專利名稱：地鐵斬波試驗臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種檢測試驗斬波調壓地下鐵道電動客車的大功率逆導通晶閘管斬波器電力電子系統(tǒng)的地鐵斬波試驗臺，特別是一種由32位專用計算機系統(tǒng)、專用大規(guī)模測試接口系統(tǒng)、電力電子主機系統(tǒng)一體化的地鐵斬波試驗臺。屬于交通運輸領域。
本發(fā)明未公開前，對斬波調壓地下鐵道電動客車直流串激電動機電力牽引再生制動的大功率逆導通晶閘管斬波器電力電子系統(tǒng)檢測試驗，通常采用通用設備，儀器和儀表。由于通用設備、儀器儀表其大多數功能單一，不能測試斬波調壓系統(tǒng)的多種參數，波形和特性，不便于數據采集、數據分析處理和記錄打印。因此，要對斬波器電力電子系統(tǒng)全面檢測試驗，需要許多這樣功能單一的儀器、儀表和設備，即使這樣，仍顯示不出精確的測試結果。
目前國外對大功率逆導通晶閘管斬波器電力電子系統(tǒng)的檢測試驗采用通用的邏輯判斷檢測裝置，該裝置只能作判斷性的檢測，不能程控自動測試，其精度也不高。在交通運輸領域要發(fā)展地下鐵道客車使之更先進、更完善并批量生產，沒有高精度多功能的測試設備是不行的。因此，社會迫切需要一種高精度多功能的檢測設備問世。
本發(fā)明的目的是要公開一種可全面精確地對斬波調壓地下鐵道電動客車直流串激電動機電力牽引再生制動大功率逆導通晶閘管斬波電力電子系統(tǒng)，進行直接測試和模擬測試的地鐵斬波試驗臺。
本發(fā)明可對斬波器電壓測試，斬波器頻率測試，斬波器導通比測試，牽引電流特性測試，牽引網壓限制特性測試，牽引電流特性時間常數測定，再生制動電流時間常數的測定，牽引運算放大特性測定，再生制動運算放大器特性測定，直流過電壓檢測試驗，交流欠電壓檢測試驗，相不平衡檢測試驗，輔助吸收檢測試驗，防空轉檢測試驗，換流失敗檢測試驗，能高速數據采集，程控測試和高速數據處理，可在線測試，功能測試和綜合測試，并能自動波形參數測量，將測試結果分析處理，顯示記錄打印。
本發(fā)明的任務是以如下方式完成的。
電力電子主機系統(tǒng)，32位專用計算機系統(tǒng)，大規(guī)模接口系統(tǒng)一體化分裝于主臺、付臺和控制臺。其中，專用計算機系統(tǒng)由繪圖儀，彩色顯示器，磁盤機，32位專用計算機，程序庫軟件，LcZ測試儀，數據采集裝置，波形參數裝置構成。
電力電子主機系統(tǒng)由交流穩(wěn)壓裝置、模擬試驗裝置，模擬信號裝置，斬波電子裝置，模擬觸發(fā)裝置，大功率逆導通晶閘管裝置，模擬檢測裝置，直流穩(wěn)壓裝置構成，大規(guī)模測試接口系統(tǒng)由穩(wěn)壓電源，控制微機，控制程序軟件，單通道125路，雙通道142路構成。


圖1系統(tǒng)方框圖，圖2自動控制系統(tǒng)圖(Ⅰ)圖3自動控制系統(tǒng)圖(Ⅱ)圖4大規(guī)模測試接口系統(tǒng)圖，圖5模擬電壓信號原理圖，圖6模擬電流信號原理圖，圖7穩(wěn)壓器電路原理圖，圖8觸發(fā)器電路原理圖，圖9繼電器電路原理圖。
圖10指令器電路原理圖，圖11保護器電路原理圖，圖12放大器電路原理圖。
圖13移相器電路原理圖，圖14轉換器電路原理圖，圖15調節(jié)器電路原理圖，圖16逆導通晶閘管觸發(fā)電路圖，以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述參照圖1系統(tǒng)方框圖可對本發(fā)明的總體結構有所了解。
參照圖2、圖3自動控制系統(tǒng)，由交流電壓220V±10%，50HZ±1供電，JW提供交流穩(wěn)壓電源220V，穩(wěn)壓精度0.1%ZW提供直流穩(wěn)壓電源，0～150V連續(xù)可調，負載能力為5A。
