Для управления БУТП-2 и вагонным оборудованием используются блоки, входящие в систему «Витязь» и устройства вагонов: бортовой компьютер поездного управления (БКПУ); бортовой компьютер вагонного управления (БКВУ); пульт машиниста основной (ПМО) с контроллером машиниста; контроллер реверса; пульт машиниста вспомогательный (ПМВ).

Формирование команд управления режимами движения поезда поступающих от контроллера машиниста и блоков УПИ-1 и УПИ-2 производят БКПУ и БКВУ.

БКПУ формирует команды на основании:

команд АРС (разрешение или запрет тягового режима, требование торможения); признаков неисправности формируемых алгоритмом функциональной диагностики (двери открыты, прижат стояночный тормоз, неисправность БКВУ и т.д.); команд управления от контроллера машиниста и блоков УПИ-1 и УПИ-2, реверса. БКПУ обеспечивает связь (передачу и прием сигналов) с БКВУ каждого вагона по поездной шине.

БКВУ обеспечивает:

обмен информации с БКПУ, формирование управляющих команд для БУТП-2, управление вагонным оборудованием, управление электропневматическими тормозами (вентиля удержания).

БУТП-2 выполняет функции по управлению:

силовым инвертором, БВ, контакторами, электронной защиты силовых цепей тягового оборудования.

БУТП-2, получив питание, переходит в состояние готовности к получению команд от БКВУ о направлении движения, включении тягового или тормозного режимов в зависимости от полученной команды.

Тяговый режим. Пуск тяговых двигателей.

При включении напряжения бортовой сети блок управления электроприводом БУТП инициализируется и включает выключатель быстродействующий ВБ и зарядный контактор ЗК. При включении главного разъединителя и наличии напряжения сети происходит заряд конденсатора фильтра Сф через зарядный резистор Rз и дроссель сетевого фильтра Lф. При напряжении на Сф близком к напряжению сети БУТП включает линейный контактор ЛК и размыкает ЗК. После установки основного контроллера реверса ОКР в положение «Вперед» или «Назад» привод готов к отработке команд управления тягой.

При переводе рукоятки контроллера машиниста (КМ) в одно из ходовых положений Ход1-4 – задаются токовые уставки соответственно – 150А, 200А, 260А, 330А, которые автоматически корректируются при загрузке вагона и в процентном отношении составляют соответственно 40, 60, 75, 100% от максимального тока на один двигатель. Каждая уставка тока автоматически корректируется в соответствии с загрузкой вагона по сигналам БКВУ. Задание тока двигателей осуществляется плавно с определенным темпом. Сигнал о  переводе рукоятки КМ в ходовое положение через УПИ-1, БКПУ, БКВУ поступает в блок управления тяговым приводом (БУТП).

В начале пуска асинхронных двигателей тиристорные ключи переключаются с частотой 1-2 Гц. При этом к обмотке статора двигателей подводится напряжение, составляющее 2-5% напряжения контактного рельса. Регулирование подводимого напряжения обеспечивается путем изменения коэффициентов заполнения тиристорных ключей (широтно-импульсная модуляция). По мере разгона вагонов постепенно повышается напряжение на обмотках статора асинхронных двигателей и увеличивается частота тока в них. Последнее осуществляется путем повышения частоты работы тиристорных ключей, импульсы управления на которые начинают поступать чаще.

При пуске момент на валу двигателей поддерживается постоянным. Мощность, развиваемая тяговым приводом, постепенно увеличивается до максимального значения. Затем мощность привода поддерживается на максимальном уровне и уменьшается магнитный поток двигателей. В конце регулирования с ростом частоты вращения роторов двигателей мощность, реализуемая тяговым приводом, постепенно уменьшается.

Во всех режимах напряжение на конденсаторе входного фильтра имеет достаточный уровень, что обеспечивает устойчивую работу автономного инвертора. В связи с этим процесс электрического торможения может начинаться независимо от наличия напряжения в контактной сети.

Переход из режима тяги в режим торможения осуществляется путем изменения частоты работы инвертора в сторону уменьшения. При этом двигатели переходят в генераторный режим, инвертор выполняет функции управляемого выпрямителя. Для работы двигателей в режиме торможения с установленной мощностью в цепь обмоток двигателей включен тормозной резистор Rt,. на котором рассеивается часть тормозной энергии в диапазоне высоких скоростей. При отсутствии в сети потребителей рекуперируемая энергия через тормозной преобразователь (чоппер) поступает в тормозной резистор и рассеивается в нем.

Проезд неперекрываемых токоразделов

Для обеспечения благоприятного протекания переходных процессов в тяговом приводе при проезде неперекрываемых токоразделов предусмотрено автоматическое выключение тягового привода по сигналу датчика сетевого тока привода. При Id < 30 А привод выключается (снимаются импульсы управления с транзисторов силового инвертора).

Если при проезде неперекрываемого токораздела напряжение на конденсаторе сетевого фильтра станет меньше 530 В, то линейный контактор размыкается и включается зарядный контактор. При появлении сетевого напряжения происходит заряд конденсатора фильтра до напряжения сети через зарядный контактор, последующее включение линейного контактора и автоматическое включение силового инвертора.

Если напряжение на конденсаторе фильтра не успевает снизиться до 530 В, то дозаряд конденсатора происходит без зарядного резистора. Время на повторное автоматическое включение привода в тягу не превышает 2.5 сек.

В режиме электрического торможения, при отсутствии рекуперации, линейный контактор размыкается, поэтому, если до токораздела тяговый привод вошел в режим реостатного торможения, то проезд токораздела не окажет никакого влияния.

