DC 600 V逆變器過分相性能測試裝置的研制

陳超林（南寧鐵路局　科學(xué)技術(shù)研究所，工程師，廣西　南寧　530001）

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DC 600 V逆變器過分相性能測試裝置的研制

陳超林
（南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，工程師，廣西南寧530001）

摘要：為解決南寧車輛段庫檢車間的生產(chǎn)需要，研制了一套DC 600 V逆變器過分相性能測試裝置，該裝置由直流電源生成單元、模擬過分相單元、監(jiān)控單元組成。裝置的監(jiān)控系統(tǒng)采用力控組態(tài)軟件開發(fā)，具有自動(dòng)模擬過分相功能，可在試驗(yàn)時(shí)無人值守，自動(dòng)監(jiān)控的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為維護(hù)維修工作提供了數(shù)據(jù)支撐?，F(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果表明，該裝置操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定，有助于提高檢修效率。

關(guān)鍵詞：DC 600 V；逆變器；過分相；力控組態(tài)軟件

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.011

現(xiàn)今，鐵路DC 600 V直供電客車在線上運(yùn)行時(shí)，屢有發(fā)生過分相后逆變器無法啟動(dòng)，導(dǎo)致客車空調(diào)系統(tǒng)、電茶爐等三相交流用電負(fù)載無法工作，造成旅客投訴及退票事件，嚴(yán)重影響了鐵路運(yùn)輸企業(yè)的良好形象，也給鐵路聲譽(yù)造成了不良影響。發(fā)生過分相后逆變器無法啟動(dòng)的原因，主要是逆變器相關(guān)集成電路板性能不穩(wěn)定造成的。

目前，南寧車輛段庫檢車間具有維修逆變器相關(guān)集成電路板的能力，為檢測維修后的集成電路板的可靠性，提高其在實(shí)際運(yùn)用中的穩(wěn)定性，有必要對其進(jìn)行過分相模擬試驗(yàn)。然而，庫檢車間已有的DC 600 V逆變器過分相模擬試驗(yàn)裝置的功能單一，不能自動(dòng)模擬過分相，依靠手動(dòng)操作開關(guān)才能控制DC 600 V電源的輸出。試驗(yàn)時(shí)只是手動(dòng)操作1～2次模擬過分相試驗(yàn)，無法有效反映DC 600 V逆變器的實(shí)際運(yùn)用工況，以致常發(fā)生在地面試驗(yàn)狀況良好，上車運(yùn)行一定時(shí)間后卻出現(xiàn)故障的情況；再者已有的試驗(yàn)裝置沒有自動(dòng)監(jiān)控功能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)依靠人工記錄的可靠性不高且效率低，不能滿足檢修需求。因此，生產(chǎn)現(xiàn)場迫切需要一種帶自動(dòng)監(jiān)控功能的過分相模擬試驗(yàn)裝置，以檢測維修后的DC 600 V逆變器相關(guān)集成電路板的性能穩(wěn)定性。

1　設(shè)計(jì)方案

1.1外形結(jié)構(gòu)為提高試驗(yàn)裝置的靈活性，方便維修維護(hù)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)，將其設(shè)計(jì)成試驗(yàn)車的形式，裝置分上、中、下3層空間結(jié)構(gòu)，其中下層空間主要安裝生成直流電源的相關(guān)元器件，為裝置提供試驗(yàn)基礎(chǔ)；中層空間主要安裝實(shí)現(xiàn)模擬過分相的相關(guān)元器件；上層空間主要安裝監(jiān)控器件和負(fù)載控制部件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)監(jiān)控及模擬客車上的負(fù)載控制。試驗(yàn)裝置外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1試驗(yàn)裝置外觀結(jié)構(gòu)示意圖

試驗(yàn)裝置采用不銹鋼材料，耐用美觀，且箱式不銹鋼結(jié)構(gòu)具有屏蔽保護(hù)功能。為方便試驗(yàn)人員操作，上層結(jié)構(gòu)有別于中、下層，截面設(shè)計(jì)成梯形狀，斜面面向操作者。將裝置背面設(shè)計(jì)成可拆卸形式，便于維修維護(hù)。

為充分提高裝置的利用效率，對試驗(yàn)裝置做了冗余設(shè)計(jì)。在中層空間面板處預(yù)設(shè)了手動(dòng)操作試驗(yàn)開關(guān)，即自動(dòng)監(jiān)控器件發(fā)生故障時(shí)，可以通過手動(dòng)開關(guān)進(jìn)行試驗(yàn)，不影響車間的正常生產(chǎn)。

1.2整體架構(gòu)裝置整體架構(gòu)由直流電源生成單元、模擬過分相單元、監(jiān)控單元組成，如圖2所示。車間工作電源為交流380 V，因此，試驗(yàn)所需的直流600 V、110 V電源需經(jīng)變壓、整流、濾波后生成；客車過分相時(shí)，逆變器無工作電壓輸入，進(jìn)入供電區(qū)后，逆變器輸入DC 600 V電源，因此，采用觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通或截止，實(shí)現(xiàn)逆變器DC 600 V電源輸入的通斷控制；監(jiān)控單元主要采用自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與控制信號的輸出，所有監(jiān)控指令按試驗(yàn)要求，由監(jiān)控主機(jī)下發(fā)。