MCS是32位專用電子計算機系統(tǒng)，DAU是數據采集裝置，QMS LcS是智能測試裝置，CCU，SU，TU，pU，MU是電力電子主機系統(tǒng)，IU是大規(guī)模測試接口系統(tǒng)，總體構成自動測試控制系統(tǒng)。
電路中，HA1～HA9。HB1～HB9撥碼開關接被測信號，每個撥碼開關有10個接點。HA0。HB0分別控制選通HA1～HA9，HB1～HB9撥碼開關上的對應接點相互并聯(lián)，第一組接點H00-1至H03-1，H06～1、H09～1與HA0公共端連接，第二組接點與HB0的公共端連接。第三組至第九組接點與試驗裝置連接。H00～H03、H06～H09撥碼開關的公共端與高頻插座CH1～CH8連接。智能測試裝置的測試探頭與高頻插座連接。
參照圖4大規(guī)模試驗接口系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)由220V±10%，50HZ±1交流電源供電，經集成穩(wěn)壓電路W和W穩(wěn)壓分別提供24V和5V直流穩(wěn)壓電壓。
該系統(tǒng)采用微機控制，有集成譯碼器GB0～GB16譯碼電路，光電耦合隔離電路，J1～J197電磁隔離繼電器轉換電路，采用XC～36～55，Xc～18～4高可靠線簧插件?？刂瞥绦?軟件)固化在集成電路之中。
圖4中，pB0～pB7為控制微機接口，pB4～pB7連接器輸入十六線輸出譯碼器BG0的輸入端，pB0～pB3連接其余16塊譯碼器的輸入端。譯碼器BG1～BG16輸入端并聯(lián)，由pB0～pB3數據線控制BG0的16條輸出線的BG1～BG16的譯碼器控制端。當其中的一塊譯碼器控制端為高電平時，此譯碼器16線之一選通為高電平信號，經光電耦合隔離，電磁隔離轉換通道。單通道125路，雙通道142路。
參照圖5，由高頻，高壓，大功率逆變器電路，集成穩(wěn)壓電路，高可靠集成運放電路，串聯(lián)穩(wěn)壓電路構成模擬電壓電路。其中逆變器電路輸入高壓110V±25%直流電壓。針對采用高頻逆變穩(wěn)壓電源，地下鐵道供電電壓波動大的特點，逆變器的隔離高頻變壓器，采用高頻鐵氧體磁罐，絕緣采用黃金薄膜，原邊和付邊繞組均勻分布的制造工藝。同時由電阻RO穩(wěn)壓管DWO和反饋線圈Wo，整流二極管D5～D6，反饋線圈W3、W4和電阻R1，電容C1組成反饋電路協(xié)同穩(wěn)壓集成電路F1、F2，高可靠集成運放F3、F4和高可靠晶體管T3、T4完成產生高精度模擬電壓電路。
參照圖6模擬電流電路。該電路輸入交流電壓220V±1%，經過變壓整流濾波環(huán)節(jié)穩(wěn)壓放大輸出±24V直流電壓精度達0。1%，電流0～1A。其中穩(wěn)壓放大比較部分與模擬電壓圖5原理基本相同。
參照圖7串聯(lián)型跟蹤式高精度穩(wěn)壓電路。圖中F1F2為集成運算放大器，其放大倍數極高用以提高穩(wěn)壓精度。F1的3端接基準電壓6.2V，R12、RW、RB取樣電阻將Vo的一部分送給運算放大器的反相輸入端，與基準電壓V2進行比較放大。R6為限流電阻，T3、T7是復合調整管。T5為放大三極管。
F2的反相端與取樣電阻連接，取樣電阻R5與正電源輸出端連接，使負電源電壓變化跟隨正電壓變化，同相輸入端經R14接地。T4、T8為復合調整管，R9為限流電阻，T6為放大管，C8、C9為濾波電容，由以上主要器件構成穩(wěn)壓電路，完成直-交-直的轉換輸出±15V，24V直流電壓使得地下鐵道斬波調壓電動客車過斷區(qū)時，電子控制系統(tǒng)供電不間斷。