Переход из тяги в выбег

При установке контроллера машиниста в позицию «Выбег» в соответствии с сигналами БКВУ блок управления приводом производит быстрое снижение тока двигателей с последующим снятием управляющих импульсов с силовых транзисторов МСИ. Выключение производится по специальному алгоритму, обеспечивающему эффективное снижение остаточных э.д.с. двигателей с целью возможности быстрого перехода в любой другой режим. Линейный контактор остается включенным.

Режим тяги с выбега

В этом режиме вводится дополнительная функция – ограничение темпа нарастания сигнала задания напряжения на двигателях до значения, соответствующего текущей скорости движения вагона. Такой алгоритм входа в тягу призван обеспечить плавное, без рывков нарастание реализуемой мощности двигателей, особенно на высоких скоростях движения поезда.

Резервное управление

Резервное управление осуществляется только в режиме тяги и независимо от команд управления БКВУ. В общем случае БКВУ может быть вообще выключен. После установки резервного контроллера реверса РКР в положение «Вперед» или «Назад» привод готов к отработке команд управления тягой по резервному управлению от кнопок «Ход1» и «Ход2».

Режим электрического торможения. Вход и работа привода в тормозном режиме.

Если с БКВУ приходит сигнал «Рекуперация отключена» линейный контактор размыкается, отключая тяговый привод от сети. За счет работы двигателей в генераторном режиме напряжение на конденсаторе Сф возрастает до величины 925 В, после чего в работу вступает тормозной чоппер, рассеивая генерируемую энергию в тормозном резисторе. Начиная со скорости движения вагона 15 км/ч до скорости 5 км/ч заданное значение напряжения на конденсаторе фильтра линейно снижается до 600 В для улучшения формы фазных токов двигателей. При достижении минимальной скорости электрического торможения (5 км/час) тяговый привод автоматически выключается. При этом снимаются импульсы управления с транзистора чоппера и транзисторов силового инвертора, происходит заряд конденсатора фильтра до напряжения сети через зарядный контактор и последующее включение линейного контактора.

Рекуперация – Рекуперация (от лат. recuperatio – обратное получение, возвращение), возвращение части материала или энергии, расходуемых при проведении того или иного технологического процесса, для повторного использования в том же процессе.

При движении вагона на высоких скоростях (более 45 км/ч) напряжение асинхронных генераторов задается постоянным и максимально допустимым для двигателей – 650 В. При снижении скорости вагона, когда поддержать такое значение напряжения невозможно, БУТП регулирует напряжение генераторов, поддерживая постоянное значение потока статора в функции заданной уставки тока.

При торможении с максимальной скорости с заданным машинистом максимальным тормозным током двигателей («Тормоз 3», полная загрузка вагона) система регулирования начиная со скорости 55 км/ч автоматически линейно снижает величину тока задания до 260 А в точке 20 км/ч.

Регулирование тока статора ТАД в тормозном режиме осуществляется силовым инвертором путем изменения скважности ШИМ управления транзисторами. Предусмотрены три тормозные позиции «Тормоз 1», «Тормоз 2», «Тормоз 3», которые в процентном отношении составляют соответственно 40, 65, 100% от максимального тока на один двигатель. Каждая уставка тока автоматически корректируется в соответствии с загрузкой вагона по сигналам БКВУ.

При истощении электрического торможения в зоне низких скоростей или при отказах в цепях электрического тормоза происходит автоматическое замещение электрического торможения пневматическим.

Если рекуперация включена, то линейный контактор остается включенным и в тормозном режиме. При этом электрическая энергия торможения передается потребителям, подключенным к контактной сети.

Это системы питания собственных нужд составов, поезда находящиеся в режиме тяги, другие потребители. При рекуперативном торможении входное напряжение привода (напряжение на конденсаторе сетевого фильтра) определяется напряжением контактной сети, и, в общем случае, оно всегда меньше напряжения 925 В, которое формируется на входе привода при реостатном торможении. Поэтому, чтобы предотвратить снижение тормозной мощности при низких напряжениях в контактной сети, в поездную систему управления заложен следующий алгоритм формирования команды управления рекуперацией:

1. При работе в тяге и выбеге в привод должна поступать команда на отключение рекуперации с тем, чтобы быстро перейти в тормозной режим реостатного торможения по команде АРС независимо от напряжения в контактной сети.
2. Если команда на торможение поступает с контроллера машиниста, то, независимо от тормозной уставки, анализируется величина напряжения в контактной сети (Uc). При этом:
   • если Uc > 750 В в привод должна поступать команда на включение рекуперации;
   • если 920 В < Uc < 750 В в привод должна поступать команда на выключение рекуперации.

При отсутствии достаточных потребителей в контактной сети или при проезде неперекрываемого токораздела входное напряжение привода повысится до величины 925 В, после чего в работу вступает тормозной чоппер, рассеивая генерируемую энергию в тормозном резисторе. При этом линейный контактор привода остается включенным. Таким образом осуществляется режим следящего рекуперативно-реостатного торможения.

Переход из торможения в выбег

При установке контроллера машиниста в позицию «Выбег» в соответствии с сигналами БКВУ блок управления приводом производит быстрое снижение тока двигателей с последующим снятием управляющих импульсов с транзистора чоппера и силовых транзисторов МСИ. Выключение производится по специальному алгоритму, обеспечивающему эффективное снижение остаточных э.д.с. двигателей с целью возможности быстрого перехода в любой другой режим. После выключения МСИ происходит заряд конденсатора фильтра до напряжения сети через зарядный контактор и последующее включение линейного контактора. При выходе из рекуперативного торможения привод сразу готов к включению в тягу, поскольку напряжение на конденсаторе фильтра равно сетевому напряжению и линейный контактор замкнут.