圖2裝置整體架構(gòu)

2　硬件設(shè)計(jì)

模擬過分相試驗(yàn)裝置主要硬件直流電源生成單元、模擬過分相單元、監(jiān)控單元的設(shè)計(jì)。

2.1直流電源生成單元試驗(yàn)裝置輸入電源為AC 380 V，因此需要直流電源生成單元來獲得試驗(yàn)裝置所需的DC 600 V和DC 110 V電壓。生成直流電壓的主要電路如圖3所示，三相交流電壓U、V、W經(jīng)過變壓、整流、濾波后，生成了DC 600 V或DC 110 V電壓。DC 600 V電壓是逆變器的輸入電壓（工作電壓），DC 110 V電壓是控制電壓。

圖3生成直流電壓的主要電路

2.2模擬過分相單元模擬過分相就是實(shí)現(xiàn)逆變器輸入電壓的通斷。本裝置采用可控硅觸發(fā)板來達(dá)到這一要求，該觸發(fā)板具有觸發(fā)端觸發(fā)生成直流電壓，調(diào)壓端、電壓回饋端及相位可調(diào)端用來滿足輸出電壓可調(diào)的需求。通過控制端來操控直流電源是否輸出DC 600 V電壓，即實(shí)現(xiàn)逆變器輸入電壓的通斷，以達(dá)到模擬逆變器過分相的工況。

2.3監(jiān)控單元監(jiān)控單元主要由工控一體機(jī)、PLC、數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊、打印機(jī)等構(gòu)成。

工控一體機(jī)通過采集PLC、I/O模塊的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)過程的監(jiān)控，采用的主要器件見表1。

表1主要器件名稱及功能

3　軟件開發(fā)

3.1開發(fā)流程選用北京三維力控組態(tài)軟件ForceControl V7.0作為監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。應(yīng)用力控組態(tài)軟件開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，操作方便。試驗(yàn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)的工程文件開發(fā)流程如圖4所示。

圖4工程文件開發(fā)流程

對于監(jiān)控對象DC 600 V逆變電源過分相模擬試驗(yàn)裝置來說，首先需要熟悉試驗(yàn)裝置的具體工作原理及工作過程，分析其在試驗(yàn)過程中有哪些參數(shù)變化，明確記錄參數(shù)；其次，按功能模塊搭建監(jiān)控系統(tǒng)框架畫面，建立數(shù)據(jù)鏈接庫；再次，豐富人機(jī)交互界面，調(diào)試并試運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)工作流程大致如圖5所示，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)行開機(jī)自運(yùn)行模式，工控機(jī)開機(jī)后，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，直接進(jìn)入監(jiān)控界面，系統(tǒng)設(shè)置了權(quán)限管理模式，如未登錄系統(tǒng)管理員設(shè)置的賬戶（包括系統(tǒng)管理員），則不能操作監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。登錄賬戶后，對于試驗(yàn)參數(shù)，可采用界面顯示的參數(shù)（是上一次試驗(yàn)時(shí)設(shè)置的參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)閉后可自動(dòng)記錄，作為下次啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)的默認(rèn)參數(shù)），至于停止試驗(yàn)的條件，可點(diǎn)擊停止試驗(yàn)按鈕來手動(dòng)停止，或者通過設(shè)置停止試驗(yàn)時(shí)刻實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止。在試驗(yàn)過程中，已登錄的賬戶不可退出，以免影響數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)查詢界面，按登錄賬戶名查詢最新的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并以最佳視圖方式顯示數(shù)據(jù)。

圖5監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

3.2監(jiān)控系統(tǒng)功能監(jiān)控系統(tǒng)具有權(quán)限管理、參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表導(dǎo)出及打印等功能。其中，權(quán)限管理以系統(tǒng)管理員為主體，只有系統(tǒng)管理員方可添加及刪減賬戶名稱；當(dāng)?shù)卿涃~戶后，任何賬戶都可修改自身的登錄密碼，并可在非試驗(yàn)時(shí)刻注銷登錄。如要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，也必須先登錄系統(tǒng)賬戶方能操作。為增加界面的人機(jī)交互友好性，設(shè)計(jì)了狀態(tài)監(jiān)控功能，提示用戶當(dāng)前狀態(tài)下監(jiān)控系統(tǒng)是否屬于試驗(yàn)狀態(tài)。

4　試驗(yàn)數(shù)據(jù)

自動(dòng)監(jiān)控的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下截的圖6所示，從圖中數(shù)據(jù)可以看出逆變器在做過分相測試試驗(yàn)時(shí)，逆變器啟動(dòng)失敗次數(shù)及原因。詳細(xì)記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，有助于維修人員分析逆變器故障原因，利于快速查找問題所在，提高了維修效率，同時(shí)也減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖6數(shù)據(jù)截圖

5　結(jié)束語

該試驗(yàn)裝置的研制成功，將大大提高對維修后的DC 600 V逆變器的相關(guān)集成電路板的過分相性能的檢驗(yàn)，彌補(bǔ)現(xiàn)有試驗(yàn)的不足，進(jìn)一步提高DC 600 V逆變器的檢修水平，對保障客車出庫質(zhì)量、提高客運(yùn)服務(wù)水平具有積極意義。

中圖分類號：U279.3+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-8686（2016）01-0035-03