參照圖8觸發(fā)器電路，該電路由K101和K0輸入，大功率晶體管T1T2和鐵氧體高頻變壓器B構成共發(fā)射極推挽電路，輸出穩(wěn)定的交變矩形波，變換頻率為15KC.穩(wěn)定電路由R1，DW和W5，D5-D8及R1，C1W3、W4構成。工作過程為W5反饋，經D5-D8整流產生隨輸出變化的直流電壓與R1，DW產生的標準電壓比較，負反饋給W3、W4進行穩(wěn)壓，T3、D4、D10、W8、W9、和T4、D11、D12、W6、W7分別構成交變電子無觸點開關電路，由來自主管放大器的信號T5、T6控制。由上述兩部分構成觸發(fā)器電路。W10和D25～D28組成一般的高頻橋式整流電路，輸出直流24V。
參照圖9繼電器電路，該電路有JRC-8M-24型繼電器11只，每只繼電器線圈并聯(lián)一保護二極管。繼電器吸合電壓VDC≥18V(電源電壓24V);繼電器釋放電壓VDC≤3V，繼電器電路用于牽引工況和再生制動工況電路轉換。
參照圖10指令器電路，該電路由穩(wěn)壓電路K105、K106、K0提供。高精度穩(wěn)定直流電壓±15V電源，F(xiàn)1為電壓跟隨器F2為積分放大器，F(xiàn)3為比較放大器，T1T2為射極跟隨器。R27、R28、R29、F3、T2組成牽引指令電路。電力牽引工作狀況分一位、二位，三位。斬波器導通比為α1＝0。1，α2＝0。5，α3＝0。9。F1、R5、R7、R9、R13、R15、R17、T1為再生制動指令電路，再生制動工作狀況分為七個位置η1＝ (1K)/(4K+2K+1K) ，η2＝ (2K)/(4K+2K+1K) ，η3＝ (3K)/(4K+2K+1K) ，η4＝ (4K)/(4K+2K+1K) ，η5＝ (5K)/(4K+2K+1K) ，η6＝ (6K)/(4K+2K+1K) 。
參照圖11保護器電路，該電路由穩(wěn)壓器電路提供高穩(wěn)定的直流15V電壓，GD1、GD2、JC15、JC16、JC12、T1構成換流失敗保護電子電路，信號由K03、K04、K711、K712、K705、K706輸入，由K501發(fā)出保護控制信號?？刂撇⒈Ｗo高速開關。
F1、F2，JC11JC12，T1構成供電三軌接地保護電子電路，三軌接地信號由K44B輸入，由K501輸出控制信號，F(xiàn)5、F6、T3構成斬波器欠相保護電子電路，K03、K04輸入由K503輸出。F7、T4構成直流網壓欠壓保護電子電路，由K44A輸入+US由K505輸出控制信號。F3、JC11、JC12、T1構成網壓過電壓保護，由K44A輸入+US、由K501輸出控制信號。F8、T5構成交流欠壓保護。
參照圖12主放、付放、過壓保護、輔阻吸收電路。該電路由T0、T 、T 、T7、T9、T11。與其它元件連接構成比較常見的電路，完成本發(fā)明主放、付放、過壓保護輔阻吸收的任務。
參照圖13移相器電路，該電路由穩(wěn)壓器電路提供穩(wěn)定的直流電壓15V，由JZ石英晶體器件組成晶振電路，經分頻為Ⅰ相和Ⅱ相相頻為265HZ，相位差180度作為大功率逆導通晶閘管斬波器的相頻率。斬波合成主頻率530HZ。
主脈沖經T4、T6放大，由K701、K702輸出到功率放大器電路。功率放大器電路電壓為75V～80V由觸發(fā)器電路提供。主脈沖經功率放大控制觸發(fā)大功率主逆導通晶閘管導通。
F1、C6、T1和F2、C11、T2為鋸齒波發(fā)生電路。主控同步信號經F1、F2積分放大器產生的二相鋸齒波信號，分別與來自調節(jié)器電路的K909、K910信號電壓比較，再經過交換由T3、T4放大，由K703、K704輸出到功率放大器電路，經過移相的付脈沖再經功率放大控制觸發(fā)付逆導通晶閘管導通。由于付逆導通晶閘管的導通使主逆導通晶閘管關斷來進行斬波調壓。電路中F3、F4為電壓比較放大器。
