптическая передача

Энергопотребление используемых в технологиях привода электродвигателей может достигать нескольких киловатт и даже мегаватт. При постоянной частоте вращения технология управле-ния достаточно проста. Но часто необходимо регулирование частоты вращения двигателя, что сразу усложняет данную задачу.

Там, где применяются режимы высокой мощности, например, в регуляторах тяги поездов или движительных установках судов, управление частотой вращения выполняется полупроводни-ковыми БТИЗ-элементами. Они обеспечивают переключение высоких нагрузок при очень низ-кой мощности привода. Поскольку установленные требования к изоляции и напряжению очень высоки, необходимые для БТИЗ-управления сигналы передаются по полимерным оптическим волокнам (POF). В настоящее время необходимо шесть плат привода с БТИЗ для управления фазой 2 трехфазного двигателя. Волоконно-оптические соединения обеспечивают передачу сигналов без помех и соответствующую электрическую изоляцию.

В частности, в локомотивах, обеспечивается резервирование БТИЗ, поэтому резервные компо-ненты могут выполнять функции платы контроллера, и функциональность системы сохраняется в случае сбоя БТИЗ. Такие же возможности гарантированы при двукратном увеличении рассто-яния оптической передачи. При этом в прошлом для соединения контроллера и платы привода должны были применяться отдельные волокна. Электрооптическое преобразование сигналов выполняют приемопередатчики на печатной плате, их оптические контакты служат для соеди-нения волокон. Каждое оптическое волокно имеет отдельный порт со встроенным приемопере-датчиком на плате привода и на плате контроллера. Используемое ранее решение требовало большого пространства для установки всех передающих и принимающих элементов на плате контроллера, что обуславливало слишком большие размеры платы.

Другой недостаток заключается в том, что соединение различных полимерных оптических во-локон должно выполняться в правильном месте при обслуживании и монтаже. Так, необходимо отдельное подсоединение каждого волокна к плате привода и к плате контроллера. Такое рас-положение должно выполняться поочередно, и процесс требует времени и внимания. Для обеспечения правильной работы необходимо исключить перепутывание передающих и прием-ных линий.

Для гарантии качества поверхности конца волокна требуется заводская готовность используе-мых кабелей и их отдельная установка пользователем на площадке.

Как правило, оптические элементы были изначально разработаны для промышленного приме-нения в расширенном диапазоне температур и при повышенных вибрациях, но при этом была предусмотрена только простая компенсация натяжения волокон. Кроме того, важным требова-нием является надлежащая защита оптического соединения от загрязнений. Поэтому в отклю-ченном состоянии обязательно использовать предохранительную крышку.

Установка дополнительных компонентов на плате контроллера с оптическими элементами не представлялась возможной, поскольку в то время не было поддержки повторной пайки. Следо-вательно, в случае неисправности приемопередатчика требовались отсоединение, замена всей платы со всеми контактами и повторное соединение. Это приводило к дополнительным расхо-дам и повышало трудоемкость.

При взаимодействии с известными производителями железнодорожного транспорта компания HARTING разработала решение, основанное на принципе передачи с переносом приемопере-датчиков платы контроллера в подключаемый модуль. Так реализована интеграция оптических соединений по принципу "электрическое подключение – оптическая передача".

Для электрического подключения и корпуса системы компания HARTING использовала реше-ния серии DIN 41612. Корпус DIN изготавливается из литого цинка и соответствует повышен-ным требованиям к прочности и электромагнитной совместимости для применения в железно-дорожном секторе. Обеспечивается возможность прямого или углового расположения кабелей, поэтому предусмотрена оптимальная защита от перегибов и компенсация натяжения волокон. Кроме того, на печатной плате в корпусе DIN можно установить комплект резисторов и разде-лительных конденсаторов для безошибочного управления оптическими элементами и полной помехоустойчивости. Электрические контакты серии DIN 41612 также характеризуются устой-чивостью к износу, вызванному микровибрациями, они испытаны и утверждены к применению на железнодорожном транспорте.

Активный оптический модуль POF позволяет заказчику подключить до 16 оптических каналов одновременно в компактном исполнении узла. Соответственно, обеспечиваются более простой и быстрый монтаж и техническое обслуживание. Кроме того, компания HARTING предлагает своим заказчикам системы, которые были разработаны и испытаны согласно индивидуальным требованиям. Интеграция оптических соединений в быстросъемный соединитель дополнитель-но ускоряет, упрощает и удешевляет техническое обслуживание плат контроллеров.

Благодаря применению высокоэффективных элементов для приема, эта система поддерживает скорость передачи данных до 50 Мбит/с, которая, как правило, не требуется. Предусмотрена поддержка входного напряжения 3,3 В и 5 В.

На текущем этапе развития новые соединения DIN устанавливаются только на платах контрол-леров. БТИЗ-платы приводов пока остаются без изменений для простого внедрения новой си-стемы. Такой поэтапный подход не требует замены сразу всех компонентов. Но используемый принцип в будущем можно применять не только для платы контроллера, но и для БТИЗ-платы привода, что позволит реализовать двунаправленное оптическое соединение и передачу элек-тропитания в компактном корпусе D-sub. В результате, будет создан двунаправленный актив-ный оптический кабель для БТИЗ-управления. Таким образом, прочное и удобное решение для железнодорожного сектора впоследствии может быть адаптировано для другого промышленно-го применения.