參照圖14轉換電路。該電路由穩(wěn)壓器電路提供高穩(wěn)定直流電壓±15V。F集成運放為電壓比較器，該電路由K41A輸入+Ué、K43B輸入-UD，(+Uc和-UD來自指令器電路)K711、K712輸入主管脈迫，當隨著Ⅰ相、Ⅱ相主管導通角增加達到最大導通角時，JC9兩個輸入端為低電位，由K41A輸入+UC和K43B輸入-UD比較，當-UD＝+Uc時，JC9另一個輸入端也呈現(xiàn)低電位時，CT被觸發(fā)導通，模擬斬波器被短波，N1、N2、N3來自測速發(fā)電機三相交變電壓，經三相橋式整流輸出直流電壓與F3給點電壓比較。當再生制動低于每小時5公里時，再生制動切除。F2JC11，T3構成輔阻吸收電路。
參照圖15調節(jié)器電路，該電路由穩(wěn)壓器電路K105、K106、K0輸出提供±15V電壓F5、F6、F7為斬波調壓電力牽引工作狀狀自動控制運算放大器，由指令器電路給出1.2.3.三個指令位，經K401輸入。T3、T4為集成運算放大器F5、F6的電壓跟隨器由K909K910輸出到移相器電路。R42、C11和R43、C12、F6構成比較積分電路。在牽引工作狀態(tài)進行比例積分控制。
F1、F2、F3、F4為斬波調壓再生工作狀態(tài)自動控制集成運算放大器。由指令器電路給出制動工作狀態(tài)1.2.3.4.5.6.7.七個指令位，經K401輸入。F1為網壓限制調節(jié)器，其輸入來自指令器電路K43A，K41B，晶體管T1、T2為運算放大器F3、F4的電壓跟隨器。由K909、K910輸出到移相器電路。牽引與再生工作狀態(tài)轉換由JZ完成。C3、R10、R11、R26、C5、F3和C4、R24、R25、以及C6、F4構成比例，微分，積分電路，在再生制動工作狀態(tài)進行比例微積分控制。
參照圖16逆導通晶閘管觸發(fā)電路，電路中，B1、B3是大功率強觸發(fā)寬脈沖變壓器產生矩形波強觸發(fā)寬脈沖，B2、B4、B5、B6、B7、B8是強觸發(fā)窄脈沖變壓器，產生矩形波窄脈沖。
B1和B2、B3和B4產生的脈沖經復合產生復合脈沖。其脈沖前沿陡，控制電流上升變化率為 (dig)/(dt) ≥1A/μs，幅值為觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖寬度可隨導通角變化連續(xù)調制。
B1受觸發(fā)電路K203、K205、K207控制，B3受觸發(fā)電路K204、K206K208控制。
寬脈沖變壓器與窄脈迫變壓器均采用高頻罐形氧體磁芯和黃金薄膜絕緣。
地鐵斬波試驗臺的操作首先要弄清操作臺面板上的各指示開關，將開關H1扳至接通位量。交流穩(wěn)壓電源220V接通，H2扳至接通位置，110V直流穩(wěn)壓電源接通。
通過電纜將模擬信號送給斬波電子裝置和被檢測試驗的電力電子裝置，調整模擬信號裝置上的電位器得到所需的電壓、電流信號。
模擬檢測裝置有30個撥盤HA0～HA9，HB0～HB9、HO～HO7八個高頻插座供轉接儀器儀表。地鐵電動客車斬波控制系統(tǒng)上的被測點分別接至撥盤開關上。將HA0撥至1位置。將HA1撥盤至2或3即測試點K12、K13同時示波器探頭接至高頻插座可得到穩(wěn)壓器逆變部分的振蕩波形，測試K14、K15、K17、K18、K19可將撥盤HA1依次撥至4.5.6.7.8.9.。測試電壓數字表8520A探頭接高頻插座便可進行。
專用計算機測試接口是通過單板機將被測點編成序號，在單板機鍵盤撳入，諸如波形參數自動測量只要撥動模擬裝置上的撥盤，或者在專用計算機測試接口裝置鍵盤上撳入測試信號通過32位計算機系統(tǒng)即可進行自動測量。
權利要求
1.一種由32位專用計算機系統(tǒng)1，電力電子主機系統(tǒng)2，大規(guī)模測試接口系統(tǒng)3構成的地鐵斬波試驗臺其特征在于自動控制系統(tǒng)Ⅰ和自動控制系統(tǒng)Ⅱ的控制電路HA1～HA9、HB1～HB9撥碼開關接被測信號，每個撥碼開關有10個接點，HAO、HBO分別控制選通HA1～HA9、HB1～HB9中的任一個撥碼開關，H00～H03H06～H09撥碼開關上的對應接點相互并聯(lián)，第一組接點H00～1至H03～1，H06～1、H09～1與HAO公共端連接，第二組接點與HBO的公共點連接，第三組至第九組接點與試驗裝置連接，自動檢測試驗信號由數據采集裝置DAU和大規(guī)模測試接口裝置IU變換實現(xiàn)。
2.根據權利要求1所述的地鐵斬波試驗臺其特征在于大規(guī)模測試接口系統(tǒng)電路中，控制微機、譯碼電路，光電耦合器電路，緩沖器電路、繼電器電路采用高可靠線簧插件，控制程序(軟件)固化在集成電路之中。
3.根據權利要求1所述的地鐵斬波試驗臺其特征在于串聯(lián)型跟蹤式高精度穩(wěn)壓電路中F2的反相端與取樣電阻R5聯(lián)接，R5與正電源輸出端聯(lián)接使負電源電壓變化跟隨正電壓變化，同相輸入端經R14接地，大功率高頻逆變電路R1、DW、W5、D5～D8、R1和c1、W3和W4構成電壓自動調節(jié)電路。
4.根據權利要求1所述的地鐵斬波試驗臺其特征在于觸發(fā)器電路由大功率晶體管T10、T2和氧體高頻大功率變壓器B構成共發(fā)射極推挽電路，輸出穩(wěn)定的交變矩形波，變換頻率為15KC;輸出寬脈沖隨導通角變化，通過T3、T4大功率電子無觸點開關電路控制。
5.根據權利要求1所述的地鐵斬波試驗臺其特征在于指令器電路，電阻R27、R28、R29、F3、T2組成牽引指令電路，F(xiàn)1、R5、R7、R9、R13、R15、R17、T1組成再生制動指令電路再生工作狀態(tài)分為7級η1＝ (1K)/(4K+2K+1K) ，η2＝ (2K)/(4K+2K+1K) ，η3＝ (3K)/(4K+2K+1K) ，η4＝ (4K)/(4K+2K+1K) ，η5＝ (5K)/(4K+2K+1K) ，η6＝ (6K)/(4K+2K+1K)
6.根據權利要求1所述的地鐵斬波試驗臺其特征在于保護器電路中，TGD1，TGD2、JC15、JC16、JC17、T1構成換流失敗保護，F(xiàn)1、F2、Jc12、Jc11、T1構成供電三軌接地保護，F(xiàn)5、F6、T3構成斬波器欠相保護，F(xiàn)7、T4構成網壓過電壓保護、F8、T5構成交流欠壓保護。
7.根據權利要求1所述的地鐵斬波試驗臺其特征在于移相器電路中，JZ石英晶體器件組成的晶振電路經分頻為Ⅰ相和Ⅱ相，分別為265IZ和相位差180°作為大功率逆導通晶閘管斬波器的相頻率，斬波合成主頻率530HZ。
8.根據權利要求1所述的地鐵斬波試驗臺其特征在于調節(jié)器電路中，F(xiàn)5、F6、F7為斬波調壓電力牽引工作自動制度運算放大器，R42、C11、R43、C12、F6構成比例積分電路。F1、F2、F3、F4為斬波調壓再生制動運算放大器，C3、R10、R11、R26、C5、F3和C4R24、R25、R27、C6、F4構成比例，微分積分電路在再生制動工作狀態(tài)進行比例微分積分控制。
9.根據權利要求1所述的地鐵斬波試驗臺其特征在于逆導通晶閘管觸發(fā)電路中的B1、B3脈沖變壓器產生觸發(fā)寬脈沖，B5、B6、B7、B8產生觸發(fā)窄脈沖，大功率脈沖變壓器均采用高頻罐形氧體磁芯(磁性材料)和黃金薄膜(絕緣材料)繞組均勻分布工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了由電力電子主機系統(tǒng)，32位專用計算機系統(tǒng)。專用大規(guī)模測試接口系統(tǒng)構成的地鐵斬波試驗臺，可對地下鐵道電動客車直流串激電動機電力牽引再生制動大功率逆導通晶閘管斬流電力電子系統(tǒng)，進行直接測試和模擬測試。適用于電動客車科研、生產和運行部門。
文檔編號G01R29/00GK1059602SQ9010750
公開日1992年3月18日 申請日期1990年9月3日 優(yōu)先權日1990年9月3日
發(fā)明者王連富, 王繼紅 申請人:鐵道部長春客車工廠